BAB IV HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS DATA
4.1 Hasil Uji Kekerasan Permukaan Vickers
Metode pengujian kekerasan Vickers dilakukan untuk memperoleh nilai kekerasan baja AISI 1020 sebelum dan sesudah dilakukannya proses pack carburizing. Proses indentasi dilakukan pada permukaan spesimen dengan beban indentasi 5 kg dan waktu indentasi 10 detik. Dimana untuk jumlah titik indentasi sebanyak 5 titik persebaran mulai dari tengah spesimen hingga samping bawah, atas, kiri dan kanan spesimen. Pemilihan titik indentasi ini bertujuan untuk mengetahui persebaran kekerasan pada sebagian besar area.
Hasil uji kekerasan Vickers ditampilkan pada Tabel 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7 dan Gambar 4.1. Untuk setiap spesimen memiliki nilai kekerasan Vickers yang beragam. Hal ini dikarenakan oleh adanya perbedaan variasi pengujian yang dilakukan.
Tabel 4.1 Data pengujian kekerasan Vickers Raw Material baja AISI 1020 Perlakuan Bahan Titik
Uji
Beban (kg)
Waktu (s)
Diagonal (µm) Hasil d1 d2 HV
Raw Material Baja AISI 1020
1 5 10 206,1 214,2 209,9
2 5 10 203,0 196,8 231,8
3 5 10 203,0 207,0 220,4
4 5 10 207,9 208,8 213,5
5 5 10 208,6 205,4 216,2
Rata-rata 218,3
Tabel 4.2 Data pengujian kekerasan Vickers baja AISI 1020 setelah Normalizing Perlakuan Bahan Titik
Uji
Beban (kg)
Waktu (s)
Diagonal (µm) Hasil d1 d2 HV
Baja AISI 1020 setelah Normalizing
1 5 10 274,5 274,5 122,9
2 5 10 242,4 240,4 159,0
3 5 10 277,8 278,0 119,9
4 5 10 239,0 240,2 161,4
5 5 10 274,2 268,6 125,7
Rata-rata 137,7
Tabel 4.3 Data pengujian kekerasan Vickers baja AISI 1020 setelah pack carburizing 850℃ dengan holding time 2 jam
Perlakuan Bahan Titik Uji
Beban (kg)
Waktu (s)
Diagonal (µm) Hasil d1 d2 HV Baja AISI 1020
setelah Pack Carburizing 850℃
dengan holding time 2 jam
1 5 10 120,9 120,9 633,9
2 5 10 119,7 108,3 712,9
3 5 10 113,7 105,1 774,2
4 5 10 112,2 111,0 744,0
5 5 10 116,5 114,0 698,2
Rata-rata 712,6
45
Tabel 4.4 Data pengujian kekerasan Vickers baja AISI 1020 setelah pack carburizing 850℃ dengan holding time 3 jam
Perlakuan Bahan Titik Uji
Beban (kg)
Waktu (s)
Diagonal (µm) Hasil d1 d2 HV Baja AISI 1020
setelah Pack Carburizing 850℃
dengan holding time 3 jam
1 5 10 105,2 112,3 784,2
2 5 10 115,6 116,6 687,4
3 5 10 116,2 115,3 691,0
4 5 10 113,8 105,1 772,8
5 5 10 112,5 115,5 712,9
Rata-rata 729,6
Tabel 4.5 Data pengujian kekerasan Vickers baja AISI 1020 setelah pack carburizing 930℃ dengan holding time 2 jam
Perlakuan Bahan Titik Uji
Beban (kg)
Waktu (s)
Diagonal (µm) Hasil d1 d2 HV Baja AISI 1020
setelah Pack Carburizing 930℃
dengan holding time 2 jam
1 5 10 101,6 97,2 937,8
2 5 10 97,4 99,6 955,0
3 5 10 103,2 97,9 917,4
4 5 10 101,6 96,1 949,2
5 5 10 96,0 99,7 968,8
Rata-rata 945,6
Tabel 4.6 Data pengujian kekerasan Vickers baja AISI 1020 setelah pack carburizing 930℃ dengan holding time 3 jam
Perlakuan Bahan Titik Uji
Beban (kg)
Waktu (s)
Diagonal (µm) Hasil d1 d2 HV Baja AISI 1020
setelah Pack Carburizing 930℃
1 5 10 99,7 99,9 930,3
2 5 10 102,1 99,2 915,6
3 5 10 99,1 99,3 941,6
4 5 10 96,4 96,6 995,0
dengan holding
time 3 jam 5 5 10 95,2 98,6 986,8
Rata-rata 953,8
Tabel 4.7 Nilai kekerasan Vickers rata-rata AISI 1020 raw material, variasi temperatur pemanasan dan holding time pack carburizing
No Jenis Perlakuan Panas Baja AISI 1020
Nilai kekerasan Vickers rata-rata (HV5)
1 Raw Material
(tanpa pack carburizing) 218,3
2 Normalizing
(tanpa pack carburizing) 137,7
3 Pack carburizing temperatur 850℃
dengan holding time 2 jam 712,6
4 Pack carburizing temperatur 850℃
dengan holding time 3 jam 729,6
5 Pack carburizing temperatur 930℃
dengan holding time 2 jam 945,6
6 Pack carburizing temperatur 930℃
dengan holding time 3 jam 953,8
47
Gambar 4.1 Grafik perbandingan kekerasan Vickers setelah proses normalizing dan pack carburizing
Nilai kekerasan permukaan Vickers dengan perlakuan panas normalizing menghasilkan nilai rata-rata kekerasan 137,7 HV dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Dimana jika dibandingkan dengan hasil kekerasan permukaan raw material baja AISI 1020 yaitu sebesar 218,3 HV. Nilai kekerasan permukaan dengan perlakuan panas normalizing jauh lebih kecil dibandingkan dengan nilai kekerasan permukaan raw material baja AISI 1020 yang telah diuji kekerasan. Hal ini disebabkan karena baja AISI 1020 telah melalui proses rolling yang menyebabkan struktur/ukuran butir yang tidak seragam dan berukuran lebih besar, sedangkan untuk baja AISI 1020 yang melalui proses perlakuan panas normalizing memiliki struktur yang lebih seragam dan halus.
Nilai kekerasan permukaan Vickers dengan perlakuan panas pack carburizing temperatur 850℃ variasi holding time 2 jam dan 3 dengan media pendinginan air menghasilkan nilai kekerasan berturut-turut 712,6 HV dan 729,6 HV. Temperatur pack carburizing temperatur 930℃ dengan variasi holding time 2 jam dan 3 jam menghasilkan nilai kekerasan berturut-turut 945,6 HV dan 953,8 HV. Dimana nilai kekerasan Vickers tertinggi (953,8 HV) terdapat pada variasi pack carburizing
137,7
712,5 729,6
945,6 953,8
0 200 400 600 800 1000 1200
Nilai kekerasan rata-rata Vickers (HV5)
Variasi temperatur pack carburizing dan holding time
Normalizing
Carburizing 850℃
2 Jam
Carburizing 850℃
3 Jam
Carburizing 930℃
2 Jam
Carburizing 930℃
3 Jam
temperatur 930℃ dengan holding time 3 jam. Untuk kekerasan Vickers terendah (712,6 HV) terdapat pada variasi pack carburizing temperatur 850℃ dengan holding time 2 jam.
Peningkatan nilai kekerasan Vickers setelah melalui proses perlakuan panas pack carburizing akibat adanya difusi karbon ke dalam permukaan yang menyebabkan persentase karbon lebih tinggi terdapat di area luar atau permukaan.
Pada saat terjadinya difusi karbon ke permukaan baja, umumnya baja akan memiliki fase cementite (Fe3C). Menurut Elmi et al (2016:6) ketika karbon dalam fase cementite akan larut ke dalam fase austenite.
Peningkatan nilai kekerasan Vickers juga dipengaruhi oleh proses pendinginan cepat dengan media air setelah proses pack carburizing yang menghasilkan fase berupa martensite. Fase martensite akan terbentuk pada saat spesimen dipanaskan pada fase austenite dengan bentuk kristal FCC (Face Centered Cubic) kemudian didinginkan secara cepat sehingga terbentuk kristal BCT (Body Centered Tetragonal). Menurut (Callister, 1991:362) struktur kristal BCT (Body Centered Tetragonal) memiliki sifat yang keras dan getas. Martensite umumnya diklasifikasikan menjadi dua yaitu, lath martensite dan plate martensite.
Lath martensite memiliki bentuk halus dan sangat tipis, sedangkan plate martensite memiliki bentuk yang runcing seperti jarum. Baja karbon rendah sampai baja karbon sedang lebih didominasi oleh lath martensite, sedangkan baja karbon tinggi memiliki struktur mikro yang lebih dominan plate martensite (ASM Handbook vol.
9, 2004:1450).
Variasi temperatur pack carburizing dan holding time juga mempengaruhi nilai kekerasan. Dimana nilai kekerasan Vickers tertinggi terdapat pada variasi temperatur 930℃ dengan holding time 3 jam dan nilai kekerasan Vickers terendah terdapat variasi temperatur 850℃ dengan holding time 2 jam. Menurut (Abidah, 2019:4) semakin besar temperatur pemanasan dan semakin lama holding time akan mengakibatkan peningkatan nilai kekerasan. Pernyataan tersebut terbukti, dimana pada variasi temperatur 930℃ dengan holding time 3 jam menghasilkan nilai kekerasan Vickers tertinggi yaitu sebesar (953,8 HV) sedangkan variasi temperatur 850℃ dengan holding time 2 jam menghasilkan nilai kekerasan Vickers terendah
49
sebesar (712,6 HV). Dimana variasi holding time 3 jam menghasilkan kekerasan tertinggi baik pada tempeartur 850℃ sebesar 729,6 HV dan temperatur 930℃
sebesar 953,8 HV. Menurut (Yono, 2013:95) hal ini dikarenakan dengan bertambahnya waktu tahan, energi yang lebih besar dapat diperoleh sehingga atom karbon dapat berdifusi lebih dalam pada permukaan material.
Peningkatan kekerasan nilai kekerasan Vickers juga oleh media karburasi yang berbentuk serbuk akan memunculkan rongga-rongga di dalam kotak. Semakin besar ukuran serbuk maka semakin besar rongganya, namun akan semakin sedikit kontak antara media karburasi dengan permukaan komponen. Ukuran serbuk yang besar akan mengurangi efektifitas proses karburisasi padat/pack carburizing, terutama jika komponen yang dikarburisasi memiliki bentuk yang rumit. Di sisi lain, semakin kecil ukuran serbuk semakin kecil pula rongganya sehingga mengurangi jumlah oksigen dalam kotak. Bagaimanapun juga, rongga ini diperlukan untuk menjamin pergerakan gas-gas yang muncul selama proses di dalam kotak. Oleh sebab itu, ukuran butir serbuk yang efektif pada proses karburising padat perlu ditentukan agar proses menjadi optimal (Mujiyono &
Sumowidagdo, 2008:9).