ANALISA SIFAT MEKANIK BAHAN CAKRAM MOBIL
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
ANALISA SIFAT MEKANIK BAHAN CAKRAM MOBIL
Bagin Ginting
Dosen Kopertis Wil. I Aceh Sumatera Utara
Abstrak
Rem adalah suatu komponen mesin yang berfungsi untukmengurangi atau menghentikan putaran
mesin, dengan cara gesekan. Prinsip dasar pengereman adalah terjadi gesekan antara cakram dan
kampas rem. Dalam pengereman trejadi persinggungan antara cakram dan kampas rem kemudian
akan saling kehilangan sejumlah berat persatuan volume pada matrial yang saling
bersinggungan(aus) . Bagaimana pada kendaraan niaga produk tahun 2008 secara subtansi gesekan
cakram lebih kecil dibandingkan gesekan pada sepatu rem. Dalam penelitian ini untuk
meningkatakan sifat mekanik bahan cakram dengan metode perlakuan panas heat treatment.
Metodologi riset diterapkan bahan material cakram lokal A 22, kemudian digambarkan secara
subtansi sebelum proses perlakuan panas karborizing dengan standart ASTM E 3-81. Proses Heat
Treatment dilakukan pada temperatur 850 o C dengan waktu tahan 30,60, 90 dan 120 menit. Anlisa
data yang digunakan adalah diskripsi statistik . Data dibuat lentur dalam bentuk grafik garis. Hasil
riset nilai keausan setelah proses heat treatment dengan waktu tahan150 menit dan dicelup dalam
air sebesar 0,6410x10-6 [mm2/Kg],dan dicelup dalam oli1,8236x10-6 [mm2/Kg] dan sebelum
dikarborizing sebesar4,5934x10-6 [mm2/Kg].Nilai kekerasansetelah proses heat treatment dengan
waktu tahan 150 menit dan dicelup dalam air mempunyai nilai sebesar 387,0468 [Kg/mm 2],dan
dicelup dalam oli sebesar 349,8542 [Kg/mm 2]dan sebelum diproses karborizing sebesar191,6566
[Kg/mm2]. Dari kesimpulan secara menyeluruh penelitian terjadi perbaikan nilai keausan dan nilai
kekerasan setelah pelaksanaan proses heat treatment.
Kata-kata Kunci: Heat Treatment, Keausan dan Kekerasan.
Pendahuluan
Mobil niaga merupakan salah satu jenis
kendaraan yang digunakan untuk sarana
transportasi pengangkutan barang maupun
manusia di negara Indonesia. Sebagai alat
angkut perlu dalam kondisi yang sangat prima
agar dapat dirasakan nyaman dan aman bagi
pengguna. Jaminan keamanan yang paling
penting
adalah
masalah
mekanisme
pengereman. Mekanisme pengereman yang
paling pokok adalah cakram dan kampas rem
(pad). Dalam proses pengereman kampas rem
dan cakram akan saling bersinggungan
sehingga terjadi gesekan dan material akan
saling kehilangan sejumlah beratnya (aus).
Dalam elemen mesin karangan bapak Sularso
bahan kampas rem harus mempunyai sifat
lebih lunak dari pada cakram. Akan tetapi pada
mobil niaga X produk tahun 2008 awal
sebagian besar cakram lebih lunak dari pada
bahan kampas rem lokal. Pernah dilakukan
pengukuran setelah mobil berjalan 1000 [km]
permukaan sebelah dalam cakram berkurang
17 mikron dan permukaan luar berkurang 26
mikron. Pengurangan ini tidak merata di semua
permukaan cakram, sehingga dalam keadaan
berjalan mobil dalam keadaadaan tidak
nyaman untuk dikendarakan, dan sering masih
berjalan walaupun pedal rem sudah diinjak.
Dalam penelitian ini tujuan yang ingin dicapai
adalah : Dapat meningkatkan sifat mekanik
bahan cakram melalui perlakuan panas heat
treatment. Dapat merekomendasikan ke
masyarakat tentang peningkatan sifat mekanis
hasil heat treatment.Berbagai penelitian telah
banyak di lakukan untuk menelaah atau
mengkaji bahan cakram dan bahan kampas rem
pada produk orisinil. Pada produk lokal yang
biasanya dipasok oleh vendor belum dilakukan
penelitian produk lokal antara vendor cakram
dan vendor kampas kampas rem. Maka di
dalam penelitian permasalahan yang timbul
adalah : Bagaimana peningkatan sifat mekanik
bahan cakram lokal setelah mengalami
perlakuan panas carburizing
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT. UISU Jl. SM.Raja Teladan Medan
10
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
Heat treatment adalah cara pengerasan
permukaan dengan memanaskan logam (baja)
di atas suhu kritis dalam lingkungan yang
mengandung karbon. Baja pada suhu sekitar
suhu kritis mempunyai afinitas terhadap
karbon. Karbon diabsorpsi kedalam logam
membentuk larutan padat karbon-besi dan
pada lapisan luar memiliki kadar karbon yang
tinggi. Bila cukup waktu, atom karbon akan
mempunyai kesempatan untuk berdifusi ke
bagian-bagian sebelah dalam.
Pada temperatur austenite paduan besi karbon
yang mempunyai bentuk kisi kristal kubik
pemusatan sisi atau face centered cubik (FCC).
Bentuk kisi ini mempunyai jarak atom yang
lebih
besar,
sehingga
intersisinya
memungkinkan ditempati oleh atom karbon,
dengan demikian permukaan baja akan
mempunyai kadar karbon yang lebih tinggi.
Kandungan karbon akan bervariasi dalam arah
menuju inti. Pada permukaan kandungan
karbon tinggi, dan akan berkurang dalam arah
menuju inti. Konsekuensinya struktur mikro
akan berubah pula dari permukaan menuju
inti.. Benda kerja di masukan dalam dapur
pemanas (furnace) yang telah diatur dengan
temperatur 850°C, lalu ditahan tiap 30, 60, 90,
120, 150 menit kemudian didinginkan dengan
media pendingin air dan oli yang di tempatkan
dalam sebuah ember.
Gambar 1. Siklus Pemanasan Proses Heat
Treatment
Gamgbar.2 Diagram Alir Penelitian
11
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT. UISU Jl. SM.Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
Uji keausan dilakukan dengan cara
menghitung lebar keausan dari sampel benda
uji setelah diauskan selama 10 detik. Sampel
yang digunakan pada uji keausan yaitu 12
buah sampel. Hasil dari uji keausan
keseluruhan sampel di sajikan dalam tabel di
bawah ini :
Tabel 1. Hasil uji keausan
B = 3 mm dan 0 = 600 m
No.
Sampel
b0
P0
[mm]
[Kg]
Ws
[mm2/Kg]
Setelah dilakukan uji keausan terhadap sampel,
diperoleh nilai keausan quenching air adalah
A1=2,1839x10-6 [mm2/Kg], A2=1,9347x10-6
[mm2/Kg],
A3=1,8972x10-6
[mm2/Kg],
-6
2
A4=0,9841x10
[mm /Kg], A5=0,6410x10-6
2
[mm /Kg] dan nilai keausan quenching oli
adalah
O1=2,6195x10-6
[mm2/Kg],
-6
2
O2=2,2668x10
[mm /Kg], O3=2,1839x10-6
[mm2/Kg],
O4=2,0372x10-6
[mm2/Kg],
-6
2
O5=1,8236x10 [mm /Kg]. Dari data diatas
dapat disimpulkan bahwa hasil nilai uji keausan
mengalami peningkatan setelah mengalami
proses karburisasi.
1.
2.
Pad
Awal
5,91
6,15
2,11
2,11
4,0763x10-6
4,5934x10-6
Uji Kekerasan
3.
A1
4,80
2,11
2,1839x10-6
4.
A2
4,61
2,11
1,9347x10-6
5.
A3
4,58
2,11
1,8972x10-6
6.
A4
3,68
2,11
0,9841x10-6
7.
A5
3,19
2,11
0,6410x10-6
8.
O1
5,10
2,11
2,6195x10-6
9.
O2
4,86
2,11
2,2668x10-6
10.
O3
4,80
2,11
2,1839x10-6
Untuk melihat kekuatan suatu benda uji maka
digunakan pengujian dengan metode Hardness
Brinell. Penetrator yang digunakan terbuat dari
bola baja yang dikeraskan dengan diameter 3,2
[mm] dan beban yang diberikan adalah 150
[kg]. Untuk pengujian Haedness Brinell
dilakukan dengan menggunakan alat uji
(HOYTOM), dalam pengujian ini nilai Hardness
Brinell sangat berpengaruh pada tingkat
kualitas benda uji, semakin besar nilai Hardness
Brinell yang dihasilkan maka kualitas benda uji
semakin bagus begitu pula sebaliknya.
11.
O4
4,69
2,11
2,0372x10-6
12.
O5
4,52
2,11
1,8236x10-6
Contoh perhitungan : Pad
(a)
B b03
Ws
8r P0 l 0
(b
)
3 5,91
Ws
8 15 2,11 600.000
619,2752
Ws
151.920.000
mm 2
Ws 4,0763 10 6
Kg
3
(d)
(c)
Gambar 4. Foto Uji Kekerasan (a) Pad,
(b) Awal, (c) O5, (d) A5
Gambar 3. Grafik Hubungan antara Nilai
Keausan dengan Waktu Tahan
Uji Hardness Brinell dilakukan dengan cara
menghitung diameter hasil penekanan dari
bola baja. Sampel yang digunakan pada uji
Hardness Brinell yaitu 12 buah sampel. Hasil
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
12
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
dari uji hardness brinell keseluruhan sampel
disajikan dalam Tabel 2.
Tabel 2. Hasil Pengujian Hardness Brinell
F = 150 Kg
No.
Sampel
1.
2.
3.
Pad
Awal
D = 3,2 mm
∆d
[mm]
2,49
0,986
0,744
HB
[Kg/mm2]
25,0886
191,6566
340,2518
4.
A1
A2
0,736
347,7858
5.
A3
0,724
359,5398
6.
0,714
369,7769
0,698
387,0468
0,798
295,1594
9.
A4
A5
O1
O2
0,792
299,6105
10.
O3
0,77
317,1583
11.
O4
0,754
331,1989
12.
O5
0,734
349,8542
7.
8.
Contoh perhitungan : Pad
d1 d 2 d 3 d 4 d 5
d
5
2,45 2,49 2,55 2,51 2,45
d
5
d 2,49 mm
2F
HB
.D D D 2 d 2
2 150
HB
.3,2 3,2 3,2 2 2,49 2
300
HB
11,9576
Kg
HB 25,0886
2
mm
Setelah dilakukan uji kekerasan terhadap
sampel, diperoleh nilai kekerasan quenching
air
adalah
A1=340,2518
[Kg/mm2],
2
A2=347,7858 [Kg/mm ], A3=359,5398 ,
A4=369,7769
[Kg/mm2],
A5=387,0468
2
[Kg/mm ] dan nilai kekerasan quenching oli
adalah O1=295,1594 [Kg/mm2], O2=299,6105
[Kg/mm2],
O3=317,1583
[Kg/mm2],
2
O4=331,1989
[Kg/mm ],
O5=349,8542
[Kg/mm2]. Dari data tersebut yang memiliki
kekerasan tertinggi adalah sampel yang
diquenching air, hal itu karena pendinginan
yang cepat mengakibatkan terbentukya
martensite.
Uji Komposisi
Berdasarkan uji komposisi pada penelitian ini
dilakukan dengan metode sampel. Sampel
pertama untuk uji komposisi adalah kondisi
awal dari sampel uji, maka dapat di
generalisasikan komposisi kimia seperti yang
tercantum pada Tabel 3 dapat diklasifikasikan
ke dalam jenis besi tuang kelabu.
Tabel 3. Uji Komposisi pada Kondisi
Awal
Unsur
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Nb
Pb
Komposisi Kimia
Presentase
Unsur Presentase %
%
3,73316
Cu
0,05710
0,32898
Mo
0,00017
0,40672
V
0,00027
0,00192
W
0,00001
0,00073
Al
0,00719
0,11773
Ti
0,00003
0,23798
Sn
0,00074
0,00007
B
0,00006
0,00000
Fe
82,45923
Tabel 4. Uji Komposisi Proses Karburisasi
dengan Quenching Air
Komposisi Kimia
Presentase
Presentase
Unsur
%
%
C
4,20863
Cu
0,05748
Si
0,30474
Mo
0,00009
Gambar 5. Grafik Hubungan antara Nilai
Mn
0,40827
V
0,00019
Kekerasan denganWaktu Tahan
P
0,00147
W
0,00000
S
0,00068
Al
0,00721
Pekan Ilmiah Cr
Periode ke-XXI
FT.
UISU
Jl.
SM.Raja
Teladan Medan
13
0,11947
Ti
0,00001
Ni
0,25387
Sn
0,00078
Nb
0,00006
B
0,00006
82,14872
Pb
0,00001
Fe
Unsur
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
Tabel 5. Uji Komposisi Proses Karburisasi
dengan Quenching Oli
Komposisi Kimia
Unsu Presentas
Presentase
Unsur
r
e%
%
C
4,21306
Cu
0,05829
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Nb
Pb
0,31010
0,37045
0,00153
0,00068
0,09637
0,24918
0,00008
0,00002
Mo
V
W
Al
Ti
Sn
B
Fe
0,00009
0,00021
0,00001
0,00782
0,00002
0,00071
0,00005
82,12907
Pada hasil uji komposisi dengan quenching air
unsur C meningkat 11,2975% dan pada hasil
uji komposisi quenching oli unsur C
meningkat 11,3908%. Uji komposisi kimia ini
bertujuan untuk mengetahui penambahan
unsur karbon setelah mengalami proses
carburizing.
Pengamatan Struktur Mikro.
Dari hasil pengujian struktur mikro dapat
dilihat adanya perbedaan antara sampel uji
yang telah dilakukan proses carburizing
dengan sampel awal. Pada gambar 10
ditunjukan struktur mikro untuk sampel awal.
Fasa yang terdapat pada sampel awal terdiri
dari ferrite (berwarna terang), grafite, dan
pearlite. Adanya Semua sifat-sifat yang
dimiliki oleh baja dipengaruhi grafite yang
berbentuk panjang (berwarna hitam) adalah
bukti bahwa sampel uji terbuat dari besi tuang
kelabu. Fasa ferrite mempunyai sifat lunak
dan ulet. Banyaknya jumlah pearlite
menunjukkan bahwa logam ini mempunyai
kandungan karbon yang relatife tinggi.
Hasil struktur mikro dari pengujian
karburisasi yang didinginkan dengan media
celup oli adalah berupa fasa ferrite, cementite,
dan bainite. Pada pendinginan media celup oli
memliki fasa yang sama dengan pendinginan
dengan media celup air yaitu fasa ferrite dan
cementite. Perbedaan fasa yang timbul adalah
terbentuknya fasa bainite pada sampel uji
yang didinginkan pada media celup oli,
sedangkan pada pendinginan dengan media
celup air terbentuk fasa martensite. Hal itu
disebabkan pada saat pendinginan dengan
media celup oli sampel uji mengalami
pendinginan yang lambat, lain halnya sampel
uji yang didinginkan dengan media celup air
sampel uji mengalami pendinginan yang
cepat. Akan tetapi proses karburisasi pada
sampel uji yang didinginkan dengan media
celup oli dan air dapat dikatakan berhasil,
karena terlihat pada struktur mikro masingmasing sampel uji terdapat matrik austenite.
Matrik austenite pada struktur mikro adalah
yang berwarna coklat, struktur inilah yang
meningkatkan kekerasan sampel uji secara
merata pada perm permukaan..
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan evaluasi data
serta pembahasan, maka dapat diambil
kesimpulan bahwa :
a. Nilai keausan yang dihasilkan setelah
mengalami proses karburisasi memiliki
peningkatan, dari pada sampel yang
belum mengalami proses karburisasi.
Nilai keausan yang terendah pada
quenching air adalah A5=0,6410x10-6
[mm2/kg], dan pada quenching oli adalah
O5=1,8236x10-6 [mm2/kg], kami memilih
yang paling rendah karena nilai keausan
yang rendah diartikan sebagai tingginya
kemampuan sampel uji untuk menahan
gesekan/keausan.
b. Pengujian kekerasan dengan metode
brinell terhadap sampel uji setelah
mengalami
proses
karburisasi
mengalami peningkatan yang cukup
c. signifikan, semakin lama waktu tahan
dalam proses karburisasi semakin tinggi
nilai kekerasan sampel uji. Hasil
kekerasan sampel uji yang tertinggi
adalah A5 = 387,0468 [kg/mm2] pada
quenching air dan pada quenching oli
adalah O5=349,8542 [kg/mm2].
d. Peningkatan unsur C setelah mengalami
proses karburisasi dengan quenching air
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
14
Seminar Sain dan Teknologi
e.
ISSN : 1693 – 6809
adalah 11,2975% dan pada quenching oli
mengalami
peningkatan
sebesar
11,3908%.
Sampel awal mempunyai struktur ferrite
dan pearlite, struktur cementite pada
bagian permukaan diperoleh setelah
spesimen mengalami proses karburisasi.
Pada proses karburisasi yang diqenching
air terbentuk struktur martensite,
sedangkan struktur bainite terbentuk
karena diquenching oli.
Daftar Pustaka
Herman,
Yuwono, Akhmad, Dr. Ir.
M.Phil.Eng. 2009, Buku Panduan
Praktikum Karakterisasi Material 1:
Pengujian Merusak (Destructive
Testing). Metalurgi dan Material
FTUI.
Saptono, Rahmat, 2008, Pengetahuan Bahan.
Metalurgi dan Material FTUI.
Sularso, and Suga, Kiyokatsu, 2004, Dasar
Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin.
Widjatmaka,
Tri,
1991,
Pengantar
Metalografi untuk Jurusan Teknik
Mesin Politeknik UI.
www.otomotif.web.id ”Sistem Pengereman”.
20 Juni 2009.
www.google.com
2009.
“ Carburizing “. 20 Juni
www.google.com “ Heat Treatments “. 13 Juli
2009.
www.google.com “ Diagram TTT “. 12
Agustus 2009.
http://www.its.ac.id/personal/material.php?
id=fahmi.
15
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT. UISU Jl. SM.Raja Teladan Medan
ISSN : 1693 – 6809
ANALISA SIFAT MEKANIK BAHAN CAKRAM MOBIL
Bagin Ginting
Dosen Kopertis Wil. I Aceh Sumatera Utara
Abstrak
Rem adalah suatu komponen mesin yang berfungsi untukmengurangi atau menghentikan putaran
mesin, dengan cara gesekan. Prinsip dasar pengereman adalah terjadi gesekan antara cakram dan
kampas rem. Dalam pengereman trejadi persinggungan antara cakram dan kampas rem kemudian
akan saling kehilangan sejumlah berat persatuan volume pada matrial yang saling
bersinggungan(aus) . Bagaimana pada kendaraan niaga produk tahun 2008 secara subtansi gesekan
cakram lebih kecil dibandingkan gesekan pada sepatu rem. Dalam penelitian ini untuk
meningkatakan sifat mekanik bahan cakram dengan metode perlakuan panas heat treatment.
Metodologi riset diterapkan bahan material cakram lokal A 22, kemudian digambarkan secara
subtansi sebelum proses perlakuan panas karborizing dengan standart ASTM E 3-81. Proses Heat
Treatment dilakukan pada temperatur 850 o C dengan waktu tahan 30,60, 90 dan 120 menit. Anlisa
data yang digunakan adalah diskripsi statistik . Data dibuat lentur dalam bentuk grafik garis. Hasil
riset nilai keausan setelah proses heat treatment dengan waktu tahan150 menit dan dicelup dalam
air sebesar 0,6410x10-6 [mm2/Kg],dan dicelup dalam oli1,8236x10-6 [mm2/Kg] dan sebelum
dikarborizing sebesar4,5934x10-6 [mm2/Kg].Nilai kekerasansetelah proses heat treatment dengan
waktu tahan 150 menit dan dicelup dalam air mempunyai nilai sebesar 387,0468 [Kg/mm 2],dan
dicelup dalam oli sebesar 349,8542 [Kg/mm 2]dan sebelum diproses karborizing sebesar191,6566
[Kg/mm2]. Dari kesimpulan secara menyeluruh penelitian terjadi perbaikan nilai keausan dan nilai
kekerasan setelah pelaksanaan proses heat treatment.
Kata-kata Kunci: Heat Treatment, Keausan dan Kekerasan.
Pendahuluan
Mobil niaga merupakan salah satu jenis
kendaraan yang digunakan untuk sarana
transportasi pengangkutan barang maupun
manusia di negara Indonesia. Sebagai alat
angkut perlu dalam kondisi yang sangat prima
agar dapat dirasakan nyaman dan aman bagi
pengguna. Jaminan keamanan yang paling
penting
adalah
masalah
mekanisme
pengereman. Mekanisme pengereman yang
paling pokok adalah cakram dan kampas rem
(pad). Dalam proses pengereman kampas rem
dan cakram akan saling bersinggungan
sehingga terjadi gesekan dan material akan
saling kehilangan sejumlah beratnya (aus).
Dalam elemen mesin karangan bapak Sularso
bahan kampas rem harus mempunyai sifat
lebih lunak dari pada cakram. Akan tetapi pada
mobil niaga X produk tahun 2008 awal
sebagian besar cakram lebih lunak dari pada
bahan kampas rem lokal. Pernah dilakukan
pengukuran setelah mobil berjalan 1000 [km]
permukaan sebelah dalam cakram berkurang
17 mikron dan permukaan luar berkurang 26
mikron. Pengurangan ini tidak merata di semua
permukaan cakram, sehingga dalam keadaan
berjalan mobil dalam keadaadaan tidak
nyaman untuk dikendarakan, dan sering masih
berjalan walaupun pedal rem sudah diinjak.
Dalam penelitian ini tujuan yang ingin dicapai
adalah : Dapat meningkatkan sifat mekanik
bahan cakram melalui perlakuan panas heat
treatment. Dapat merekomendasikan ke
masyarakat tentang peningkatan sifat mekanis
hasil heat treatment.Berbagai penelitian telah
banyak di lakukan untuk menelaah atau
mengkaji bahan cakram dan bahan kampas rem
pada produk orisinil. Pada produk lokal yang
biasanya dipasok oleh vendor belum dilakukan
penelitian produk lokal antara vendor cakram
dan vendor kampas kampas rem. Maka di
dalam penelitian permasalahan yang timbul
adalah : Bagaimana peningkatan sifat mekanik
bahan cakram lokal setelah mengalami
perlakuan panas carburizing
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT. UISU Jl. SM.Raja Teladan Medan
10
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
Heat treatment adalah cara pengerasan
permukaan dengan memanaskan logam (baja)
di atas suhu kritis dalam lingkungan yang
mengandung karbon. Baja pada suhu sekitar
suhu kritis mempunyai afinitas terhadap
karbon. Karbon diabsorpsi kedalam logam
membentuk larutan padat karbon-besi dan
pada lapisan luar memiliki kadar karbon yang
tinggi. Bila cukup waktu, atom karbon akan
mempunyai kesempatan untuk berdifusi ke
bagian-bagian sebelah dalam.
Pada temperatur austenite paduan besi karbon
yang mempunyai bentuk kisi kristal kubik
pemusatan sisi atau face centered cubik (FCC).
Bentuk kisi ini mempunyai jarak atom yang
lebih
besar,
sehingga
intersisinya
memungkinkan ditempati oleh atom karbon,
dengan demikian permukaan baja akan
mempunyai kadar karbon yang lebih tinggi.
Kandungan karbon akan bervariasi dalam arah
menuju inti. Pada permukaan kandungan
karbon tinggi, dan akan berkurang dalam arah
menuju inti. Konsekuensinya struktur mikro
akan berubah pula dari permukaan menuju
inti.. Benda kerja di masukan dalam dapur
pemanas (furnace) yang telah diatur dengan
temperatur 850°C, lalu ditahan tiap 30, 60, 90,
120, 150 menit kemudian didinginkan dengan
media pendingin air dan oli yang di tempatkan
dalam sebuah ember.
Gambar 1. Siklus Pemanasan Proses Heat
Treatment
Gamgbar.2 Diagram Alir Penelitian
11
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT. UISU Jl. SM.Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
Uji keausan dilakukan dengan cara
menghitung lebar keausan dari sampel benda
uji setelah diauskan selama 10 detik. Sampel
yang digunakan pada uji keausan yaitu 12
buah sampel. Hasil dari uji keausan
keseluruhan sampel di sajikan dalam tabel di
bawah ini :
Tabel 1. Hasil uji keausan
B = 3 mm dan 0 = 600 m
No.
Sampel
b0
P0
[mm]
[Kg]
Ws
[mm2/Kg]
Setelah dilakukan uji keausan terhadap sampel,
diperoleh nilai keausan quenching air adalah
A1=2,1839x10-6 [mm2/Kg], A2=1,9347x10-6
[mm2/Kg],
A3=1,8972x10-6
[mm2/Kg],
-6
2
A4=0,9841x10
[mm /Kg], A5=0,6410x10-6
2
[mm /Kg] dan nilai keausan quenching oli
adalah
O1=2,6195x10-6
[mm2/Kg],
-6
2
O2=2,2668x10
[mm /Kg], O3=2,1839x10-6
[mm2/Kg],
O4=2,0372x10-6
[mm2/Kg],
-6
2
O5=1,8236x10 [mm /Kg]. Dari data diatas
dapat disimpulkan bahwa hasil nilai uji keausan
mengalami peningkatan setelah mengalami
proses karburisasi.
1.
2.
Pad
Awal
5,91
6,15
2,11
2,11
4,0763x10-6
4,5934x10-6
Uji Kekerasan
3.
A1
4,80
2,11
2,1839x10-6
4.
A2
4,61
2,11
1,9347x10-6
5.
A3
4,58
2,11
1,8972x10-6
6.
A4
3,68
2,11
0,9841x10-6
7.
A5
3,19
2,11
0,6410x10-6
8.
O1
5,10
2,11
2,6195x10-6
9.
O2
4,86
2,11
2,2668x10-6
10.
O3
4,80
2,11
2,1839x10-6
Untuk melihat kekuatan suatu benda uji maka
digunakan pengujian dengan metode Hardness
Brinell. Penetrator yang digunakan terbuat dari
bola baja yang dikeraskan dengan diameter 3,2
[mm] dan beban yang diberikan adalah 150
[kg]. Untuk pengujian Haedness Brinell
dilakukan dengan menggunakan alat uji
(HOYTOM), dalam pengujian ini nilai Hardness
Brinell sangat berpengaruh pada tingkat
kualitas benda uji, semakin besar nilai Hardness
Brinell yang dihasilkan maka kualitas benda uji
semakin bagus begitu pula sebaliknya.
11.
O4
4,69
2,11
2,0372x10-6
12.
O5
4,52
2,11
1,8236x10-6
Contoh perhitungan : Pad
(a)
B b03
Ws
8r P0 l 0
(b
)
3 5,91
Ws
8 15 2,11 600.000
619,2752
Ws
151.920.000
mm 2
Ws 4,0763 10 6
Kg
3
(d)
(c)
Gambar 4. Foto Uji Kekerasan (a) Pad,
(b) Awal, (c) O5, (d) A5
Gambar 3. Grafik Hubungan antara Nilai
Keausan dengan Waktu Tahan
Uji Hardness Brinell dilakukan dengan cara
menghitung diameter hasil penekanan dari
bola baja. Sampel yang digunakan pada uji
Hardness Brinell yaitu 12 buah sampel. Hasil
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
12
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
dari uji hardness brinell keseluruhan sampel
disajikan dalam Tabel 2.
Tabel 2. Hasil Pengujian Hardness Brinell
F = 150 Kg
No.
Sampel
1.
2.
3.
Pad
Awal
D = 3,2 mm
∆d
[mm]
2,49
0,986
0,744
HB
[Kg/mm2]
25,0886
191,6566
340,2518
4.
A1
A2
0,736
347,7858
5.
A3
0,724
359,5398
6.
0,714
369,7769
0,698
387,0468
0,798
295,1594
9.
A4
A5
O1
O2
0,792
299,6105
10.
O3
0,77
317,1583
11.
O4
0,754
331,1989
12.
O5
0,734
349,8542
7.
8.
Contoh perhitungan : Pad
d1 d 2 d 3 d 4 d 5
d
5
2,45 2,49 2,55 2,51 2,45
d
5
d 2,49 mm
2F
HB
.D D D 2 d 2
2 150
HB
.3,2 3,2 3,2 2 2,49 2
300
HB
11,9576
Kg
HB 25,0886
2
mm
Setelah dilakukan uji kekerasan terhadap
sampel, diperoleh nilai kekerasan quenching
air
adalah
A1=340,2518
[Kg/mm2],
2
A2=347,7858 [Kg/mm ], A3=359,5398 ,
A4=369,7769
[Kg/mm2],
A5=387,0468
2
[Kg/mm ] dan nilai kekerasan quenching oli
adalah O1=295,1594 [Kg/mm2], O2=299,6105
[Kg/mm2],
O3=317,1583
[Kg/mm2],
2
O4=331,1989
[Kg/mm ],
O5=349,8542
[Kg/mm2]. Dari data tersebut yang memiliki
kekerasan tertinggi adalah sampel yang
diquenching air, hal itu karena pendinginan
yang cepat mengakibatkan terbentukya
martensite.
Uji Komposisi
Berdasarkan uji komposisi pada penelitian ini
dilakukan dengan metode sampel. Sampel
pertama untuk uji komposisi adalah kondisi
awal dari sampel uji, maka dapat di
generalisasikan komposisi kimia seperti yang
tercantum pada Tabel 3 dapat diklasifikasikan
ke dalam jenis besi tuang kelabu.
Tabel 3. Uji Komposisi pada Kondisi
Awal
Unsur
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Nb
Pb
Komposisi Kimia
Presentase
Unsur Presentase %
%
3,73316
Cu
0,05710
0,32898
Mo
0,00017
0,40672
V
0,00027
0,00192
W
0,00001
0,00073
Al
0,00719
0,11773
Ti
0,00003
0,23798
Sn
0,00074
0,00007
B
0,00006
0,00000
Fe
82,45923
Tabel 4. Uji Komposisi Proses Karburisasi
dengan Quenching Air
Komposisi Kimia
Presentase
Presentase
Unsur
%
%
C
4,20863
Cu
0,05748
Si
0,30474
Mo
0,00009
Gambar 5. Grafik Hubungan antara Nilai
Mn
0,40827
V
0,00019
Kekerasan denganWaktu Tahan
P
0,00147
W
0,00000
S
0,00068
Al
0,00721
Pekan Ilmiah Cr
Periode ke-XXI
FT.
UISU
Jl.
SM.Raja
Teladan Medan
13
0,11947
Ti
0,00001
Ni
0,25387
Sn
0,00078
Nb
0,00006
B
0,00006
82,14872
Pb
0,00001
Fe
Unsur
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
Tabel 5. Uji Komposisi Proses Karburisasi
dengan Quenching Oli
Komposisi Kimia
Unsu Presentas
Presentase
Unsur
r
e%
%
C
4,21306
Cu
0,05829
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Nb
Pb
0,31010
0,37045
0,00153
0,00068
0,09637
0,24918
0,00008
0,00002
Mo
V
W
Al
Ti
Sn
B
Fe
0,00009
0,00021
0,00001
0,00782
0,00002
0,00071
0,00005
82,12907
Pada hasil uji komposisi dengan quenching air
unsur C meningkat 11,2975% dan pada hasil
uji komposisi quenching oli unsur C
meningkat 11,3908%. Uji komposisi kimia ini
bertujuan untuk mengetahui penambahan
unsur karbon setelah mengalami proses
carburizing.
Pengamatan Struktur Mikro.
Dari hasil pengujian struktur mikro dapat
dilihat adanya perbedaan antara sampel uji
yang telah dilakukan proses carburizing
dengan sampel awal. Pada gambar 10
ditunjukan struktur mikro untuk sampel awal.
Fasa yang terdapat pada sampel awal terdiri
dari ferrite (berwarna terang), grafite, dan
pearlite. Adanya Semua sifat-sifat yang
dimiliki oleh baja dipengaruhi grafite yang
berbentuk panjang (berwarna hitam) adalah
bukti bahwa sampel uji terbuat dari besi tuang
kelabu. Fasa ferrite mempunyai sifat lunak
dan ulet. Banyaknya jumlah pearlite
menunjukkan bahwa logam ini mempunyai
kandungan karbon yang relatife tinggi.
Hasil struktur mikro dari pengujian
karburisasi yang didinginkan dengan media
celup oli adalah berupa fasa ferrite, cementite,
dan bainite. Pada pendinginan media celup oli
memliki fasa yang sama dengan pendinginan
dengan media celup air yaitu fasa ferrite dan
cementite. Perbedaan fasa yang timbul adalah
terbentuknya fasa bainite pada sampel uji
yang didinginkan pada media celup oli,
sedangkan pada pendinginan dengan media
celup air terbentuk fasa martensite. Hal itu
disebabkan pada saat pendinginan dengan
media celup oli sampel uji mengalami
pendinginan yang lambat, lain halnya sampel
uji yang didinginkan dengan media celup air
sampel uji mengalami pendinginan yang
cepat. Akan tetapi proses karburisasi pada
sampel uji yang didinginkan dengan media
celup oli dan air dapat dikatakan berhasil,
karena terlihat pada struktur mikro masingmasing sampel uji terdapat matrik austenite.
Matrik austenite pada struktur mikro adalah
yang berwarna coklat, struktur inilah yang
meningkatkan kekerasan sampel uji secara
merata pada perm permukaan..
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan evaluasi data
serta pembahasan, maka dapat diambil
kesimpulan bahwa :
a. Nilai keausan yang dihasilkan setelah
mengalami proses karburisasi memiliki
peningkatan, dari pada sampel yang
belum mengalami proses karburisasi.
Nilai keausan yang terendah pada
quenching air adalah A5=0,6410x10-6
[mm2/kg], dan pada quenching oli adalah
O5=1,8236x10-6 [mm2/kg], kami memilih
yang paling rendah karena nilai keausan
yang rendah diartikan sebagai tingginya
kemampuan sampel uji untuk menahan
gesekan/keausan.
b. Pengujian kekerasan dengan metode
brinell terhadap sampel uji setelah
mengalami
proses
karburisasi
mengalami peningkatan yang cukup
c. signifikan, semakin lama waktu tahan
dalam proses karburisasi semakin tinggi
nilai kekerasan sampel uji. Hasil
kekerasan sampel uji yang tertinggi
adalah A5 = 387,0468 [kg/mm2] pada
quenching air dan pada quenching oli
adalah O5=349,8542 [kg/mm2].
d. Peningkatan unsur C setelah mengalami
proses karburisasi dengan quenching air
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
14
Seminar Sain dan Teknologi
e.
ISSN : 1693 – 6809
adalah 11,2975% dan pada quenching oli
mengalami
peningkatan
sebesar
11,3908%.
Sampel awal mempunyai struktur ferrite
dan pearlite, struktur cementite pada
bagian permukaan diperoleh setelah
spesimen mengalami proses karburisasi.
Pada proses karburisasi yang diqenching
air terbentuk struktur martensite,
sedangkan struktur bainite terbentuk
karena diquenching oli.
Daftar Pustaka
Herman,
Yuwono, Akhmad, Dr. Ir.
M.Phil.Eng. 2009, Buku Panduan
Praktikum Karakterisasi Material 1:
Pengujian Merusak (Destructive
Testing). Metalurgi dan Material
FTUI.
Saptono, Rahmat, 2008, Pengetahuan Bahan.
Metalurgi dan Material FTUI.
Sularso, and Suga, Kiyokatsu, 2004, Dasar
Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin.
Widjatmaka,
Tri,
1991,
Pengantar
Metalografi untuk Jurusan Teknik
Mesin Politeknik UI.
www.otomotif.web.id ”Sistem Pengereman”.
20 Juni 2009.
www.google.com
2009.
“ Carburizing “. 20 Juni
www.google.com “ Heat Treatments “. 13 Juli
2009.
www.google.com “ Diagram TTT “. 12
Agustus 2009.
http://www.its.ac.id/personal/material.php?
id=fahmi.
15
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT. UISU Jl. SM.Raja Teladan Medan