Pengaruh Konsentrasi NaOH Sebagai Media Pendingin Terhadap Sifat Mekanik Baja Karbon Menengah Dengan Adanya Perlakuan Panas

(1)

PENGARUH KONSENTRASI NaOH SEBAGAI MEDIA

PENDINGIN TERHADAP SIFAT MEKANIK BAJA KARBON

MENENGAH DENGAN ADANYA PERLAKUAN PANAS

SKRIPSI

JUPENTO SINAGA 070801019

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2012

(2)

PENGARUH KONSENTRASI NaOH SEBAGAI MEDIA

PENDINGIN TERHADAP SIFAT MEKANIK BAJA KARBON

MENENGAH DENGAN ADANYA PERLAKUAN PANAS

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana sains

JUPENTO SINAGA 070801019

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2012

(3)

PERSETUJUAN

Judul : PENGARUH KONSENTRASI NaOH SEBAGAI MEDIA PENDINGIN TERHADAP SIFAT

MEKANIK BAJA KARBON MENENGAH DENGAN ADANYA PERLAKUAN PANAS Kategori : SKRIPSI

Nama : JUPENTO SINAGA

NIM : 070801019

Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Dilaksanakan di : Medan, Juni 2012

Diketahui/disetujui oleh

Departemen Fisika FMIPA USU

Ketua Pembimbing

Dr. Marhaposan Situmorang Dr. Perdinan Sinuhaji, MS NIP : 195510301980031003 NIP : 1959033101987031002

(4)

PERNYATAAN

PENGARUH KONSENTRASI NaOH SEBAGAI MEDIA

PENDINGINTERHADAP SIFAT MEKANIK BAJA KARBON MENENGAH DENGAN ADANYA PERLAKUAN PANAS

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2012

JUPENTO SINAGA 070801019

(5)

PENGHARGAAN

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa,karena berkat kasih karunianya dan berkat penyertaan Tuhan yang selalu senantiasa menjaga dan membimbing penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.Sungguh Tuhan maha kasih,Maha baik dan Maha murah hati.Terimakasih buat kasih-Mu yang selalu menyertai aku dalam setiap langkahku dalam sepanjang kehidupanku.

Tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana Strata satu (S1) pada jurusan fisika bidang Material,Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,Universitas Sumatera Utara.

Dalam penyusunan tugas akhir ini,penulis banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak secara moril maupun material.Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Dr.Perdinan Sinuhaji,MS selaku Dosen pembimbing yang telah banyak memberikan banyak bimbingan dan masukan dan juga telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing saya dalam tugas akhir ini.

2. Juga untuk Bapak Ir.Sabar Situmorang dan bu Fitri dan juga semua asisten Laboratorium Material Test PTKI yang telah memberi saya masukan – masukan dan berbagai bimbingan yang diberikan kepada penulis selama penelitian.

3. Ucapan terimakasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr.Marhaposan Situmorang selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA USU.

4. Bapak Dr.Sutarman ,M.Sc selaku Dekan FMIPA USU.

5. Bapak/ibu seluruh staf pengajar di jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alamyang telah membimbing saya mulai dari semester awal semasa perkuliahan sampai pada selesainya Tugas Akhir ini dan seluruh jajaran staff dan pegawai penulis ucapkan terima kasih.

6. Yang terutama dan yang terpenting saya ucapkan banyak terima kasih kepada kedua orang tua saya J.Sinaga dan S.Sitohang yang senantiasa membimbing,mendukung,dan selalu memberikan penulis motivasi – motivasi yang sangat berguna kepad saya dan segala perhatian baik berupa moril maupun materi dan juga yang tidak henti – hentinya mendoakan saya.

7. Juga untuk kedua abangku Belgianto Sinaga dan Leonardo Sinaga dan kedua Boru kami Voneysha netaniel br Sinaga dan Gebby yosevha br Sinaga yang selalu mendukung dan mendoakan saya.

8. Sartika Pastima H yang telah banyak membantu dan mendukung dalam Pengerjaan Tugas akhir ini dan memberikan dukungan Doa dan Semangat. 9. Juga saya ucapakan terimaksih kepada teman – teman saya saya mahasiswa –

mahasiswi Fisika stambuk 2007 yang selalu menemani saya dalam suka dan duka,yang selalu berbagi dalam segala hal.

(6)

10.Tidak lupa saya ucapkan pada Abang/kakak senior maupun alumni Fisika USU dan adik Stambuk Fisika USU trimakasih atas dukungan dan Doanya.Semoga Tuha Memberkati kita semua.

Menyadari akan keterbatasan ilmu yang dimiliki penulis dan juga keterbatasan wakttu,saya merasa bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna,untuk itu dengan segala kerendahan hati,penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi menyempurnakan tugas akhir ini.

Medan, Juli 2012

JUPENTO SINAGA 070801019

(7)

ABSTRAK

Telah dilakukan sebuah penelitian tentang pengaruh konsentrasi NaOH sebagai media pendingin terhadap sifat mekanik baja karbon menengah dengan adanya perlakuan panas.

Pemanasan baja karbon menengah di dalam tungku pemanas hingga 8500C kemudian dilakukan pendinginan secara cepat ke dalam larutan NaOH yang telah divariasikan konsentrasinya (5%, 10% ,15%, 20 %, 25 %) dan dibiarkan mencapai suhu kamar (270C). Nilai kekerasan baja karbon menengah yang original sebesar 9,4 HRC dan nilai kekuatan tarik sebesar 656,85 Mpa,sedangkan untuk bahan dengan proses perlakuan panas dan prosen pendinginan dengan konsentrasi NaOH yang berbeda (5%, 10% ,15%, 20 %, 25 %)menghasilkan nilai kekerasan sebesar 57 HRc, 58,3 HRc ,58,5 HRc , 60 HRc, 57,5 HRc dan nilai kekuatan tarik sebesar 728,50 Mpa, 835,99 MPa, 987,26 MPa, 1035 MPa, dan 855 MPa untuk konsentrasi NaOH yang berbeda (5%, 10% ,15%, 20 %, 25 %).Pengamatan struktur mikro yang terlihat untuk bahan tanpa perlakuan panas yaitu struktur ferit dan perlit,sedangkan untuk bahan dengan proses perlakuan panas dan proses pendinginan yaitu struktur perlit dan martensit.Berdasarkan hasil pengujian diatas,maka dapat disimpulkan bahwa proses perlakuan panas dan proses pendinginan kedalam larutan NaOH nilai kekerasan dan kekuatan tarik meningkat ,sedangkan pada konsentrasi 25 % nilai kekerasan dan kekuatan tarik menurun.Pengamatan struktur mikro yang terlihat menunjukkan perubahan struktur dari baja karbon menengah yang menyebabkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik meningkat dan pada konsentrasi 25 % NaOH struktur mikro menunjukkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik menurun .

(8)

THE INFLUENCE OF THE CONCENTRATION OF THE NaOH AS A COOLING MEDIUM ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF MEDIUM

CARBON STEEL WITH A HEAT TREATMENT

ABSTRACT

Have done a study on the influence of the concentration of NaOH as a cooling medium on the mechanical properties of medium carbon steel with a heat treatment. Heating medium carbon steel in the furnace heated up to 850 oC and then cooling rapidly carried to a solution of NaOH which has been varied concentrations (5%, 10%, 15%, 20%, 25%) and allowed to reach room temperature (27 oC). HRC hardness values of 9.4 and the tensile strength of 656.85 MPa for materials original, whereas for materials with the process of heat treatment and cooling cent with different concentrations of NaOH (5%, 10%, 15%, 20%, 25%) resulted in values hardness of 57 HRC, HRC 58.3, 58.5 HRC, 60 HRC, HRC 57.5 and the tensile strength of 728.50 MPa, 835.99 MPa, 987.26 MPa, 1035 MPa and 855 MPa for concentration different NaOH (5%, 10%, 15%, 20%, 25%). Oobservations of micro structure that looks to the material without heat treatment, namely the structure of ferrite and pearlite, while for materials with heat treatment process and the process of cooling the pearlite structure and martensit. From the test results, it can be concluded that the process of heat treatment and cooling process into a solution of NaOH hardness values and tensile strength increased, whereas at a concentration of 25% of the value of hardness and tensile strength decrease. The observation shows the microstructure of the visible changes in the structure of carbon steel medium which causes the hardness and tensile strength increased and the concentration of 25% NaOH microstructure shows the hardness and tensile strength decreased.

(9)

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan i

Pernyataan ii

Penghargaan iii

Abstrak v

Abstract vi

Daftar isi vii

Daftar Tabel ix

Daftar Gambar x

Lampiran BAB I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 2

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Sistematika Penulisan 3

BAB II Tinjauan Pustaka 2.1 Baja 5

2.1.1 Baja Karbon 6

2.1.2 Baja Paduan 7

2.1.3 Unsur Campuran Pada baja 7

2.2 Perlakuan Panas(Heat Treatment) 8

2.3 Media Pendingin 10

2.4 Pengerasan (Hardening) 13

2.4.1 Pengerasan Baja 15

2.5 Sifat Mekanik Logam 17

2.5.1 Kekerasan (Hardness) 17

2.5.2 Metode Rockwell 17

2.5.3 Prinsip Pengujian Kekuatan Tarik 18

2.5.5 Kekuatan Tarik Maksimum 18

2.5.6 Regangan 19

2.5.7 Modulus Elastis 19

2.6 Pengaruh Suhu Terhadap Benda 20

BAB III Metodologi Penelitian 3.1 Alat Dan Bahan Penelitian 21

3.1.1Alat 3.1.2Bahan 21

3.2 Prosedur Percobaan 22

(10)

3.2.2 Prosedur untuk Pengujian Bahan 22

3.2.3 Prosedur Kekerasan Metode Rockwell 23

3.2.4 Prosedur Uji Tarik 24

3.2.5 Prosedur Analisi Struktur Mikro 26

3.3 Teknik Analisa Data 26

3.4 Diagram Alir 37

BAB IV Hasil Dan Pembahasan 4.1 Hasil Penelitian 28

4.1.1Kekerasan 29

4.1.2 Kekuatan Tarik 29

4.1.3 Pengamatan Strukrur Mikro 31

4.2 Pembahasan 37

4.2.1 Kekerasan 37

4.2.2 Pengujian Kekuatan Tarik 38

4.2.3 Pengamatan Struktur Mikro 39

BAB V Kesimpulan Dan Saran 5.1 Kesimpulan 40

5.2 Saran 41

(11)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Pengkristalan kembali pada beberapa logam 10 Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Kekerasan 29 Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Kekuatan Tarik 30

(12)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Diagram Keseimbangan (Equilibrium) 14

Gambar 2.2 Hubungan Antara Kandungan Karbon dengan Kekerasan baja 16

Gambar 2.3 Hubungan Antara Kandungan Karbon dengan Suhu 16

Gambar 3.1 Bahan uji kekerasan 23

Gambar 3.2 Alat Uji Kekerasan 24

Gambar 3.3 Bahan uji tarik 25 Gambar 3.4 Alat Uji tarik 25

Gambar 3.5 Alat Analisis Struktur Mikro 26

Gambar 4.1 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah tanpa perlakuan panas 31

Gambar 4.2 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah setelah proses perlakuan panas dicelup langsung ke dalam larutan NaOH 5% 32

Gambar 4.3 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah setelah proses perlakuan panas dicelup langsung ke dalam larutan NaOH 10% 33

Gambar 4.4 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah setelah proses perlakuan panas dicelup langsung ke dalam larutan NaOH 15% 34

Gambar 4.5 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah setelah proses perlakuan panas dicelup langsung ke dalam larutan NaOH 20% 35

Gambar 4.6 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah setelah proses perlakuan panas dicelup langsung ke dalam larutan NaOH 25% 36

Gambar 4.7 Grafik Hubungan antara konsentrasi NaOH terhadap kekerasan Baja Karbon Menengah 37

Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara konsentrasi NaOH terhadap kekuatan tarik Baja Karbon Menengah 38

(13)

ABSTRAK

Telah dilakukan sebuah penelitian tentang pengaruh konsentrasi NaOH sebagai media pendingin terhadap sifat mekanik baja karbon menengah dengan adanya perlakuan panas.

(14)

THE INFLUENCE OF THE CONCENTRATION OF THE NaOH AS A COOLING MEDIUM ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF MEDIUM

CARBON STEEL WITH A HEAT TREATMENT

ABSTRACT

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Kebutuhan akan bahan logam dalam pembuatan alat – alat dan sarana kehidupan semakin meningkat. Mulai dari peralatan yang paling sederhana sampai pada peralatan yang paling rumit, misalnya perabot rumah tangga, jembatan, bangunan, kendaraan, dan konstruksi pesawat terbang.

Dalam meningkatkan kekerasan bahan tersebut dapat dilakukan dengan proses perlakuan panas. Perlakuan panas ( Heat – treatment) adalah proses yang memanaskan logam dalam keadaan padat sampai suhu tertentu dan kemudian didinginkan muntuk memberi sifat fisis atau mekanis yang lebih sempurna pada logam. Dengan cara perlakuan panas dapat juga dilakukan perubahan ukuran dan bentuk butir – butiran logam (Amanto, 1999).

Kekerasan dapat didefinisikan sebagai ketahanan terhadap penetrasi atau kemampuan bahan untuk tahan terhadap penggoresan indentasi atau penetrasi. Nilai kekerasan berkaitan dengan kekuatan tarik atau luluh logam karena selama penjajakan, logam mengalami deformasi plastis sehingga terjadi regangan dengan persentasi tertentu. Kekerasan juga berhubungan dengan ketahanan aus dari logam. (Smallman, 1991).

Telah dilakukan penelitian sebelumnya (Rajagukguk, 2005), dan hasil penelitian mengenai pengaruh pendingin terhadap kekuatan tarik baja karbon menengah disimpulkan bahwa kekuatan tarik untuk bahan original, kekuatan tarik maksimum rata – ratanya adalah 1009,33 x 106 N/�2 dan kekuatan tarik rata –

(16)

ratanya adalah 744,04 x 106 N/�2. Untuk bahan yang dihardening quenching dengan oli kekuatan rata – ratanya adalah 1306,73 x 106 N/�2. Untuk bahan yang dihardening quenching dengan air kekuatan rata – ratanya adalah 98,85 x 106 N/�2.

Selanjutnya, penelitian mengenai pengaruh NaCl sebagai media pendingin pada perlakuan panas terhadap sifat mekanik baja karbon menengah memberikan hasil bahwa nilai kekerasannya meningkat dari 9,6 HRC untuk bahan yang original menjadi 58,4 HRC, 58,1 HRC, 57,4 HRC, 56,3 HRC, dan 55,8 HRC untuk masing masing konsentrasi yang berbeda. Dan nilai uji tariknya juga meningkat dari 765,56 MPa, 1132,56 MPa, dan 779,58 MPa untuk masing – masing konsentrasi yang berbeda (Agustina 2007).

Setelah memperhatikan hasil dan kesimpulan dari penelitian – penelitian di atas, penulis tertarik untuk melakukan penelitian dengan judul: “Pengaruh Konsentrasi NaOH Sebagai Media Pendingin Terhadap Sifat Mekanik Baja Karbon Menegah Dengan Adanya Perlakuan Panas”.

1.2. RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang, maka rumusan masalah dalam penilitian ini yaitu:

1. Bagaimana pengaruh konsentrasi NaOH sebagai media pendingin terhadap kekerasan, dan kekuatan tarik baja karbon menengah setelah dilakukan proses perlakuan panas dan pendinginan.

2. Melihat mikro struktur baja karbon menengah setelah dilakukan proses perlakuan panas dan pendinginan.

3. Bagaimana struktur kristal baja karbon menengah setelah dilakukan proses perlakuan panas dan pendinginan.

1.3. BATASAN MASALAH

Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah yaitu melakukan variasi lanjutan NaOH dengan konsentrasi 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, menggunakan baja karbon

(17)

menengah dengan perlakuan panas. Pengujian yang dilakukan yaitu kekerasan, kekuatan tarik, mengamati struktur mikro, struktur kristal baja karbon menengah

1.4. TUJUAN PENELITIAN

Adapun tujuan penelitian yang ingin di capai dalam penelitian ini adalah :

1. Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH sebagai media pendingin terhadap kekerasan ,dan kekuatan tarik baja karbon menengah setelah dilakukan proses

perlakuan panas dan pendinginan.

2. Melihat mikro struktur baja karbon menengah setelah dilakukan proses perlakuan panas dan pendinginan.

3. Bagaimana struktur kristal baja karbon menengah setelah dilakukan proses perlakuan panas dan pendinginan.

1.5. MANFAAT PENELITIAN

1. Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat bagi penulis dalam mempelajari bagaimana pengaruh media pendingin terhadap bahan logam setelah melalui proses perlakuan panas dan untuk menambah wawasan penulis dalam bidang material.

2. Diharapkan hasil dari penelitian ini dapat membantu masyarakat untuk membandingkan bahan logam setelah melalui proses perlakuan panas dan pendinginan dengan NaOH terhadap pendingin yang lain.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah sebagai berikut:

Bab I Pendahuluan

Bab ini mencakup latar belakang penelitian, rumusan masalah, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan

(18)

penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

Bab II Tinjauan Pustaka

Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan.

Bab III Metodologi Penelitian

Bab ini membahas tentang waktu dan tempat penelitian, peralatan dan bahan penelitian, diagram alir penelitian dan prosedur penelitian.

Bab IV Hasil dan Pembahasan

Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang diperoleh dari penelitian.

Bab V Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan memberikan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.

(19)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Baja

Baja termasuk logam fero dan logam karbon. Dimana komposisi dasar terdiri sari besi (Fe) dan karbon. 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 (Love, 1982). Persentase dari unsur-unsur tersebut sangat mempengaruhi sifat dasar lolgam baja yang dihasilkan sebelum baja digunakan, perlu diketahui komposisi dari unsur-unsur baja tersebut agar tidak terjadi kesalahan dalam penggunaannya (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 Hipereutektoid, Baja Austenit, Baja Ferrit, dan Baja Martensit.

5. Menurut komposisi kimianya : Baja Larbon, Baja paduan.

6. Menurut proses laku panasnya : Baja Keras Air, dan Baja Keras Minyak. ( Surdia, 1995 )

(20)

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 abaj 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 menagndung 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.

3. Baja Karbon Tinggi ( High Carbon Steel )

Baja karbon tinggi mengandung karbon 0,6 – 1,5% dibuat dengan cara digiling panas. Pembentukan baja ini dilakukan dengan cara menggerinda permukaannya, misalnya bor dan batang dasar. Baja ini digunakan untuk peralatan mesin- mesin berat, batang pengontrol ( Amanto, 1999 ).

(21)

2.1.2. Baja Paduan

Baja paduan yaitu baja yang dicampur denga satu atau lebih unsur campuran. Seperti nikel, kromium, molibem, 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.

2.1.3. 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 :

a) Larut dalam besi untuk membentuk larutan pada ferit yang mengandung karbon di atas 0,006 pada temperatur sekitar 725 ºC. 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

(22)

(S), mangan (Mn) dan silikon (Si). Pengaruh unsur tersebut pada baja adalah sebagai berikut :

a) Unsur posfor

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

Unsur sulfur membahayakan sulfida yang mempunyai titik cair rendah dan rapuh. Kandungan sulfur harus dijaga agar serendah-rendahnya sekitar 0,05%. c) Unsur Silikon

Silikon membuat baja tidak stabil, tetapi unsur ini menghasilkan lapisan grafit yang menyebabkan baja tidak kuat. Baja mengandung silikon sekitar 0,1 – 0,3%.

d) Unsur Mangan

Unsur mangan yang bercampur dengan sulfur akan menghasilkan mangan sulfida dan diikuti pembentukan besi sulfida. Baja mengandung mangan lebih dari 1%.

2.2. 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).

Proses yang dilakukan dalam perlakuan panas terdiri dari empat bagian seperti, Pelunakan (Annealing), Penormala (Normalising), Mengeraskan (Haerdening) dan Menemper (Tempering).

• Pelunakan ( Annealing ) merupakan proses pemanasan yang diikuti dengan pendinginan perlahan-lahan di dalam tungku.

(23)

• Penormalan ( Normalising ) adalah proses pemanasan di atas suhu kritis atas dan dikeluarkan dari tungku untuk didinginkan di udara terbuka.

• Mengeraskan ( Hardening ) adalah perlakuan panas pada baja dari titik kritis atas kemudian dilakukan pendinginan cepat ( quenching ).

• Menemper ( Tempering ) merupakan pemanasan kedua dimana baja dipanaskan sampai di bawah titik kritis bawah kemudian dilakukan pendinginan ( Love, 1982 )

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.

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 Temperatur (ºC)

Pengkristalan kembali Titik Cair

Wolfram 1200 3410

Molibdeum 900 2620

Nikel 600 1458

Besi 450 1535

Kuningan 400 900 - 1050

(24)

Tembaga 200 1083

Perak 200 960

Aluminium 150 660

Magnesium 150 651

Seng 70 419

Timbal 20 327

Timah 20 232

2.3. Media pendingin

Media pendingin adalah merupakan suatu sarana akan suatu zat, baik berupa larutan, padatan maupun gas yang sifatnya sebagai pendingin terhadap bahan logam setelah melalui proses perlakuan panas yang juga sangat mempengaruhi perubahan fisis atau sifat-sifat mekanik dari bahan logam.

Pada umumnya media pendinngin yang dipakai pada proses perlakuan panas tergantung pada pemanasan apa yang dilakukan serta pembentukan sifat baru yang ingin didapatkan sehingga diperlukan adanya variasi pada media pendingin yang juga merupakan faktor pengendali jenis serta sifat bahan logam yang akan dihasilkan. Proses perlakuan panas yang biasanya dilakukan untuk media pendingin dilakukan dengan temperatur yang berbeda serta dengan adanya variasi dari konsentrasi media pendingin. Dimana dengan meningkatnya konsentrasi larutan akan mengurangi kecepatan pendinginan.

Sebagai media pendingin yang umum dipakai tergantung dari pembentukan sifat serta sesuai dengan proses pemanasan yang dilakukan, adalah sebagai berikut :

a. Udara

Pendinginan di udara adalah merupakan suatu pendinginan secara perlahan-lahan di ruangan terbuka yang bertujuan untuk menormalkan kembali struktur logam karena adanya efek pengerjaan terhadap bahan baja, pada pendinginan di udara terjadi pada fasa austenisasi, 500C – 600C di dalam daerah austenit murni. Pendinginan di udara mencegah terjadinya segresi proetekrad yang berlebihan dan terbentuknya struktur mikro perlit yang halus, dan proses ini disebut dengan Normalising. Pendinginan secara perlahan-lahan

(25)

dengan media pendinginan adalah udara terjadi pada proses Annealing dimana pada proses ini terjadi pada pendinginan secara perlahan- lahan daripada proses Normalising, pada proses pendinginan secara Annealing pendinginan dilakukan pada tungku ( furnance ) atau di ruang yang agak tertutup sehingga jumlah udara yang masuk agak terbatas yang akan mempengaruhi kecepatan pendinginan.

b. Oli, NaCl, NaOH, dan Air

Pendinginan di oli, NaCl, NaOH, dan air merupakan suatu pendinginan dengan kecepatan setelah dilakukan pemanasan sampai temperatur 500C di atas temperatur titik kritis selama beberapa waktu, proses pendinginan biasanya juga disebut dengan celup langsung. Pendinginan dengan kecepatan akan menghasilkan martensit yang keras dan agak rapuh. Pada proses pendinginan ini akan terbentuk austensit yang lebih padat daripada martensit dan juga lebih padat dari ferit ditambah dengan karbida, hal ini yang merupakan masalah pada pendinginan secara celup langsung dari autensit ke martensit Karena bagian tengah yang lebih lambat pendinginannya bertransformasi dan muai, setelah permukaannya lebih cepat pendinginannya menjadi martensit yang rapuh jadi retak dapat terjadi pada baja dengan ukuran lembaran atau kawat khususnya bila kadar karbon lebih besar dari 0,5%.

c. Larutan NaOH

Logam natrium sangat reaktif dengan air, sehingga reaksinya dapat menimbulkan ledakan. Jika natrium direndam dalam air, natrium bereaksi dengan cepat menghasilkan gelembung gas hidrogen yang dapat terbakar dan suatu zat yang disebut Natrium Hidroksida ( NaOH ) atau disebut sebagai Lindi.

Larutan NaOH merupakan penghantar listrik yang baik dan juga larutan NaOH merupakan basa kuat dari natrium.

(26)

Kegunaan Logam Alkali dan Senyawanya

Kegunaan natrium ( Na )

• Sebagai pendingin pada reaktor nuklir

• Natrium digunakan pada pengolahan logam-logam tertentu

• Natrium digunakan pada industri pembuatan bahan anti ketukan pada bensin yaitu TEL (tetraetillead)

• Uap natrium digunakan untuk lampu natrium yang dapat menembus kabut

• Untuk membuat senyawa natrium seperti Na2O2 (natrium peroksida) dan NaCN (natrium sianida)

• Natrium juga digunakan untuk foto sel dalam alat-alat elektronik. Kegunaan Senyawa Natrium

Natrium Klorida

Senyawa natrium yang paling banyak diproduksi adalah natrium klorida (NaCl). Natrium klorida dibuat dari air laut/ dari garam batu. Kegunaan senyawa natrium klorida antara lain :

• Bahan baku untuk membuat natrium (Na), klorin (Cl2), hydrogen (H2), hydrogen klorida (HCl) serta senyawa- senyawa natrium seperti NaOH dan Na2CO3.

• Pada industri susu serta pengawetan ikan dan daging.

• Di negara yang bermusim dingin, natrium klorida digunakan untuk mencairkan salju di jalan raya.

• Regenerasi alat pelunak air.

• Pada pengolahan kulit.

• Pengolahan bahan makanan yaitu sebagai bumbu masak atau garam dapur. Natrium Hidroksida (NaOH)

Natrium hidroksida dihasilkan melalui elektrolisis larutan NaCl. Natrium hidroksida disebut dengan nama kaustik soda atau soda api yang banyak digunakan dalam industri berikut :

(27)

• Industri sabun dan deterjen. Sabun dibuat dengan mereaksikan lemak atau minyak dengan NaOH.

• Industri pulp dan kertas. Bahan dasar pembuatan kertas adalah selulosa (pulp) dengan cara memasak kayu, bambu dan jerami dengan kaustik soda (NaOH).

• Pada pengolahan aluminium Kaustik soda digunakan untuk mengolah bauksit menjadi Al2O3 (alumina) murni.

• NaOH juga digunakan dalam industri tekstil, plastik, pemurnian minyak bumi, serta pembuatan senyawa natrium lainnya seperti NaClO.

2.4.1.Pengerasan(Hardening)

Pengerasan adalah proses pemanasan baja samapai suhu di atas daerah kritis, disusul dengan pendinginan yang cepat. Bila kadar karbon diketahui, suhu pemanasannya dapat dibaca dan diagram keseimbangan seperti gambar 2.1. Akan tetapi, bila komposisi baja tidak diketahui perlu dilakukan percobaan untuk mengetahui daerah pemanasannya.

600 700 800 900

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

TITIK TITIK KRITIS ATAS

AUSTANITE

FERRITE DAN

AUSTANITE _AUSTANITE

DAN CAMENTITE FERRITE DAN PEARLITE CAMENTITE DAN PEARLITE TITIK TITIK KRITIS BAWAH

DERAJAT CELCIUS

% KARBON DALAM BESI _{PEARLITE SEPENUHNYA}

Sumber : Love, 1982

Gambar 2.1. Diagram Keseimbangan.

Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada persentase kadar karbon dalam baja. Kekerasan juga tergantung pada temperatur pemanasan (autenintising

(28)

temperature), holding time dan laju pendinginan yang dilakukan serta seberapa tebal bagian penampang yang menjadi keras bergantung pada herdenability.

Untuk memperoleh kekerasan yang baik (martensit yang keras) maka pada saat pemanasan harus dapat dicapai struktur austenit, karena hanya austenit yang dapat bertransformasi menjadi martensit. Bila pada saat pemanasan masih terdapat struktur lain maka pada saat didinginkan akan diperoleh 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 proses pengerasan yang dilakukan terhadap suatu baja perlu dilakukan suatu percobaan pemanasan dan

quenching pada beberapa temperatur dan dianalisis struktur yang terjadi.

Pada beberapa literatur dan juga pada brosur dari pabrik pembuatan baja dapat diperoleh daerah temperatur pemanasan untuk hardening yang juga akan saling tergantung pada beberapa faktor lain, antara lain holding time (Dalil dkk, 1999).

2.4.2.Pengerasan Baja

Pengerasan yang dilakukan secara langsung adalah baja dipanaskan untuk menghasilkan struktur austenit dan selanjutnya didinginkan. Pembentukan sifat-sifat dalam baja bergantung pada kandungan karbon, temperatur pamanasan, sistem pendinginan serta bentuk dan ketebalan bahan.

1. Pengaruh unsur karbon

Supaya dihasilkan suatu perubahan sifat-sifat baja, maka unsur karbon yang larut dalam padat harus secukupnya setelah dilakukan pendinginan untuk menghasilkan perubahan lapisannya. Jika kandungan karbon kurang dari 0,15%, maka tidak terjadi perubahan sifat-sifat baja setelah didinginkan. Kenaikan kandungan karbon berhubungan dengan kenaikan kekuatan dan kekerasan sebagai hasil dari pendinginan. Tetapi kenaikan tersebut akan mengurangi kekenyalan pada baja seperti gambar 2.2.

(29)

Supaya terjadi palarutan yang lengkap sebagai hasil dari pendinginan, maka penting adanya pelarutan unsur karbon dalam jumlah yang cukup laruatan padat sebgai hasil dari pemanasan. Baja yang mengandung karbon kurang dari 0,83% dipanaskan di atas titik kritis atas (tertinggi). Seluruh unsur karbon masuk ke dalam larutan padat dan selanjutnya didinginkan. Baja dengan kandungan karbon lebih dari 0,83% biasanya dipanaskan hanya sedikit di atas titik kritis terndah (bawah). Dalam hal ini tidak terjadi perubahan perlit menjadi austenit. Pendinginan yang dilakukan pada suhu itu akan membentuk martensit, seperti gambar 2.3. Sewaktu kandungan karbon di atas 0,83% tidak terjadi perubahan sementit bebas menjadi austenit karena larutannya telah menjadi keras. Sehingga perlu dilakukan pemanasan pada suhu tinggi untuk mengubahnya dalam bentuk austenit. Austenit akan menghasilkan struktur berbentuk kasar tanpa mengalami penambahan yang cukup besar pada kekerasan dan kekuatannya. Akan tetapi menyebabkan baja menjadi lebih rapuh setelah didinginkan. Lamanya pemanasan tergantung pada ketebalan bahan, tetapi bahan tidak berukurn panjang karena akan menghasilkan struktur yang kasar.

200 400 600 800

0 2 4 6 8 10

NILAI KEKERASAN (HV)

% KARBON SETELAH DIKERASKAN

12 1.000

SEBELUM DIKERASKAN

Sumber : Amanto, 1999

(30)

200 400 600 800

0 2 4 6 8 10

SUHU ( C)

% KARBON 12 1.000 300 500 700 900 o

30 C o

20 C o

TITIK KRITIS ATAS

TITIK KRITIS BAWAH

Sumber : Amanto, 1999

Gambar 2.3 Suhu pemanasan

3. Pengaruh pendinginan

Jika baja didinginkan dengan kecepatan minimum yang disebut dengan kecepatan pendingin kritis, maka seluruh austenit akan berubah ke dalam bentuk martensit, sehingga dihasilkan kekerasan baja yang maksimum.Metode pencelupan secara cepat yang di sebut quenching pada proses ini diperoleh struktur martensit akibat penurunan temperature dan suhu austenite kesuhu kamar yang menyebabkan logam menjadi keras.

2.5. Sifat Mekanik Logam

Sifat mekanik suatu logam adalah kemampuan atau kelakuan logam untuk menahan beban yang diberikan baik bebas statis atau dinamis pada suhu kamar, suhu tinggi maupun di bawah suhu 0ºC. Beban statis adalah beban yang tetap besar dan arahnya setiap saat. Sedangkan beban dinamis adalah beban yang besar dan arahnya bisa berubah meurut waktu.

Beban statis dapat berupa beban tarik, tekan lentur, puntir, geser, dan kombinasi dari beban tersebut. Sementara itu, beban dinamis dapat berupa beban yang tiba-tiba berubah-ubah. Sifat mekanik logam meliputi : kekuatan, kekerasan, kegetasan, keuletan, aus dan lain-lain.

(31)

2.5.1. Kekerasan (Hardness)

Kekerasan adalah ketahanan bahan terhadap deformasi plastis, karena pembebanan setempat pada permukaan berupa goresan atau penekanan. Sifat ini banyak berhubungan dengan kekuatan, daya tahan aus dan kemampuan dikerjakan dengan mesin (mampu mesin). Cara pengujian kekerasan ada tiga yaitu dengan menggores, menjatuhkan dan dengan melakukan penekanan (uji tekan). Kekerasan suatu bahan dapat berubah bila dikerjakan dengan pengerjaan dingin (cold worked) seperti pengerolan, penarikan, serta kekerasan dapat dicapai sesuai kebutuhan dengan perlakuan panas (Surdia, 1995)

Kekerasan suatu bahan dapat diketahui dengan pengujian kekerasan memakai mesin uji kekerasan (hardness tester) menggunakan tiga cara atau metode yang telahb banyak dilakukan yaitu metode brinel, rockwell dan vicker.

2.5.2. Kekuatan Tarik

Kekuatan tarik merupakan sifat mekanik yang sangat penting dari suatu logam, terutama untuk perhitungan-perhitungan konstruksi. Untuk memperoleh informasi tentang kekuatan tarik dilakukan pengujian tarik.

Dalam pengujian tarik, batang uji dikenai beban aksial yang ditambah secara berangsur-angsur secara kontinu. Pada saat yang bersamaan dilakukan pengukuran-pengukuran yang diperlukan untuk menentukan besarnya tegangan dan regangan.

Bila suatu logam dibebani beban tarik maka akan mengalami deformasi, yaitu perubahan ukuran atau bentuk karena pengaruh beban yang dikenakan pada benda tersebut. Deformasi ini dapat terjadi secara elastis dan secara plastis (Sumanto, 1996). Deformasi elastis adalah suatu perubahan yang segera hilang kembali apabila beban ditiadakan. Deformasi plastis adalah suatu perubahan bentuk yang tetap ada meskipun benda yang menyebabkan deformasi ditiadakan.

(32)

Pengujian tarik biasanya dilakukan terhadap spesimen atau batang uji yang standar. Batang uji tarik tersebut dipasang pada mesin tarik, dijepit dengan mesin tarik pada kedua ujung bahan dan ditarik memanjang secara perlahan-lahan. Selama penarikan setiap saat dicatat dengan grafik yang tersedia dalam mesin tarik. Besarnya gaya pertambahan panjang yang terjadi adalah sebagai akibat dari gaya tarik tersebut. Penarikan terus dilakukan sampai benda terputus.

2.5.4. Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)

Kekuatan tarik maksimum dinyatakan sebagai beban maksimum yang dapat diterima oleh bahan dibagi luas penampang semula bahan uji tanpa menjadi rusak atau putus. Kekuatan tarik maksimum (UTS) dinyatakan dengan rumus :

UTS = �_�= ��

�0 ……….. 2.1 Dimana :

�� = kekuatan tarik bahan (N/m²)

�� = beban maksimum (N)

�0 = luas penampang semula batang uji (m²)

2.5.5. Regangan (ϵ)

Akibat tarikan, bagian panjang batang L mengalami ulur atau perpanjangan sebesar ΔL. Perpanjangan relatif yaitu pertambahan panjang persatuan panjang awal, didefinisikan sebagai regangan (Strain) normal dan dapat ditulis sebagai berikut :

ϵ = Δ�

� = (� – �0)

�0 ………. 2.2

dimana:

� = Regangan

�ₒ = panjang batang uji mula-mula (m)

(33)

2.5.6. Modulus Elastisitac (E)

Modulus elastisitas adalah kemiringa kurva dari diagram tegangan dan regangan dalam daerah elastisitas linier. Modulus elastisitas dapat dihitung dengan membagi tegangan (�ᵤ) dan regangan (�).

E =��

є ……….. 2.3

Di mana :

E = modulus elastisitas (N/ m²) ��= kekuatan tarik (N/ m²)

Є = Regangan.

2.6. Pengaruh Suhu Terhadap Benda

Suhu atau temperatur merupakan ukuran panas atau dinginnya suatu benda. Benda mempunyai suhu lebih tinggi dikatakan lebih panas. Benda mempunyai suhu lebih rendah dikatakan lebih dingin. Banyak sifat-sifat zat yang berubah terhadap perubahan suhunya. Sebagai contoh, sebagian besar zat akan memuai bila dipanaskan. Kecuali air bila dipanaskan dari 0ºC - 4ºC akan menyusut dan setelah 4ºC memuai. Gejala ini disebut anomali air. Sebatang besi akan lebih panjang ketika panas dari pada saat besi itu dingin (Tim Fisika Dasar, 2002).

Ada beberapa sifat zat yang berubah bila dipanaskan. Di antara sifat-sifatnya yang berubah itu adalah warnanya (besi yang panas pijar), volumnya, tekanannya dan daya hantar listriknya atau hambatannya (Kertiasa, 1994). Sifat-sifat zat yang berubah bila dipanaskan itu disebut sifat termometrik zat. Sifat termometrik ini dapat digunakan sebagai dasar untuk pengukuran suhu. Misalnya, pada besi menggunakan warna pijaran besi sebagai ukuran cukup atau tidak cukupnya suhu besi untuk ditempah.

(34)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini telah dilakukan di Laboratorium Material Test PTKI Medan mulai dari 17 Mei sampai 09 Juni 2012.

3.1. ALAT DAN BAHAN PENELITIAN

Alat yang dipakai dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

3.1.1. Alat

No Nama Alat Spesifikasi Jumlah

1 2 3 4 5 6 7 8

Mesin Uji Tarik Mesin Uji Kekerasan Mikroskop Optik

Tungku Pemanas dengan Pengontrol suhu

Mesin Bubut Mesin Gergaji Jangka Sorong Speciment Driyer

Strenght Testing Machine Kapasitas 2 ton

Rockwell Hardness

Machine kapasitas 150 Kg 800x

Kapasitas 12000C - - 0,02mm - 1 Set 1 Set 1 Set 1 Set 1 Set 1 Set 1 Buah 1 Buah 3.1.2. Bahan

No Nama Bahan Spesifikasi Jumlah

1 2 3 4 5 Larutan NaOH

Baja Karbon Menengah Larutan HN03

Meta Polis Kertas Pasir Konsentrasi 5%,10%,15%,20%,25% NS-1045 -

Alumina Powder (0,3 µm ) - - 12 Buah - - -

(35)

3.2 PROSEDUR PERCOBAAN

3.2.1 Prosedur Untuk Perlakuan Panas

1. Menyediakan bahan uji sebanyak 12 buah dengan perincian : 6 buah untuk pengujian kekerasan, 6 buah pengujian tarik, sedangkan untuk pengujian struktur mikro diambil dari bahan pengujian kekerasan.

2. Memberi perincian pada bahan uji sebagai berikut :

a. Untuk bahan tanpa perlakuan : pengujian kekerasan 1, dan pengujian tarik 1 b. Untuk bahan dengan perlakuan panas 8500C menggunakan media pendingin

sebagai berikut:

• Larutan NaOH 5% ; pengujian kekerasan 1, dan pengujian tarik 1

• Larutan NaOH 10% ; pengujian kekerasan 1, dan pengujian tarik 1

• Larutan NaOH 15% ; pengujian kekerasan 1, dan pengujian tarik 1

• Larutan NaOH 20% ; pengujian kekerasan 1, dan pengujian tarik 1

• Larutan NaOH 25% ; pengujian kekerasan 1, dan pengujian tarik 1 3. Menyediakan larutan NaOH dengan variasi konsentrasi 5%, 10%, 15%, 20%, 25%

dengan volume air masing-masing 10 liter.

4. Memasukkan bahan ke dalam tungku pemanasan, lalu dipanaskan sampai temperature 8500C dan dibiarkan selama 15 menit.

5. Setelah bahan dipanaskan sampai temperature 8500C, angkat bahan dan langsung didinginkan secara cepat di larutan NaOH dengan konsentrasi yang berbeda untuk masing-masing bahan.

6. Setelah bahan dingin dilakukan pencucian terak dan melakukan pengeringan pada mesin Speciment Driyer .

3.2.2 Prosedur Untuk Pengujian Bahan

1. Melakukan pengujian kekerasan bahan menggunakan alat Rockwell Hardness Test dengan beban sebesar 10 kg setiap bahan uji dilakukan penekanan sebanyak 1 kali.

(36)

2. Membaca nilai kekerasan secara langsung pada alat berdasarkan kedalaman yang diukur oleh alat tersebut.

3. Melakukan pengujian kekuatan tarik untuk masing- masing bahan uji denga alat Strength Test.

4. Melakukan pengetesan pada bahan uji dengan larutan alumina menggunakan kertas pasir sehingga bekas goresan pada permukaan tidak terlihat lagi.

5. Melakukan pemolesan dengan larutan HNO3, kemudian dibilas dengan air lalu dikeringkan.

6. Melakukan pengambilan struktur mikro dari bahan yang telah dipoles tersebut dengan menggunakan alat Mikroskop Optik.

3.2.3 Pengujian Kekerasan Metode Rockwell

Pengujian kekerasan metode Rockwell dilakukan dengan menggunakan alat uji kekerasan yang dapat secara langsung membaca kekerasan bahan berdasarkan kedalaman yang diukur oleh alat seperti pada gambar di bawah ini :

D = 8 mm

h = 10 mm

(37)

Bahan uji diletakkan tegak lurus di antara penyangga dan indentor,kemudian dengan menekan indentor kerucut intan kepada bahan uji dengan beban tertentu.Ketika indentor masuk ke dalam baha uji,maka secara otomatis angka yang menunjukkan harga kekerasan bahan akan terlihat pada skala alat uji Rockwell.

Gambar 3.2 Alat uji kekerasan Rockwell

3.2.4 Pengujian Tarik

Bahan uji tarik diletakkan pada penjepit atas dan bawah yang di kendalikan dengan kontrol jepit, seperti pada gambar.Dengan memutar kontrol dengan kelajuan anguler 0,2 rpm.Maka penjepit akan bergerak bersamaan dengan bergeraknya jarum penunjuk yang menunjukkan berat beban yang digunakan hingga bahan uji putus. Kekuatan tarik maksimum dapat dihitung dengan persamaan :

UTS = σu = ……… 3.1

dimana :

(38)

Fmaks = Beban maksimum (N)

A0 = Luas penampang bahan uji mula – mula (mm2)

m = 1,5 mm

h = 50 mm d = 16 mm

m = 1,5 mm

h = 50 mm

d = 16 mm

l = 1,5 mm0

d = 8 mm

Gambar 3.3 Bahan Uji Tarik JIS 2201-8A

(39)

3.2.5 Pengujian Struktur Mikro

Bahan uji yang dipoles sebelum dan sesudah dietsa dengan larutan etsa,dengan memakai Mikroskop optic dapat dilihat struktur mikro dari baja karbon menengah.

Gambar 3.5 Alat analisis Struktur Mikro

3.3 Teknik Analisa Data

Dalam penelitian ini,dengan memvariasikan konsentrasi NaOH masing – masing bahan akan diuji dan hasilnya dapat ditulis dalam bentuk tabel.Data bahan sebelum dan sesudah diuji tarik dan kekerasan dilakukan pengujian untuk setiap bahan antara lain :

1. Bahan Original

(40)

3.3. Diagram Alir Penelitian

Adapun diagram alir penelitian ini adalah sebagai berikut :

Baja Karbon MenengahNS-1045

Pembentukan Bahan uji JIS 2201-8A

Tanpa Perlakuan ( Original )

Perlakuan Panas (Hardening dengan 8500 C )

Pengujian

Quenching Dengan Larutan NaOH 5%, 10%, 15%, 20%, 25%

Uji Tarik Analisis Struktur Mikro

Uji Kekerasan

Data

Analisa Data

(41)

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. HASIL PENELITIAN

Pengujian sifat mekanik dari beberapa bahan uji telah dilakukan dengan adanya variasi kosentrasi NaOH untuk baja karbon menengah.Hasil pengujian yang telah dilakukan adalah kekerasan (Hardness), kekuatan tarik (Tensile Strength), Pengamatan Struktur Mikro dan Pengamatan struktur Kristal dengan variasi konsentrasi NaOH sebagai media pendingin untuk baja karbon menengah. Data yang didapat dari hasil pengujian diperoleh dengan perhitungan dan hasil yang tertera pada tabel berikut.

4.1.1. Kekerasan (Hardness)

Nilai kekerasan bahan uji dari hasil pengukuran dapat diliha pada table 4.1, dimana nilai kekerasan tersebut dapat terlihat pada alat uji kekerasan yang secara langsung mengukur kekerasan bahan uji berdasarkan kedalaman yang diukur. Data hasil pengujian dibawah ini dilakukan satu kali pengujian untuk masing – masing bahan uji.

Tabel 4.1 Data hasil uji kekerasan

Konsentrasi NaOH (%)

Kekerasan Rockwell (HRC)

Hasil

Original 9,4

5% 57

10% 58,3

15%% 58,5

20% 60

25% 57,5

(42)

Dimana :

d = Diameter Bahan (mm) h = Tebal Bahan (mm)

4.1.2. kekuatan Tarik

Nilai kekuatan tarik ditentukan dengan persamaan 2.1 dan didapat dari hasil pengujian dengan melakukan perhitungan (Lampiran 1), untuk masing- masing variasi dilakukan satu kali pengujian dan hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.2 dibawah ini.

Tabel 4.2 Data hasil uji tarik Konsentrasi NaOH

(%)

Beban Maksimum (N)

Kekuatan Tarik (MPa)

Hasil

Original 33000 656,85

5% 36600 728,50

10% 42000 835,99

15% 49600 978,26

20% 52000 1035,03

25% 43000 855,89

d = 8 mm lo= 8mm A=50,24 mm2

dimana :

d = Diameter Bahan (mm) A = Luas Penampang (mm2) lo = Panjang Bahan (mm2)

(43)

4.1.3. Pengamatan Struktur Mikro

Gambar 4.1 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah Tanpa Proses Perlakuan Panas,Perbesaran 500x

Keterangan :

• Struktur Mikro ferit dan dan Perlit

• Nomor 1 adalah Ferit,bentuk kasar dan ukurannya besar.

• Nomor 2 adalah Perlit,bentuk besar dan ukurannya besar

• Kekerasan dan kekuatan tarik rendah.

(44)

Gambar 4.2 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah Setelah Proses Perlakuan Panas di Celup Langsung kedalam Larutan NaOH 5%,Perbesaran 500x

Keterangan :

• Struktur Mikro Martensit dan Perlit

• Nomor 1 adalah Perlit,terlihat berupa garis yang gelap dan jumlahnya sedikit.

• Nomor 2 adalah Martensit,membentuk ukuran yang besar dan jumlahnya lebih banyak dari Perlit.

• Kekerasan dan kekuatan tarik lebih besar dari bahan uji tanpa proses perlakuan panas.

(45)

Gambar 4.3 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah Setelah Proses Perlakuan Panas di Celup Langsung kedalam Larutan NaOH 10%,Perbesaran 500x

Keterangan :

• Struktur Mikro Martensit dan Perlit

• Nomor 1 adalah Perlit ,terlihat berupa garis yang gelap dan jumlahnya sedikit dari pada gambar 4.2

• Nomor 2 adalah Martensit ,membentuk ukuran yang besar dan jumlahnya lebih sedikit dari pada gambar 4.2

(46)

Gambar 4.4 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah Setelah Proses Perlakuan Panas di Celup Langsung kedalam Larutan NaOH 15%,Perbesaran 500x

Keterangan :

• Struktur Mikro Martensit dan Perlit

• Nomor 1 adalah Perlit ,terlihat berupa garis yang gelap dan jumlahnya sedikit dari pada gambar 4.3

• Nomor 2 adalah Martensit ,membentuk ukuran yang besar dan jumlahnya lebih sedikit dari pada gambar 4.3

(47)

Gambar 4.5 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah Setelah Proses Perlakuan Panas di Celup Langsung kedalam Larutan NaOH 20%,Perbesaran 500x

Keterangan :

• Struktur Mikro Martensit dan Perlit

• Nomor 1 adalah Perlit ,terlihat berupa garis yang gelap dan jumlahnya sedikit dari pada gambar 4.4

• Nomor 2 adalah Martensit ,membentuk ukuran yang besar dan jumlahnya lebih sedikit dari pada gambar 4.4

(48)

Gambar 4.6 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah Setelah Proses Perlakuan Panas di Celup Langsung kedalam Larutan NaOH 25%,Perbesaran 500x

Keterangan :

• Struktur Mikro Martensit dan Perlit

• Nomor 1 adalah Perlit ,terlihat berupa garis yang gelap dan jumlahnya banyak,ukurannya menjadi besar dan kasar.

• Nomor 2 adalah Martensit ,membentuk ukuran yang besar,kasar dan jumlahnya lebih banyak.

(49)

4.2. PEMBAHASAN

4.2.1. Kekerasan

Berdasarkan data dari tabel 4.1 ,diketahui bahwa proses pemanasan (hardening)

dengan larutan NaOH dengan variasi konsentrasi yang berbeda akan diperoleh hasil pengujian tiap – tiap bahan uji.Kekerasan baja sebelum dilakukan proses pemanasan dan didinginkan dengan larutan NaOH nilai kekerasan baja mulai meningkat pada kensentrasi 5%,10%,15%,dan 20% sebesar 57 HRc,58,3 HRc,58,5 HRc dan 60 HRc dan mengalami penurunan nilai kekerasannya pada konsentrasi 25% sebesar 57,5 HRc. Baja yang memiliki kekerasan yang baik dapat digunakan untuk roda gigi otomotif,rel kereta api dan alat angkat hidrolik.

Hasil perolehan data dari kekerasan baja karbon menengah dengan variasi konsentrasi NaOH dapat ditunjukkan pada grafik dibawah ini.

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara Konsentrasi NaOH terhadap Kekerasan Baja Karbon Menengah

Dari grafik diatas dapat dilihat kenaikan nilai kekerasan dari baja karbon menengah setelah ada perlakuan panas dan pendinginan dengan larutan NaOH. Nilai kekerasan terus meningkat dari konsentrasi paling kecil dan nilai maksimum pada konsentrasi 20%,tetapi pada konsentrasi 25% nilai kekerasan menurun.

0 10 20 30 40 50 60 70

0 5 10 15 20 25 30

K ek er a sa n (H Rc )

Konsentrasi NaOH (%)

(50)

4.2.2. Pengujian Kekuatan Tarik

Berdasarkan data dari tabel 4.2 ,diperoleh hasil pengujian tiap – tiap bahan uji. Kekuatan tarik baja tanpa proses perlakuan panas sebesar 656,85 MPa, setelah dilakukan proses perlakuan panas dan didinginkan dalam larutan NaOH kekuatan tarik baja mengalami peningkatan untuk masing – masing konsentrasi 5%, 10%, 15%, 20%, 25% sebesar 728,58 MPa, 835,98 MPa, 987,26 MPa,1035,28 MPa, dan mengalami penurunan pada konsentrasi 25% sebesar 855,89 MPa. Baja yang memiliki kekuatan tarik yang baik dapat digunakan untuk pembuatan jembatan, konstruksi bagunan dan pegas.

Hasil perolehan data dari kekuatan tarik baja karbon menengah dengan variasi konsentrasi NaOH dapat ditunjukkan pada grafik dibawah ini.

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara Konsentrasi NaOH terhadap Kekuatan Tarik Baja Karbon Menengah

Dari grafik diatas dapat dilihat kenaikan nilai kekuatan tarik dari baja karbon menengah setelah ada perlakuan panas dan pendinginan dengan larutan NaOH. Nilai kekuatan tarik terus meningkat dari konsentrasi paling kecil dan nilai maksimum pada konsentrasi 20%, tetapi pada konsentrasi 25% nilai kekuatan tarik menurun.

0 200 400 600 800 1000 1200

0 5 10 15 20 25 30

K e k u at an T ar ik ( M P a)

(51)

4.2.3. Pengamatan Struktur Mikro

Hasil pengamatan struktur mikro yang dilakukan menunjukkan bahwa struktur mikro baja karbon menengah mengalami perubahan setelah dilakukan proses perlakuan panas. Struktur ferit dan perlit terlihat pada baja karbon menengah menengah tanpa proses perlakuan panas,sedangkan struktur perlit dan martensit terlihat pada baja karbon menengah yang dilakukan proses perlakuan panas (hardening) pada suhu 8500Cdan didinginkan kedalam larutan NaOH.

Proses perlakuan panas dan pendinginan yang dilakukan menyebabkan terjadinya perubahan struktur butiran dan ukuran yang menunjukkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik baja karbon menengah. Pembentukan butiran yang semakin kasar dan semakin besar menunjukkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik lebih rendah dibandingkan dengan butiran yang lebih halus dan berukuran lebih kecil.

Struktur ferit dan perlit terlihat pada baja karbon menengah tanpa proses perlakuan panas dengan struktur butiran yang kasar dan ukuran yang besar.Ini menunjukkan bahwa kekerasan dan kekuatan tariknya rendah,sedangkan struktru perlit dan martensit terlihat pada baja karbon menengah yang dilakukan proses perlakuan panas dan di dinginkan kedalam larutan NaOH pada konsentrasi 5%, 10%, 15% dengan struktur butiran yang halus dan ukurannya yang kecil yang menunjukkan nilai kekerasan dan kekuatan tariknya meningkat. Dan struktur butiran yang lebih halus dan ukuran yang lebih kecil terlihat pada pendinginan ke dalam larutan NaOH dengan konsentrasi 20% yang menunjukkan bahwa nilai kekerasan dan kekuatan tariknya lebih besar. Sedangkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik mengalami penurunan pada pendinginan ke dalam larutan NaOH dengan konsentrasi 25%.

(52)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan pengaruh konsentrasi NaOH sebagai media pendingin terhadap kekerasan kekuatan tarik baja karbon menengah, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Proses perlakuan panas (hardening) dan pencelupan langsung (quenching)

pada baja karbon menengah ke dalam larutan NaOH 5%, 10%, 15%, 20%, 25% menghasilkan kekerasan sebesar 57 HRC; 58,3 HRC; 58,5 HRC; 60 HRC dan 57,5 HRC untuk konsentrasi yang berbeda pada baja karbon menengah. 2. Nilai kekerasan dan kekuatan tarik baja karbon menengah mencapai nilai

maksimum sebesar 60 HRC dan 1035,28 Mpa pada saat dilakukan pemansan dan pendinginan ke dalam larutan NaOH dengan konsentrasi 20%.

3. Struktur ferit dan perlit terlihat pada baja karbon menengah tanpa proses perlakuan panas (hardening) dan struktur perlit dan martensit terlihat pada baja karbon menengah dengan proses perlakuan panas (hardening) dan proses celup langsung (quenching).Struktur perlit dan martensit yang terlihat menunjukkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik baja karbon menengah meningkat atau menurun.

5.2. SARAN

1. Untuk peneliti berikutnya dapat memvariasaikan larutan NaOH dengan konsentrasi yang lebih kecil.

2. Untuk mendapatkan kekerasan yang besar sebaiknya menggunakan larutan NaOH sebagai media pendingin dari pada larutan NaCL.

3. Disarankan pada peneliti berikutnya dapat menganalisis struktur Kristalnya juga.

(53)

DAFTAR PUSTAKA

Agustina,D,S., (2007), Pengaruh konsentrasi NaCl Sebagai Media Pendingin Terhadap sifat Mekanik Dan Sifat Fisis Baja Karbon Menengah, Skripsi,

Unimed.

Alexander, W.O., Davies, Heslop, S., (1991), Dasar Metaluargi untuk Rekayasawan,

terjemahan : Dr.Ir.Sriati Djaprie, M.Met, Penerbit PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

Amanto, H., dan Daryanto, (1999), Ilmu Bahan, penerbit Bumi Aksara, Jakarta

Amstead, B, H., Philip, F.O., dan Myron, L.,B, (1999), Teknologi Melanik, Edisi Ketujuh, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Dalil, M., Prayitno,A., Innou,I., (1999), Pengaruh Perbedaan Waktu Penahanan Suhu Stabil (Holding Time) Terhadap Kekerasan Logam, Jurnal nature Indonesia II, UNRI.

Kertiasa, N., (1994), Fisika I, Pnerbit Balai Pustaka, Jakarta

Love,G., (1982), Teori dan Praktek Kerja Logam, edisi ketiga, terjemahan Harun A.R, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Rajagukguk, J., (2005), Pengaruh Media Pendingin Pada Proses Perlakuan Panas Terhadap kekuatan Tarik Baja Karbon Menengah, Sikripsi, Unimed.

Smallman, R.E., (1991), Metalurgi Fisik Modern, Edisi ke empat, Penerbit Gramedia, Jakarta.

Sumanto, (1996), Pengetahuan Bahan, Penerbit Andi Offset, Yokyakarta.

Surdia Tata, (1995), Bahan Teknik Pengetahuan, Penerbit Pradya Paramita, Jakarta. Tim FisikaDasar., (2002), FisikaDasar I, FmipaUniversitasNegeri Medan

(54)

Lampiran A

A1.HASIL PERHITUNGAN DATA PENGUJIAN BAHAN

A1.1 Kekerasan

Nilai kekerasan Rockwell dapat dilihat secara langsung pada alat uji kekearasan dimana hasilnya dapat dilihat pada lampiran hasil penelitian dibawah ini.

• Untuk bahan uji original (Tanpa Perlakuan Panas) : Nilai kekerasan = 9,4 HRC

• Untuk bahan uji dengan 5% NaOH : Nilai kekerasan = 57 HRC

• Untuk bahan uji dengan 10% NaOH : Nilai kekerasan = 58,3 HRC

• Untuk bahan uji dengan 15% NaOH : Nilai kekerasan = 58,5 HRC

• Untuk bahan uji dengan 20% NaOH : Nilai kekerasan = 60 HRC

• Untuk bahan uji dengan 25% NaOH : Nilai kekerasan = 57,5HRC

A1.2Kekuatan Tarik

Dari data yang diperoleh dari hasil pengujian, maka dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut :

• Luas Penampang Bahan : A0 = 1₄πd2

= 1

4(3,14)(8mm) 2 = 50,24mm2

(55)

• Untuk bahan uji tanpa perlakuan (original) Kekuatan Tarik (UTS) = ��

�0 = 33000�

50,24��2 = 656,85 N/mm2 = 656,85.106 N/m2 = 656,85 MPa

• Untuk bahan uji dengan 5% NaOH : Kekuatan Tarik (UTS) = ��

�0 = 36600�

50,24��2

= 728,50 �

�� 2

= 728,50.106 N/m2 = 728,50 MPa

• Untuk bahan uji dengan 10% NaOH : Kekuatan Tarik (UTS) = ��

�0 = 42000�

50,24��2 = 835,99 N/mm2 = 835,99.106 N/m2 = 835,99 MPa

• Untuk bahan uji dengan dengan 15% NaOH : Kekuatan Tarik (UTS) = ��

�0 = 49600�

50,24��2 = 987,26 N/mm2 = 987,26.106 N/m2 = 987,26 MPa

(56)

• Untuk bahan uji dengan 20% NaOH : Kekuatan Tarik (UTS) = ��

�0 = 52000�

50,24��2 = 1035,28 N/mm2 = 1035,28.106 N/m2 = 1035,28 MPa

• Untuk bahan uji dengan 25% NaOH : Kekuatan Tarik (UTS) = ��

�0 = 43000�

50,24��2 = 855,89 N/mm2 = 855,89.106 N/m2 = 855,89 MPa

A2.PERHITUNGAN PERSENTASE NaOH (Dalam Massa/Volume)

• Untuk Konsentrasi 5% NaOH

% = ��_{��}��_{��}��× 100%

5% = ��

10000��3 × 100%

5 = 100��

10000��3

50000 ��3 = 100 �� gr = 500

• Untuk Konsentrasi 10% NaOH % = ��

�� × 100%

10% = ��

10000��3 × 100%

10 = 100��

(57)

100000 cm3 = 100 gr

gr = 1000

• Untuk Konsentrasi 15% NaOH % = ��

�� × 100%

15% = ��

10000��3 × 100%

15 = 100��

10000��3 150000 cm3 = 100gr

gr = 1500

• Untuk Konsentrasi 20% NaOH

% = ��

�� × 100%

20% = ��_10000��₃ × 100%

20 = _10000��100�� ₃

200000 ��3 = 100 �� gr = 2000

• Untuk Konsentrasi 25% NaOH

% = ��

�� × 100%

25% = ��_10000��₃ × 100%

25 = _10000��100�� ₃

250000 ��3 = 100 �� gr = 2500

(58)

Lampiran B

Gambar B1. Peneliti sedang memanaskan sampel

Gambar B2.Sampel uji kekerasan dan uji tarik

Gambar B3.Peneliti sedang

melakukan uji kekerasan Gambar B4. Peneliti sedang