PERBANDINGAN NILAI KEKERASAN DAN STRUKTUR
MIKRO AKIBAT VARIASI KATALIS PADA PROSES
CARBURIZING BAJA S45C
SKRIPSI
Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan pada Universitas Negeri Semarang
Oleh
Mochammad Alan Robbina NIM 5201408035
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
Skripsi ini telah disetujui oleh Pembimbing untuk diajukan ke sidang panitia ujian skripsi pada :
Hari : Tanggal :
Pembimbing I Pembimbing II
Hadromi, S.Pd., MT. Rusiyanto, S.Pd., MT. NIP. 196908071994031004 NIP. 197403211999031002
Mengetahui,
Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Mesin,
Dr. M. Khumaedi, M.Pd. NIP. 196209131991021001
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi ini diajukan oleh:
Nama : Mochammad Alan Robbina NIM : 5201408035
Program Studi : Pendidikan Teknik Mesin
Judul : Perbandingan Nilai Kekerasan dan Struktur Mikro Akibat Variasi Katalis Pada Proses Carburizing Baja S45C
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji dan diterima sebagai persyaratan memperoleh gelar Sarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.
Panitia Ujian
Ketua : Dr. M. Khumaedi, M. Pd. ( ) NIP. 196209131991021001
Sekretaris : Wahyudi, S.Pd, M.Eng. ( ) NIP. 198003192005011001
Pembimbing I
Dewan Penguji
: Hadromi, S.Pd., M.T. ( ) NIP. 196908071994031004
Pembimbing II : Rusiyanto, S.Pd., M.T. ( ) NIP. 197403211999031002
Penguji Utama : Drs. Sunyoto, M.Si ( ) NIP. 196511051991021001
Penguji Pendamping I : Hadromi, S.Pd., M.T. ( ) NIP. 196908071994031004
Penguji Pendamping II : Rusiyanto, S.Pd., M.T. ( ) NIP. 197403211999031002
Ditetapkan di Semarang Tanggal 2012
Mengesahkan Dekan Fakultas Teknik
Drs. Muhammad Harlanu, M. Pd NIP. 196602151991021001
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi saya yang berjudul “Perbandingan Nilai Kekerasan dan Struktur Mikro Akibat Variasi Katalis pada Proses Carburizing Baja S45C”disusun berdasarkan hasil penelitian saya dengan arahan dosen pembimbing. Sumber informasi atau kutipan yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir skripsi ini. Skripsi ini belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar dalam program sejenis di perguruan tinggi lain.
Semarang, Oktober 2012
Mochammad Alan Robbina NIM. 5201408035
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
Motto
Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan yang lain). Dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap. (QS. Al-Insyirah : 6-8).
Apa yang saya saksikan di alam adalah sebuah tatanan agung yang tidak dapat kita pahami dengan sangat menyeluruh dan hal itu semestinya menjadikan seseorang yang senantiasa berpikir dilingkupi perasaan rendah hati. (Einstein).
Persembahan
1. Orang tuaku tercinta, Bapak Musyafa’ dan Ibu Qomariyah yang senantiasa memberikan do’a, dukungan dan kasih sayangnya.
2. Kedua adikku tersayang atas do’a dan dukungannya.
3. Fatma Nurmala Ulfa yang selalu memberikan dukungan, do’a dan perhatiannya kepadaku.
4. Sahabatku, Ahmed, Miftah, Rizki atas bantuan dan motivasinya.
5. Teman-teman Pendidikan Pendidikan Teknik Mesin angkatan 2008.
6. Almamaterku UNNES.
Alhamdulillahirobbil’alamin, puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “PERBANDINGAN NILAI KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO AKIBAT VARIASI KATALIS PADA PROSES CARBURIZING BAJA S45C ”
Penyusun menyadari bahwa penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Prof. Dr. H. Sudijono Sastroatmodjo, M.Si, Rektor Universitas Negeri Semarang, atas kesempatan yang telah diberikan untuk menyelesaikan studi di Universitas Negeri Semarang;
2. Drs. Muhammad Harlanu, M.Pd, Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang, yang telah memberikan pelayanan dan kesempatan mengikuti progam S1 di Fakultas Teknik Univerasitas Negeri Semarang;
3. Dr. M. Khumaedi, M.Pd, Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang, yang telah memberikan fasilitas dan pelayanan selama masa studi di Jurusan Pendidikan Teknik Mesin;
4. Hadromi, S.Pd. M.T, Dosen pembimbing skripsi I yang dengan sabar telah membimbing dan memberikan arahan sehingga penulisan skripsi ini dapat
terselesaikan;
5. Rusiyanto, S.Pd. M.T, Dosen pembimbing skripsi II yang dengan sabar telah membimbing dan memberikan arahan sehingga penulisan skripsi ini dapat terselesaikan;
6. Drs. Sunyoto, M.Si, Dosen penguji yang telah memberikan saran, arahan dan bimbingan sehingga penulisan skripsi ini dapat terselesaikan;
7. Kepala Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang yang telah berkenan memberikan ijin kepada penulis untuk melaksanakan penelitian.
8. Kepala Laboratorium Bahan Teknik S1 Universitas Gadjah Mada yang telah berkenan memberikann ijin kepada penyusun untuk melaksanakan pengujian spesimen.
9. Staf pengajar Fakultas Teknik yang telah memberikan ilmu selama penyusun menempuh pendidikan di Universitas Negeri Semarang;
10. Rekan-rekan Pendidikan Teknik Mesin angkatan 2008 atas kebersamaan dan memberi kenangan terindah kepada penyusun;
11. Semua pihak yang telah membantu terselesaikannya skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini;
Semoga amal dan kebaikan mendapat balasan rahmat yang setimpal dari Allah SWT dan semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Semarang, 2012
Penyusun
Robbina, Mochammad Alan. 2012. Perbandingan Nilai Kekerasan Dan Struktur Mikro Akibat Variasi Katalis Pada Proses Carburizing Baja S45C.
Skripsi. Jurusan Pendidikan Teknik Mesin. Fakultas Teknik. Universitas Negeri Semarang. Pembimbing I. Hadromi, S.Pd. M.T. Pembimbing II. Rusiyanto, S.Pd. M.T.
Proses pengarbonan (carburizing) merupakan proses thermo-chemical
yang dilakukan dengan cara memanaskan spesimen pada suhu austenitnya dalam ruang yang mengandung serbuk karbon. Pengarbonan ini bertujuan untuk menaikkan kadar karbon pada lapisan permukaan baja sehingga diperoleh baja yang memiliki permukaan keras. Tujuan dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui perbedaan nilai kekerasan dan struktur mikro pada Baja S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing. Penelitian ini dilakukan pada material baja karbon dengan kandungan karbon 0,520% C, kemudian bahan dibuat spesimen uji kekerasan sesuai standar JIS Z 2201 1981. Proses carburizing pada material dengan suhu 900°C dan holding time 4 jam, sumber karbon yang digunakan yaitu arang batok kelapa, dengan variasi katalis yang digunakan yaitu barium karbonat, kalium karbonat, dan natrium karbonat. Arang batok kelapa dan katalis dicampur dengan komposisi sebesar 75% arang batok kelapa dan 25% katalis. Berdasarkan hasil eksperimen pengujian kekerasan diperoleh nilai rata-rata kekerasan pada spesimen raw material mempunyai nilai kekerasan 201,3 Kg/mm2, kelompok spesimen A (spesimen dengan katalis barium karbonat) sebesar 218,7 Kg/mm2, kelompok spesimen B (spesimen dengan katalis kalium karbonat) sebesar 216,7 Kg/mm2, dan kelompok spesimen C (spesimen dengan katalis natrium karbonat) yang mempunyai nilai kekerasan sebesar 217,9 Kg/mm2. Sedangkan pada pengamatan struktur mikro untuk spesimen yang telah dicarburizing terlihat fase
martensit. Kesimpulan dari penelitian ini adalah penggunaan katalis barium karbonat sebesar 25% memberikan peningkatan kekerasan paling tinggi dan optimal dibandingkan pengunaan katalis kalium karbonat dan natrium karbonat. Selain itu terjadi perubahan struktur mikro baja jenis S45C akibat variasi katalis yang digunakan dalam proses carburizing. Keadaan ini terlihat dari hasil foto struktur mikro dimana ada pertumbuhan dari keadaan kristal yang kasar menjadi keadaan kristal yang halus. Kehalusan kristal mulai terlihat dari bahan yang diberi penambahan katalis. Bagi penelitian selanjutnya diharapkan dapat meneliti faktor- faktor lain yang mempengaruhi nilai kekerasan dan struktur mikro yang tidak dibahas dalam penelitian ini.
Kata kunci : Carburizing, Nilai Kekerasan, Struktur Mikro.
ABSTRACT
Robbina, Mochammad Alan. 2012. “Comparison value and the Structure of Micro Hardness Variation Due Process Catalysts In carburizing steel S45C”. Final Project. Department of Mechanical Engineering Education. Faculty of Engineering. State University of Semarang. Advisor. Hadromi, S.Pd. M.T. Co Advisor. Rusiyanto, S.Pd. M.T.
Carburizing process is a thermo-chemical process which is done by heating the specimen at the austenit temperature in the chamber which containing carbon powder. Carburizing aims to raise the level of carbon in the surface layer of steel to obtain steel with hard surfaces. The purpose of this research was to determine the difference in value of hardness and microstructure due to variation in S45C steel catalyst on carburizing process. The research was carried out on the material of carbon steel with a carbon content of 0.520% C, and material hardness test specimens were made according to standard JIS Z 2201 1981. Carburizing process the material with a temperature of 900 ° C and holding time 4 hours, the carbon source used is coconut shell charcoal, with a variation of the catalyst used are barium carbonate, potassium carbonate and sodium carbonate. Coconut shell charcoal and mixed catalysts with composition of 75% coconut shell charcoal and 25% catalyst. Based on the experimental results obtained hardness test average raw material hardness of the specimen has a hardness value of 201.3 Kg/mm2, group A specimens (specimens with barium carbonate catalyst) of 218.7 Kg/mm2, group B specimens (specimens with catalyst potassium carbonate) of 216.7 Kg/mm2, and group C specimens (specimens with sodium carbonate catalyst) that has a value of 217.9 Kg/mm2 violence. While the observation of the microstructure for specimens that have been seen carburized martensit phase. The conclusion of this study is the use of barium carbonate catalyst gives a 25% increase in hardness compared to the highest and best use of the catalyst of potassium carbonate and sodium carbonate. Besides the steel microstructure changes due to variations in the type S45C catalyst used in the process of carburizing. This situation is evident from the images of microstructures in which there is growth of a coarse crystalline state into a state of fine crystal. Subtlety crystals began to appear from the material given the addition of a catalyst. For further research is expected to examine other factors that affect the value of hardness and microstructure are not addressed in this study.
Keywords : Carburizing, Hardness values, Micro Structure.
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
PERSETUJUAN PEMBIMBING ... ii
PENGESAHAN KELULUSAN ... iii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... iv
MOTO DAN PERSEMBAHAN ... v
PRAKATA ... vi
SARI ... ... viii
ABSTRACT ... ix
DAFTAR ISI... x
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR RUMUS ... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 3
1.3 Pembatasan Masalah ... 4
1.4 Tujuan Penelitian ... 5
1.5 Manfaat Penelitian ... 5
1.6 Penegasan Istilah ... 6
2.1 Baja ... 8
2.2 Pengaruh Unsur Campuran dalam Baja ... 9
2.3 Karbon ... 11
2.4 Karakteristik Baja S45C ... 11
2.5 Macam-macam Perlakuan Panas ... 12
2.6 Carburizing (Karbonasi)... 13
2.7 Energizer (Katalis)... 16
2.8 Pengujian Logam ... 18
2.9 Uji Kekerasan (Hardness Test)... 18
2.10 Dasar-Dasar Pengujian Kekerasan ... 19
2.11 Pengujian Kekerasan Vikers ... 21
2.12 Pengujian Kekerasan Mikro Vikers ... 24
2.13 Pengamatan Struktur Mikro... 25
2.14 Kerangka Berpikir ... 27
METODE PENELITIAN 3.1 Jenis Penelitian ... 29
3.2 Variabel Penelitian... 29
3.3 Waktu dan Tempat Penelitian... 31
3.4 Alat dan Bahan ... 32
3.5 Pelaksanaan Eksperimen ... 32
3.6 Proses Pengujian ... 40
3.7 Metode Pengumpulan Data... 42
BAB II KAJIAN TEORI
BAB III
3.9 Prosedur Eksperimen ... 47
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian ... 48
4.1.1 Data Hasil Pengujian Kekerasan Mikro Vikers ... 48
4.1.2 Data Hasil Pengamatan Struktur Mikro... 54
4.2 Pembahasan ... 60
BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan ... 68
5.2 Saran ... 69
DAFTAR PUSTAKA ... 70
LAMPIRAN ... 71
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1
Tabel 2.2
Logam Ferro dan Pemakaiannya ... Komposisi Baja S45C
9
(Sertifikat Komposisi Baja S45C Bohlindo) ... 12
Tabel 3.1 Data Hasil Rata-Rata Nilai Kekerasan Seluruh Variasi ... 43
Tabel 3.2 Data Hasil Nilai Kekerasan Tiap Variasi ... 43
Tabel 3.3 Data Hasil Nilai Kekerasan Raw Material ... 44
Tabel 3.4 Data Hasil Tebal Carburizing Tiap Variasi... 44
Tabel 4.1 Data Hasil Rata-Rata Kekerasan Seluruh Variasi ... 48
Tabel 4.2 Data Hasil Nilai Kekerasan Tiap Variasi ... 49
Tabel 4.3 Data Hasil Nilai Kekerasan Raw Material ... 50
Tabel 4.4 Data Hasil Tebal Carburizing Tiap Variasi... 50
Tabel 4.5 Peningkatan Nilai Kekerasan Bahan ... 53
Halaman
Gambar 2.1 Diagram Fasa Fe-C ... 13
Gambar 2.2 Proses Difusi Atom... 14
Gambar 2.3 Baja yang Dikarbonasikan... 14
Gambar 2.4 Hubungan Antara Tebal Pelapisan dengan Periode Karbonasi ... 15
Gambar 2.5 Prinsip Pengukuran Mikro Vikers ... 23
Gambar 2.6 Tipe-Tipe Lekukan Piramida Intan ... 24
Gambar 2.7 Pemeriksaan Banda Uji dengan Mikroskop Metalurgi ... 27
Gambar 3.1 Dimensi Spesimen ... 33
Gambar 3.2 Spesimen Uji Kekerasan Mikro Vikers ... 33
Gambar 3.3 Spesimen Pengamatan Struktur Mikro ... 34
Gambar 3.4 Spesimen yang Telah Dipotong... 34
Gambar 3.5 Campuran Serbuk Arang Batok Kelapa dengan Katalis ... 35
Gambar 3.6 Kotak Carburizing yang Telah Diisi Campuran Arang dan Katalis... 35
Gambar 3.7 Spesimen di dalam Kotak Carburizing ... 36
Gambar 3.8 Spesimen Telah Tertutup Rata dengan Campuran Serbuk Arang dan Katalis... 36
Gambar 3.9 Oven Pemanas Logam... 37
Gambar 3.10 Kotak Carburizing di dalam Kotak Pemanas... 37
Gambar 3.11 Pengaturan Suhu ... 37
Gambar 3.12 Penahanan Suhu ... 38
Gambar 3.13 Spesimen yang Telah di Carburizing... 38
Gambar 3.14 Mesin Poles ... 39
Gambar 3.15 Lapisan Resin Logam... 39
Gambar 3.16 Alat Uji Kekerasan Mikro Vikers... 40
Gambar 3.17 Panel Alat Uji Kekerasan Mikro Vikers ... 41
Gambar 3.18 Alat Pengamatan Mikro Vikers ... 41
Gambar 3.19 Setting Alat Foto Mikro ... 42
Gambar 3.20 Diagram Alir Penelitian ... 47
Gambar 4.1 Grafik Hasil Pengujian Kekerasan Baja S45C ... 51
Gambar 4.2 Grafik Ketebalan Lapisan Carburizing ... 51
Gambar 4.3 Grafik Peningkatan dan Penurunan Nilai Kekerasan Baja S45C ... 53
Gambar 4.4 Foto Struktur Mikro Raw Material (R) dengan Pembesaran 160x ... 54
Gambar 4.5 Foto Struktur Mikro Daerah Batas Pinggir dan Tengah Kelompok Spesimen A dengan Pembesaran 160x... 55
Gambar 4.6 Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir Kelopmpok Spesimen A dengan Pembesaran 160x ... 56
Gambar 4.7 Foto Struktur Mikro Daerah Tengah Kelompok Spesimen A dengan Pembesaran 160x ... 56
Gambar 4.8 Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir dan Tengah Kelompok Spesimen B dengan Pembesarab 160x ... 57
Gambar 4.9 Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir Kelompok Spesimen B Dengan Pembesaran 160x ... 57
Gambar 4.10 Foto Struktur Mikro Daerah Tengah Kelompok Spesimen B Dengan Pembesaran 160x ... 58
Gambar 4.11 Foto Struktur Mikro Daerah Batas Pinggir dan Tengah Kelompok Spesimen C dengan Pembesaran 160x ... 58
Gambar 4.12 Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir Kelompok Spesimen C Dengan Pembesaran 160x ... 59
Gambar 4.13 Foto Struktur Mikro Daerah Tengah Kelompok Spesimen C Dengan Pembesaran 160x ... 59
DAFTAR RUMUS
Rumus Halaman 1. Rumus BHN ... 21 2. Rumus VHN ... 22 3. Rumus nilai tengah ... 45
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Sertifikat baja S45C... 72
2. Lembar hasil pengujian kekerasan mikro vickers... 73
3. Hasil perhitungan uji ketebalan carburizing ... 77
4. Calibrasi foto mikro... 78
5. Hasil perhitungan uji kekerasan ... 79
6. Surat keputusan Pembimbing skripsi ... 83
7. Surat ijin penelitian ... 84
9. Surat peminjaman Laboratorium ... 85
1.1 Latar Belakang Masalah
Perkembangan produksi manufaktur sekarang ini semakin maju seiring dengan perkembangan jaman dan teknologi. Beberapa produksi dengan baja sebagai bahan baku untuk produksinya yang banyak digunakan terutama untuk alat-alat perkakas dan komponen-komponen otomotif. Baja karbon sedang banyak digunakan sebagai komponen mesin seperti roda gigi, poros dan komponen lainnya yang diperlukan kekerasan dan keliatannya. Permasalahan yang sering timbul yaitu dalam hal kelelahan yang disebabkan keausan karena terkena pengaruh gaya luar berupa tegangan-tegangan gesek sehingga terjadi deformasi atau perubahan bentuk, untuk mengatasi hal tersebut diperlukan bahan yang mempunyai sifat keras dan ulet. Bahan yang memenuhi sifat keras dan ulet salah satu diantaranya adalah baja karbon. Kebanyakan baja karbon yang tersedia di pasaran mempunyai sifat kelelahan yang terbatas, kenyataan di lapangan menunjukan bahwa kehilangan fungsi pada suatu mesin disebabkan oleh kerusakan pada permukaan berupa keuasan, retak maupun korosi. Apabila sifat permukaan suatu komponen dapat dimodifikasi, maka umur pakai komponen dapat bertambah.
Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk meningkatkan sifat-sifat permukaan yaitu dengan cara proses pack carburizing. Proses pengarbonan
2
(carburizing) merupakan proses chemical heat treatment yang dilakukan dengan cara memanaskan spesimen pada suhu austenitnya dalam ruang yang mengandung serbuk karbon. Pengarbonan ini bertujuan untuk menaikkan kadar karbon pada lapisan permukaan baja sehingga diperoleh baja yang memiliki permukaan keras. Proses ini meliputi pemanasan baja pada suhu tertentu, dipertahankan pada waktu tertentu dan didinginkan pada
media tertentu. Pengarbonan dilakukan pada suhu 900 - 950 dalam lingkungan yang menyerahkan karbon kemudian dibiarkan beberapa lamanya pada suhu tersebut, dan kemudian didinginkan (Beumer, 1980: 37).
media arang batok kelapa dengan harapan nantinya dunia industri pada umumnya dapat memanfaatkan penelitian ini untuk mengoptimalkan produk yang dihasilkan.
Berdasarkan uraian latar belakang di atas, yang menjadi perhatian adalah perbandingan nilai kekerasan dan struktur mikro akibat variasi katalis pada proses carburizing baja S45C.
1.1 Perumusan Masalah
Penggunaan baja karbon sedang jenis S45C sebagai bahan baku produksi yang banyak digunakan untuk komponen otomotif yang diperlukan kekerasan dan keliatannya, masalahan yang sering timbul yaitu dalam hal kelelahan yang disebabkan keausan karena terkena pengaruh gaya luar berupa tegangan-tegangan gesek sehingga terjadi deformasi atau perubahan bentuk. Kenyataan di lapangan menunjukan bahwa kehilangan fungsi pada suatu mesin disebabkan oleh kerusakan pada permukaan berupa keuasan, retak maupun korosi. Apabila sifat permukaan suatu komponen dapat dimodifikasi, maka umur pakai komponen dapat bertambah. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk meningkatkan sifat–sifat permukaan adalah dengan cara proses pack carburizing.
4
sehingga menjadi gas CO2 secara keseluruhan pada proses carburizing.
Berdasarkan uraian di atas maka timbul permasalahan, yaitu :
1. Adakah perbedaan nilai kekerasan pada Baja S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing?
2. Adakah perbedaan struktur mikro Baja S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing?
1.2 Pembatasan Masalah
Pengelasan dan permasalahan dalam penelitian ini sangat komplek, supaya menjadi jelas dan tidak menyimpang dari tujuan yang telah ditetapkan maka peneliti perlu membatasi beberapa masalah, yaitu:
1. Material logam yang digunakan adalah pelat baja karbon sedang S45C yang di produksi oleh PT. Bohler.
2. Media yang digunakan adalah arang batok kelapa sebagai sumber karbon dan senyawa kimia seperti BaCO3, K2CO3, Na2CO3 sebagai katalisator.
3. Spesimen uji yang digunakan adalah jenis JIS Z 2201 1981 (Standar pengujian kekerasan Jepang).
4. Suhu carburizing yang digunakan adalah 9000C.
5. Waktu penahanan carburizing yang digunakan adalah 4 jam.
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan permasalahan di atas, maka tujuan penelitian ini sebagai berikut :
1. Untuk mengetahui perbedaan nilai kekerasan pada Baja S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing?
2. Untuk mengetahui perbedaan struktur mikro Baja S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing?
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat-manfaat sebagai berikut:
1. Manfaat teoritis
a. Memberikan sumbangan positif bagi pengembangan ilmu pengetahuan khususnya ilmu logam.
b. Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat sebagai bahan kajian atau informasi bagi dunia kerja khususnya pengetahuan bahan, perlakuan panas, dan juga pengujian bahan.
2. Pengembangan industri
6
1.5 Penegasan Istilah
Penulis perlu memberikan penjelasan tentang arti istilah-istilah dalam skripsi ini untuk menghindari terjadinya salah penafsiran terhadap judul skripsi ini. Istilah-istilah yang dianggap perlu untuk dijelaskan adalah sebagai berikut:
1) Variasi katalis
Variasi diartikan bentuk (rupa) yang lain, sedang katalis adalah bahan tambah yang digunakan untuk mempercepat terjadinya reaksi pada proses.
2) Karbonasi (Carburizing)
Karbonasi (carburizing) adalah suatu proses pengerasan permukaan dengan menambahkan unsur karbon (C) ke dalam lapisan benda kerja dengan cara memanaskan benda kerja didalam bahan yang mengandung unsur karbon, akibat pemanasan dari unsur bahan yang mengandung karbon sehingga terjadi gas-gas itu tersebut dapat melepaskan unsur karbon yang dapat masuk ke dalam lapisan benda kerja.
3) Baja S45C
tinggi misalnya konstruksi alat pertanian, semua jenis perkakas tangan dan alat-alat pertanian (Katalog Bohlindo:19).
4) Struktur mikro
Struktur mikro adalah struktur terkecil dari bahan dalam ukuran yang tidak dapat dilihat dengan mata telanjang tetapi harus menggunakan alat pengamat struktur mikro.
5) Kekerasan
BAB II KAJIAN TEORI
2.1. Baja
Baja didefinisikan sebagai suatu campuaran besi dan karbon. Kandungan karbon di dalam baja sekitar 0,1% sampai 1,7%, sedangkan unsur lainnya dibatasi oleh persentasenya (Amanto dan Daryanto, 2003:22). Amstead, dkk. (1997:51) mengemukakan bahwa:
Secara garis besar baja dapat dikelompokan menjadi dua yaitu baja karbon dan baja paduan. Baja karbon dibagi menjadi tiga yaitu baja karbon rendah (< 0,3% C), baja karbon sedang (0,30% < C < 0,7%) dan baja karbon tinggi (0,70 < C < 1,40%). Baja paduan dibagi menjadi dua yaitu baja paduan rendah (jumlah unsur paduan khusus < 8,0% ) dan baja paduan tinggi (jumlah unsur paduan khusus > 8,0% ).
Baja karbon rendah sering digunakan untuk kawat, baja profil, sekrup, ulir dan baut. Baja karbon sedang digunakan untuk rel kereta api, as, roda gigi dan suku cadang yang berkekuatan tinggi, atau dengan kekerasan sedang sampai tinggi. Baja karbon tinggi digunakan untuk perkakas potong
seperti pisau, gurdi, tap dan bagian–bagian yang harus tahan gesekan.
Klasifikasi baja dalam penggunaannya dapat dilihat pada Tabel 2.1. Dalam penelitian ini baja yang digunakan adalah baja jenis karbon sedang.
Tabel 2.1.
Logam Ferro dan Pemakaiannya
Nama Komposisi Sifat Pemakaian Baja Lunak
(Mild Steel) Baja Karbon
Campuran ferro
dan karbon (0,1% - 0,3%) Campuran ferro
Ulet dan dapat ditempa dingin
Pipa, mur, baut, dan sekrup
Sedang (Medium Carbon Steel) Baja Karbon
dan karbon (0,4% - 0,6%)
Campuran ferro
Lebih ulet Poros, rel baja, dan peron Perlengkapan mesin perkakas, Tinggi
(High Carbon Steel)
Baja Kecepatan Tinggi (High Speed Steel)
dan karbon (0,7% - 1,5%)
Baja karbon tinggi ditambah dengan nikel/krom/koba lt/tungsten/vana dium Dapat ditempa dan disepuh Getas, dapat disepuh keras, dimudakan, dan tahan terhadap suhu tinggi kikir, gergaji, pahat, tap, penitik, dan stempel Alat potong yang digunakan ialah pahat bubut, pisau fris, mata bor, dan perlengkapan mesin perkakas
2.2. Pengaruh Unsur Campuran dalam Baja
Sifat baja sangat tergantung pada unsur-unsur yang terkandung dalam baja. Baja karbon biasanya mempunyai kekurangan diantaranya kekerasan baja tidak merata, sifat mekanis yang rendah, kurang tahan terhadap korosi dan lain sebagainya. Penambahan unsur campuran digunakan untuk memperbaiki sifat pada baja ( Amanto dan Daryanto,
10
Unsur campuran dalam baja membawa pengaruh sebagai berikut : a. Unsur Silisium (Si)
Silisium merupakan unsur paduan yang ada pada setiap baja dengan jumlah kandungan lebih dari 0,4% yang mempunyai pengaruh kenaikan tegangan tarik dan menurunkan kecepatan pendinginan kritis.
b. Unsur Mangan (Mn)
Unsur mangan dalam proses pembuatan baja berfungsi sebagai
deoxider (pengikat) sehingga proses peleburan dapat berlangsung baik. c. Unsur Krom (Cr)
Unsur krom meninggikan kekuatan tarik dan keplastisan, menambah kekerasan, meningkatkan tahan korosi dan tahan suhu tinggi.
d. Unsur Vanadium (V) dan Wolfram (W)
Unsur Vanadium dan Wolfram ini membentuk karbidat yang sangat keras dan memberikan baja dengan kekerasan yang tinggi, kemampuan potong dan daya tahan panas yang cukup tinggi pada baja yang sangat diperlukan untuk pahat potong dengan kecepatan tinggi.
Menurut Alexander, dkk. (1990:59-60), penambahan unsur lain pada baja mempunyai tiga fungsi, yaitu :
a. Sebagai subtitusi atom besi dalam larutan padat atau dalam
sementit untuk meningkatkan kekuatan, kekerasan dan ketangguhan.
b. Untuk menjamin terbentuknya martensit pada laju pendinginan yang lebih rendah dari laju pendinginan celup air.
c. Untuk membentuk karbidat yang lebih keras dan tahan aus dari
2.3. Karbon
Unsur karbon adalah unsur campuran yang sangat penting dalam pembentukan baja, jumlah, persentase dan bentuknya membawa pengaruh yang sangat besar pada sifat baja. Unsur karbon yang bercampur dalam baja sekitar +0,1% - 2,0%, jika kandungan karbon pada baja kurang dari 0,15% maka tidak terjadi perubahan sifat-sifat baja setelah dikeraskan dengan cara dipanaskan dan didinginkan (hardening). Unsur karbon dapat bercampur dengan besi dan baja setelah di dinginkan secara perlahan-lahan pada temperatur kamar dalam bentuk sebagai berikut:
a. Larut dalm besi untuk membentuk larutan pada ferit yang mengandung karbon diatas 0,006 % pada temperatur kamar. Unsur karbon akan naik
lagi sampai 0,03 % pada temperatur 725 . Ferit bersifat lunak, tidak kuat dan kenyal.
b. Sebagai campuran kimia dalam besi, campuran ini disebut sementit
(Fe3C) yang mengandung 6,67 % karbon. Sementit bersifat keras dan
rapuh.
2.4. Karakteristik Baja S45C
12
Tabel 2.2.
Komposisi Baja S45C (Sertifikat Komposisi Baja S45C Bohlindo)
C SI MN P S Cu
0,520 0,310 0,650 0,19 0,02 0,010
Baja S45C mempunyai sifat-sifat pengerjaan dan kekuatan yang sangat baik. Baja ini sering digunakan untuk komponen yang tidak membutuhkan kekerasan yang tinggi misalnya konstruksi alat pertanian, semua jenis perkakas tangan dan alat-alat pertanian (Katalog Bohlindo:19).
2.5. Macam-macam Perlakuan Panas
Perlakuan panas pada baja (heat treatment) adalah proses pemanasan baja sampai suhu dan waktu tertentu kemudian diikuti dengan pendinginan dengan cara tertentu untuk memperoleh sifat-sifat yang diinginkan. Perlakuan panas secara garis besar meliputi:
a. Hardening (pengerasan baja) b. Annealing (melunakkan baja)
c. Normalizing (menormalkan struktur baja)
d. Tempering (pemudaan baja yang telah dikeraskan) e. Pengerasan nyala
f. Pengerasan induksi
Disamping perlakuan panas (heat treatment) diatas, ada perlakuan panas yang bertujuan untuk merubah atau menambahkan unsur kimia kedalam baja yang disebut Chemical Heat Treatment, yaitu antara lain:
b. Nitriding (menambahkan kadar nitrogen kedalam baja) c. Sianiding (menambahkan sianida kedalam baja)
2.6. Carburizing (Karbonasi)
Seringkali dalam suatu komponen harus mempunyai permukaan yang keras dan tahan pakai, yang didukung oleh inti yang kuat dan tahan terhadap goncangan. Sifat-sifat yang berbeda tersebut dapat digabungkan dalam suatu baja yaitu dengan pengerasan permukaan. Cara pengerasan permukaan dapat dilakukan dengan proses carburizing (karbonasi).
Karbonasi adalah memanaskan bahan sampai suhu 900 - 950 dalam lingkungan yang menyerahkan karbon, lalu dibiarkan beberapa waktu
[image:30.612.204.454.437.685.2]lamanya pada suhu tersebut dan kemudian didinginkan (Amanto dan Daryanto, 2003:85).
14
Pada Gambar 2.1, Malau dan Khasani (2008:368) mengemukakan bahwa suhu austenit untuk baja karbon sedang yang memiliki kadar karbon 0,3% sampai 0,7% dimana atom karbon (C) akan masuk kedalam spesimen secara difusi intertisi. Masuknya atom secara difusi akan meningkatkan kekerasan permukaan yang dapat dilihat pada Gambar 2.2.
berikut ini.
Gambar 2.2. Proses Difusi Atom
Karbonasi dinamakan juga pemupukan karbon atau menyemen. Lapisan luar dari benda kerja yang telah mengambil karbon dinamakan lapisan karbonasi. Tujuan karbonasi ini adalah untuk mendapatkan lapisan luar pada benda kerja yang keras dan inti yang kuat serta ulet.
Gambar 2.3. Baja yang Dikarbonasikan
menyatakan bahwa, bahan carburizing terdiri dari bubuk karbon aktif, ditambah katalis BaCO3 (Barium Carbonat) atau Na2CO3 (Natrium
Carbonat) sebagai energizer atau activator yang mempercepat proses karburisasi. Namun biasanya BaCO3 yang dipakai karena lebih mudah
terurai dari pada Na2CO3. Sebenarnya tanpa energizer dapat terjadi proses
carburizing karena temperatur sangat tinggi, maka karbon teroksidasi oleh oksigen yang terperangkap dalam kotak menjadi CO2.
[image:32.612.233.428.336.454.2]Kecepatan karbonasi dapat dilihat pada Gambar 2.4., selain itu proses karbonasi dapat dipercepat dengan menggunakan suhu yang tinggi.
Gambar 2.4. Hubungan Antara Tebal Pelapisan dengan Periode
Karbonasi
Apabila diilihat dari jenis medianya proses karbonasi dibedakan menjadi tiga macam, yaitu :
a. Karbonasi dengan media zat padat
16
b. Karbonasi dengan media zat cair
Pada proses karbonasi ini baja dipanaskan pada suhu tertentu, setelah itu baja diberi larutan kalium ferrosianida. Pencarian larutan kalium ferrosianida dalam baja yang dipanaskan akan meresap kedalam baja dan menambah kandungan karbon pada permukaan baja tersebut.
c. Karbonasi dengan media gas
Pada proses ini bahan dimasukkan ke dalam dapur pemanas yang dipanaskan dengan gas karbon yang sesuai. Kandungan karbon didalam lapiasan komponen dapat dikontrol dengan mengatur komposisi gas untuk karbonasi.
2.7. Energizer (Katalis)
Penggunaan katalis sangat berpengaruh pada proses karbonasi, Pada suhu yang tinggi katalis berfungsi membentuk atau mempercepat pembentukan gas CO. Bahan kimia yang dapat digunakan sebagai katalisator pada proses carburizing sehingga dapat mempercepat pembentukan gas CO, yaitu BaCO3, K2CO3, dan Na2CO3 yang berfungsi
sebagai pengubah bentuk karbon sehingga menjadi gas CO2 secara
keseluruhan. Adapun proses reaksi katalis–katalisnya dapat ditunjukkan sebagai berikut:
1) Barium karbonat ( BaCO3)
BaCO3 → BaO + CO2
Gas CO yang terjadi kemudian larut kedalam fasa austenit atau bereaksi dengan Fe sebagai berikut: 3 Fe + 2 CO →Fe3 C + CO2.
Gas CO yang terbentuk dari reaksi diatas kemudian bereaksi dengan BaO dan membentuk BaCO3, sehingga BaCO3 senantiasa ada dalam proses
sehingga reaksi-reaksi dapat berjalan terus. 2) Kalium karbonat ( K2 CO3 )
K2 CO3 →K2 O + CO2
CO2 + C →2 CO
Gas CO yang terjadi kemudian larut kedalam fasa austenit atau bereaksi dengan Fe sebagai berikut: 3 Fe + 2 CO →Fe3 C + CO2.
Gas CO yang terbentuk dari reaksi diatas kemudian bereaksi dengan K2O
dan membentuk K2CO3, sehingga K2CO3 senantiasa ada dalam proses
sehingga reaksi-reaksi dapat berjalan terus.
3) Natrium karbonat ( Na2CO3)
Na2CO3 →Na2O + CO2
CO2 + C →2 CO
Gas CO yang terjadi kemudian larut kedalam fasa austenit atau bereaksi dengan Na2O dan membentuk Na2CO3.
Komposisi arang batok kelapa dengan katalis (energizer) yang digunakan adalah sebagai berikut:
18
2.8. Pengujian Logam
Proses pengujian logam adalah proses pemeriksaan bahan-bahan untuk diketahui sifat dan karakteristiknya yang meliputi sifat mekanik, sifat fisik, bentuk struktur, dan komposisi unsur-unsur yang terdapat didalamnya. Metode pengujian dikelompokkan ke dalam tiga kelompok menurut proses pengujiannya, yaitu:
1. Destructive Test (DT), yaitu proses pengujian logam yang dapat menimbulkan kerusakan logam yang diuji.
2. Non Destructive Test (NDT), yaitu proses pengujian logam yang tidak dapat menimbulkan kerusakan logam atau benda yang diuji.
3. Metallography, yaitu proses pemeriksaan logam tentang komposisi kimianya, unsur-unsur yang terdapat didalamnya, dan bentuk strukturnya.
2.9. Uji Kekerasan (Hardness Test)
2.10. Dasar-Dasar Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan bahan logam bertujuan mengetahui angka kekerasan logam tersebut. Pengujian kekerasan bertujuan untuk mengetahui seberapa besar tingkat kekerasan logam tersebut. Metode pengujian kekerasan telah disepakati melalui tiga metode pengujian kekerasan dengan satuan yang baku, yaitu penekanan, goresan, dan dinamik.
Pengujian kekerasan dengan cara penekanan banyak digunakan oleh industri permesinan, dikarenakan prosesnya sangat mudah dan cepat dalam memperoleh angka kekerasan logam tersebut apabila dibandingkan dengan metode pengujian lainnya. Pengujian kekerasan dengan cara penekanan terdiri dari tiga jenis, yaitu pengujian kekrasan dengan metode Rockwell, Brinell, dan Vickers.
Ketiga metode tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing, serta perbedaan dalam menentukan angka kekerasannya. Metode Brinell dan Vickers memiliki prinsip dasar yang sama dalam menentukan angka kekerasannya, yaitu menitikberatkan pada perhitungan kekuatan bahan terhadap setiap daya luas penampang bidang yang menerima pembebanan tersebut. Sedangkan metode Rockwell
menitikberatkan pada pengukuran kedalaman hasil penekanan atau penekan (indentor) yang membentuk bekasnya (indentasi) pada benda uji.
a. Metode pengujian Rockwell
20
1. Kerucut intan dengan besar sudut 120º dan disebut sebagai Rockwell Cone.
2. Bola baja dengan berbagai ukuran dan disebut sebagai Rockwell Ball. Kesalahan pada pengujian Rockwell dapat disebabkan oleh beberapa faktor antara lain :
1. Benda uji 2. Operator
3. Mesin uji Rockwell
Kelebihan dari pengujian logam dengan metode Rockwell, yaitu : 1. Dapat digunakan untuk bahan yang sangat keras
2. Dapat dipakai untuk batu gerinda sampai plastik 3. Cocok untuk semua material yang keras dan lunak
Kekurangan dari pengujian logam dengan metode Rockwell, yaitu : 1. Tingkat ketelitian rendah
2. Tidak stabil apabila terkena goncangan 3. Penenkanan bebannya tidak praktis
b. Metode Pengujian Brinell
BHN
=
Keterangan :
P = beban yang diberikan (KP atau Kgf) D = diameter indentor yang digunakan d = diameter bekas lekukan
c. Metode Pengujian Vickers
Metode Vickers ini berdasarkan pada penekanan oleh suatu gaya tekan tertentu oleh sebuah indentor berupa pyramid diamond terbalik dengan sudut puncak 136º ke permukaan logam yang akan diuji kekerasannya, dimana permukaan logam yang diuji ini harus rata dan bersih. Angka kekerasan Vikers (VHN) didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan (Dieter, 1996:334). Pengujian Vikers dapat dilakukan tidak hanya pada benda yang lunak akan tetapi juga dapat dilakukan pada bahan yang keras. Bekas penekanan yang kecil pada penggujian Vikers
mengakibatkan kerusakan bahan percobaan relatif sedikit. Pada benda kerja yang tipis atau lapisan permukaan yang tipis dapat diukur dengan gaya yang relatif kecil.
2.11. Pengujian Kekerasan Vikers
Uji kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besarnya sudut antara permukaan-
22
diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan brinell. Angka kekerasan piramida intan (DPH), atau angka kekerasan Vickers (VHN atau VPH), didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan, prinsip pengukuran untuk kekerasan mikro vikers dapat dilihat pada Gambar 2.6. Pada prakteknya luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. VHN dapat ditentukan dari persamaan
berikut:
.
VHN =
Keterangan:
P = Beban yang digunakan (kg) L = Panjang diagonal rata-rata (mm)
θ = sudut antara permukaan intan yang berlawanan = 136°
Uji kekerasan Vickers banyak dilakukan pada pekerjaan penelitian, karena metode tersebut memberikan hasil berupa skala kekerasan yang kontinu, untuk suatu beban tertentu dan digunakan pada logam yang sangat lunak, yakni DPH-nya 5 hingga logam yang sangat keras dengan DPH
1500.
Hal-hal yang menghalangi keuntungan pemakaian metode Vickers
Gambar 2.5. Prinsip Pengukuran Kekerasan Mikro Vikers
24
Gambar 2.6. Tipe-Tipe Lekukan Piramida Intan (Dieter dan Sriati Djaprie, 1996: 335).
Keterangan:
(a) Lekukan yang sempurna
(b) lekukan bantal jarum (pinchusion) yang disebabkan oleh penurunan (c) lekukan berbentuk tong yang disebabkan oleh penimbunan ke atas. Pada penelitian ini alat uji yang digunakan adalah alat uji kekerasan mikro
vickers.
2.12. Pengujian Kekerasan Mikro Vikers
2.13. Pengamatan Struktur Mikro
Sifat-sifat fisis dan mekanik dari material tergantung dari struktur mikro material tersebut. Struktur mikro dalam logam (paduan) di tunjukan dengan besar, bentuk dan orientasi butirnya, jumlah fasa, proporsi dan kelakuan dimana mereka tersusun atau terdistribusi. Struktur mikro dari paduan tergantung dari beberapa faktor seperti, elemen paduan, konsentrasi dan perlakuan panas yang diberikan. Pengujian struktur mikro atau mikrografi dilakukan dengan bantuan mikroskop dengan koefisien pembesaran dan metode kerja yang bervariasi.
Adapun beberapa tahap yang perlu dilakukan sebelum melakukan pengujian struktur mikro adalah:
a. Sectioning (Pemotongan)
Pemotongan ini dipilih sesuai dengan bagian yang akan diamati struktur mikronya. Spesimen uji dipotong dengan ukuran seperlunya.
b. Grinding (Pengamplasan kasar)
Tahap ini untuk menghaluskan dan merataka permukaan spesimen uji yang ditujukan untuk menghilangkan retak dan goresan. Grinding
dilakukan secara bertahap dari ukuran yang paling kecil hingga besar.
c. Polishing (Pemolesan)
26
Hasil yang baik dapat diperoleh dengan memperhatikan beberapa hal sebagai berikut:
1) Pemolesan
Pemolesan sebaiknya dilakukan dengan satu arah agar tidak terjadi goresan.
2) Penekanan
Pengamplasan pada mesin amplas jangan terlalu ditekan. Apabila terlalu ditekan maka arah dan posisi pemolesan dapat berubah dan kemungkinan terjadi goresan-goresan yang tidak teratur.
d. Etching (Pengetsaan)
Hasil dari proses pemolesan akan berupa permukaan yang mengkilap seperti cermin. Agar struktur terlihat jelas maka permukaan tersebut dietsa. Dalam pengetsaan jangan terlalu kuat karena akan terjadi kegosongan pada benda uji.
e. Pemotretan
Gambar 2.7. Pemeriksaan Benda Uji dengan Mikroskop Metalurgi
Keterangan:
A contoh yang dietsa sedang diperiksa dengan mikroskop metalurgi, B
penampilan contoh melalui mikroskop.
2.14. Kerangka Berpikir
Karbonasi merupakan proses pemanasan selama beberapa jam di dalam lingkungan yang terdiri atas bahan yang menyerahkan karbon.
Pengarbonan dilakukan pada suhu 900 - 950 dalam lingkungan yang menyerahkan karbon kemudian dibiarkan beberapa lamanya pada suhu tersebut, dan kemudian didinginkan (Beumer, 1980: 37).
Proses karbonasi ini dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu temperatur, waktu atau lamanya perlakuan serta media karbonnya. Disamping hal tersebut di atas, penggunaan katalis juga berpengaruh pada
proses karbonasi. Ketebalan lapisan karbonasi 1,0 mm dengan suhu 950
28
Pada suhu yang tinggi katalis berfungsi membentuk atau mempercepat pembentukan gas CO. Bahan-bahan kimia seperti BaCO3,
K2CO3, Na2CO3 sebagai katalisator yang berfungsi sebagai pengubah
bentuk karbon sehingga menjadi gas CO2 secara keseluruhan. Penggunaan
katalis karbonasi yang berbeda ini menimbulkan pengaruh terhadap ketebalan lapisan karbon pada permukaan baja. Bertambahnya ketebalan lapisan karbon maka bertambah pula kekerasan baja tersebut.
Nilai kekerasan dapat diketahui dengan melakukan pengujian kekerasan. Pengujian yang banyak dipakai adalah dengan cara menekankan penekanan tertentu kepada benda uji dengan beban tertentu dan mengukur bekas hasil penekanan yang terbentuk diatasnya (Surdia dan Saito,
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Jenis Penelitian
Jenis penelitian ini adalah eksperimen, yaitu jenis penelitian yang digunakan untuk mengumpulkan data primer di laboratorium dan menggunakan perlakuan (treatment). Penelitian eksperimen dapat diartikan sebagai metode penelitian yang digunakan utuk mencari pengaruh perlakuan tertentu terhadap yang lain dalam kondisi yang dikendalikan (Sugiyono,
2010:107). Pada penelitian ini suatu kelompok dikenakan perlakuan tertentu kemudian dilakukan pengukuran untuk mengetahui nilai kekerasan dan pengamatan struktur mikro dari tiap-tiap spesimen.
3.2. Variabel Penelitian
Variabel adalah objek penelitian, variabel dalam penelitian ini adalah :
a. Variabel Bebas
Variabel bebas adalah variabel yang mempengaruhi variabel lain disebut juga independent variabel. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah variasi katalis karbonasi yaitu barium karbonat, kalium karbonat
dan natrium karbonat.
30
a. Variabel Terikat
Variabel terikat adalah variabel akibat. Variabel terikat dalam penelitian ini yaitu nilai kekerasan mikro vikers dan struktur mikro pada Baja S45C, antara lain adalah:
1. Kekerasan
Tujuan dari pengujian kekerasan adalah untuk mengetahui nilai kekerasan spesimen yang telah diberi perlakuan yaitu logam induk, daerah carburizing, dan daerah batas carburizing dengan logam dari raw material tanpa carburizing, spesimen hasil carburizing dengan katalis barium karbonat, kalium karbonat, dan natrium karbonat. pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan alat uji kekerasan mikro
vickers merk Shimadzu. Spesimen uji dari penelitian ini adalah spesimen uji jenis JIS Z 2201 1981 dengan jenis pengujian kekerasan mikro
vickers.
2. Struktur Mikro
Tujuan dari pengamatan struktur mikro adalah untuk mengetahui struktur mikro daerah pengelasan yaitu logam induk, daerah carburizing, dan daerah batas carburizing dengan logam dari raw material tanpa
Pengamatan dilakukan dengan memakai alat merk Olympus PME3 dengan pembesaran 200 kali 500 mikron. Proses dari pengamatan ini adalah dengan beberapa tahap, mulai dari pemolesan dengan ampelas grade 200-1500, peresinan spesimen, pengetsaan dengan larutan campuran antara 97,5 % alkohol dan 2,5 % HNO3 dan yang terakhir pengamatan dengan mikroskop optik.
b. Variabel Kontrol
Variabel kontrol adalah variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan sehingga pengaruh variabel independen terhadap dependen tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang tidak diteliti. Variabel kontrol dalam penelitian adalah Baja S45C yang tidak mendapatkan perlakuan karbonasi (raw material).
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
32
3.2. Alat dan Bahan
1. Alat
a. Mesin las listrik beserta kelengkapannya b. Gergaji pita
c. Jangka sorong ( alat ukur panjang ) d. Bevel Protector ( alat ukur sudut ) e. Mesin ampelas
f. Tang
g. Mesin poles
h. Alat uji kekerasan mikro vickers merk Shimadzu i. Alat pengamatan struktur mikro merk Olympus PME 3
j. Furnace / Oven logam dengan kontrol suhu merk Omron E5CN. 2. Bahan
a. Baja karbon sedang S45C yang diproduksi oleh PT. Bohler di Jerman dan diimpor oleh PT. Bhinneka Bajanas.
b. Ampelas dengan grade 200 sampai 1500 c. Autosol.
3.3. Pelaksanaan Eksperimen
3.3.1. Tahap Pembuatan Spesimen
PT. Bhinneka Bajanas. Pada penelitian ini tidak dilakukan uji komposisi karena keterbatasan waktu dan dana.
Langkah dalam pembuatan spesimen adalah sebagai berikut: a. Dimensi spesimen
Dimensi bahan untuk penelitian ini adalah baja S45C sesuai ASTM
[image:50.612.287.411.471.550.2]dengan ukuran seperti gambar 3.1 berikut.
Gambar 3.1. Dimensi Spesimen
b. Spesimen untuk uji kekerasan mikro vickers
Bahan untuk uji kekerasan mikro vickers adalah baja karbon sedang
S45C sesuai JIS Z 2201 1981 pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Spesimen Uji Kekerasan Mikro Vickers
c. Spesimen untuk pengamatan struktur mikro.
Bahan untuk pengamatan struktur mikro dalam penelitian ini adalah baja
34
Gambar 3.3. Spesimen Pengamatan Struktur Mikro
3.3.2. Tahapan Proses Carburizing
Proses pengarbonan dilakukan dengan menggunakan media bubukan arang batok kelapa yang ditumbuk dan diayak hingga lembut. Tahapan proses carburizing:
1. Mempersiapkan spesimen yang telah dipotong sesuai ukuran, seperti pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Spesimen yang Telah Dipotong
2. Mempersiapkan media karbon dari bubukan arang batok kelapa dan bahan tambah berupa Barium Karbonat (BaCO3), Kalium karbonat
(K2CO3), Natrium karbonat (Na2CO3).
3. Mencampur bubukan arang batok kelapa dengan katalis (BaCO3, K2CO3,
[image:51.612.257.407.427.498.2]A B C
Gambar 3.5. Campuran Serbuk Arang Batok Kelapa dengan Katalis
Keterangan:
A serbuk arang batok kelapa dengan barium karbonat, B serbuk arang batok kelapa dengan kalium karbonat, C serbuk arang batok kelapa dengan natrium karbonat.
4. Kotak carburizing yang terbuat dari lembaran plat baja yang dipotong dan dilas sehingga berbentuk persegi seperti pada gambar 2.6, kemudian diisi campuran serbuk arang batok kelapa dan katalis tadi pada bagian
alas secara merata dengan ketebalan 30 mm.
36
[image:53.612.237.421.389.509.2]5. Spesimen diletakkan di dalam kotak carburizing yang telah diisi campuran serbuk arang dan katalis dengan diberi jarak antar spesimen dapat dilihat pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7. Spesimen di dalam Kotak Carburizing
6. Setelah spesimen diletakkan dalam kotak, campuran serbuk arang dan katalis ditaburkan kembali diatas spesimen sampai rata dan tertutup semua spesimennya.
Gambar 3.8. Spesimen Telah Tertutup Rata dengan Campuran Serbuk Arang dan Katalis
Gambar 3.9. Oven Pemanas Logam
8. Kotak yang berisi spesimen dimasukkan kedalam oven pemanas dengan suhu 900 dengan holding time 4 jam.
Gambar 3.10. Kotak Carburizing di dalam Oven Pemanas
9. Atur suhu pemanas oven dan mulai pemanasan.
38
10. Kemudian tahan pada suhu tersebut.
Gambar 3.12. Penahanan Suhu
11. Jika telah sampai empat jam matikan oven tersebut. 12. Biarkan agar terjadi pendinginan secara perlahan.
13. Pembongkaran spesimen dari kotak, hasil spesimen yang telah dicarburizing dapat dilihat pada Gambar 3.13 dibawah ini.
Gambar 3.13. Spesimen yang Telah di Carburizing
14. Kemudian lakukan cara yang sama untuk spesimen yang lain sesuai dengan variasi katalis yang ditentukan.
3.3.3. Proses Pemolesan, Resin dan Pengetsaan untuk Spesimen Foto Mikro
b. Pemolesan dengan menggunakan ampelas grade 200 sampai 1500 dengan menggunakan mesin poles sesuai Gambar 3.14. Setelah spesimen di ampelas dengan ukuran 1500 sampai halus kemudian diberi autosol agar spesimen lebih halus dan mengkilap.
Gambar 3.14. Mesin Poles
c. Spesimen yang sudah di autosol kemudian di masukan dalam cairan etsa
dengan menggunakan campuran larutan 2,5% HNO3 dan 97,5% alkohol dengan cara dicelupkan kemudian dicuci pakai sabun dan dibilas dengan air secukupnya.
d. Kemudian keringkan dengan alat pengering dan diberi resin. Hasil spesimen yang telah diberi resin dapat dilihat pada Gambar 3.15.
[image:56.612.231.403.541.631.2]40
e. Setelah diresin spesimen tersebut dicelup kembali dengan larutan 2,5% HNO3 dan 97,5% alkohol kemudian dicuci pakai air sabun, dibilas dengan air biasa dan keringkan lagi dengan alat pengering.
3.4. Proses Pengujian
Pengujian kekerasan mikro vickers dan pengamatan struktur mikro dilakukan di laboratorium S1 Teknik Mesin UGM.
a. Proses pengujian kekerasan mikro vickers
[image:57.612.283.383.367.500.2]1) Persiapkan alat uji kekerasan mikro vickers sesuai Gambar 3.16, untuk baja memakai beban 200 gram.
Gambar 3.16. Alat Uji Kekerasan Mikro Vickers
2) Kemudian letakan spesimen pada alat uji. 3) Atur daerah spesimen uang akan diuji.
4) Lihat pada lensa kamera dan aturlah sampai terlihat fokus.
Gambar 3.17. Panel Alat Uji Kekerasan Mikro Vickers
6) Kemudian lihat bekas injakan pada lensa kamera. 7) Dan ukur berapa panjang diagonal-diagonalnya. 8) Lakukan cara yang sama untuk spesimen lainnya. b. Proses pengamatan struktur mikro
1) Persiapkan alat foto mikro, sesuai Gambar 3.18.
Gambar 3.18. Alat Pengamatan Foto Mikro
[image:58.612.274.399.402.568.2]42
3) Lakukan pengeringan.
[image:59.612.262.443.185.317.2]4) Kemudian nyalakan dan setting alat foto mikro dengan pembesaran 160 x 13,7 mikron.
Gambar 3.19. Setting Alat Foto Mikro
5) Kemudian letakan spesimen pada alat foto mikro.
6) Kemudian lakukan pengamatan pada daerah carburizing, daerah batas logam induk dengan daerah carburizing, dan daerah logam induk tengah.
7) Lakukan cara pengamatan yang sama untuk spesimen yang lain.
3.5. Metode Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data dalam penelitian ini adalah metode eksperimental yang digunakan untuk mengumpulkan data primer di laboratorium atau data skunder dari peneliti lain (Sugiyono, 2010:308-309).
Pengambilan data yang dilakukan adalah dengan mengukur kekerasan material dan meneliti struktur mikro pada proses carburizing
sedangkan kelompok kontrol adalah obyek penelitian raw material tanpa diberi perlakuan.
Pengamatan eksperimen menggunakan lembar tabel eksperimen untuk mempermudah dalam pendekatan hasil pengujian. Lembar pengamatan uji tekan sebagai berikut :
1. Lembar Pengujian Kekerasan
[image:60.612.168.499.307.696.2]Tabel pengamatan dalam pengujian kekerasan dapat dilihat pada Tabel 3.1 sebagai berikut:
Tabel 3.1
Data Hasil Rata-Rata Nilai Kekerasan Seluruh Variasi
Raw material Carburizing dengan penggunaan
tanpa Katalis
carburizing Barium Kalium Natrium
VHN
(kg/mm2)
karbonat karbonat karbonat
Tabel 3.2
Data Hasil Nilai Kekerasan Tiap Variasi
d1 d2 drata-rata
Kekera -san
Rata- rata No Penggunaan
Katalis
A1
(µm) (µm) (mm)
(VHN) Kg/mm 2 (VHN) Kg/mm 2
1 karbonat Barium A2
A3
B1
2 Kalium B2
karbonat B3
C1
3 Natrium C2
karbonat
44
Tabel 3.3
Data Hasil Nilai Kekerasan Raw Material
d1 d2 drata-rata Kekerasan
Rata-No Spesimen
(µm) (µm) (mm) (VHN)
rata (VHN)
1
Raw
2 Material 3
Kg/mm2 Kg/mm2
Tabel 3.4.
Data Hasil Tebal Carburizing Tiap Variasi
Tebal Tebal Tebal No Spesimen Carburizing
(strip)
Carburizing
(mm)
Rata- rata
1 Barium karbonat
(mm)
2 Kalium karbonat
3 Natrium karbonat
2. Lembar Pengamatan Struktur Mikro
Pembagian lembar pengamatannya adalah sebagai berikut: a. Lembar foto mikro spesimen raw materials.
Nilai eteran
= ni
1) Lembar foto mikro daerah batas pinggir dan tengah 2) Lembar foto mikro daerah pinggir
3) Lembar foto mikro daerah tengah.
c. Lembar pengamatan foto mikro spesimen yang dicarburizing dengan katalis kalium karbonat:
1) Lembar foto mikro daerah batas pinggir dan tengah 2) Lembar foto mikro daerah pinggir
3) Lembar foto mikro daerah tengah.
d. Lembar pengamatan foto mikro spesimen yang dicarburizing dengan katalis natrium karbonat:
1) Lembar foto mikro daerah batas pinggir dan tengah 2) Lembar foto mikro daerah pinggir
3) Lembar foto mikro daerah tengah.
3.6. Analisis Data
Metode analisa data yang digunakan dalam penelitian ini adalah teknik analisis statistik deskriptis data mentah yang diperoleh dari pengujian, kemudian diolah dalam persamaan statistika yaitu persamaan nilai tengah sebagai berikut :
tengah
=
K gan:46
Data yang diperoleh merupakan data yang bersifat kuantitatif berarti data berupa angka-angka yang memberikan penjelasan/memberi tentang perbandingan antara data logam raw materials, logam yang dicarburizing
3.7. Prosedur Eksperimen
Diagram alir penelitian
Mulai
Spesimen Baja S45
Raw Materials
Sertifikasi komposisi Baja
S45C Karbonisasi
SA S B S C
Uji mikro Vickers dan foto
Analisis data
Hasil dan pembahasan
Kesimpulan
[image:64.612.153.512.144.579.2]Selesai
Gambar 3.20. Diagram Alir Penelitian
Keterangan:
SA : Spesimen A dengan katalis karbonasi Barium karbonat
SB : Spesimen B dengan katalis karbonasi Kalium karbonat
SC : Spesimen C dengan katalis karbonasi Natrium karbonat
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian
4.1.1. Data Hasil Pengujian Kekerasan Mikro Vikers
Pengujian kekerasan dilakukan pada tanggal 13 Agustus 2012 sampai dengan 27 Agustus 2012 di laboratorium bahan jurusan teknik mesin fakultas teknik UGM. Pada pengujian ini spesimen yang diuji berjumlah sepuluh buah yaitu terdiri dari satu spesimen raw material, tiga spesimen eksperimen carburizing dengan katalis barium karbonat, tiga spesimen eksperimen carburizing dengan katalis kalium karbonat, dan tiga spesimen eksperimen carburizing dengan katalis natrium karbonat. Setiap spesimen akan dikenai tiga titik injakan, sehingga menghasilkan data harga kekerasan seperti pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.4:
a. Hasil data penelitian
1) Hasil rata-rata nilai kekerasan seluruh spesimen Tabel 4.1
Hasil Rata-Rata Nilai Kekerasan Seluruh Variasi
Raw Carburizing dengan penggunaan Katalis material
Barium Kalium Natrium
VHN
karbonat karbonat karbonat
(kg/mm2) 201,3 218,7 216,7 217,9
No Penggunaan Katalis d1 (µm) d2 (µm) drata-rata (mm)
Kekerasan Rata-rata (VHN) (VHN) Kg/mm2 Kg/mm2 39,5 38,5 0,039 243,786
A1 41,5 41,5 0,0415 215,299 214,1 45 45 0,045 183,111
37,2 37 0,0371 269,396
1 Barium A 39,5 40 0,03975 234,674 222,8 47,5 47,5 0,0475 164,343
38,5 38,5 0,0385 250,160
A3 41 41 0,041 220,582 219,3 44,5 44,5 0,0445 187,249
39,5 39,5 0,0395 237,654
B1 41 41 0,041 220,582 212,4 45,5 45,5 0,0455 179,108
38,5 39 0,03875 246,942
2 Kalium B 40,5 41 0,04075 223,297 219,2 44,5 44,5 0,0445 187,249
39 38,5 0,03875 246,942
B3 41,5 39,5 0,0405 226,063 218,7 43,5 46,5 0,045 183,111
37 37 0,037 270,854
C1 39,5 39,5 0,0395 237,654 234,9 47,5 47,5 0,0475 164,343
36,5 36,5 0,0365 278,326
3 Natrium C 40 41,5 0,04075 223,297 218,6 50 48 0,049 154,435
37,5 36,5 0,037 270,854
C3 45 45 0,045 183,111 200,3 50,5 50 0,05025 146,847
[image:66.612.178.496.181.625.2]2) Hasil rata-rata nilai kekerasan
Tabel 4.2
Data Hasil Nilai Kekerasan Tiap Variasi
karbonat 2
karbonat 2
50
3) Hasil rata-rata nilai kekerasan raw material
Tabel 4.3
Data Hasil Nilai Kekerasan Raw Material
No Spesimen
d1 d2 drata-rata Kekerasan Rata-rata
(µm) (µm) (mm) (VHN) (VHN)
1
Raw
Kg/mm2 Kg/mm2 42,5 42,5 0,0425 205,287
2
Material 43 43,5 0,04325 198,229 201,3
3 43 43 0,043 200,540
4) Hasil nilai ketebalan
Tabel 4.4.
Data Hasil Tebal Carburizing Tiap Variasi
No Spesimen Carburizing Tebal
(strip) Tebal Carburizing (mm) Tebal Rata-rata (mm)
1 Barium karbonat
2 Kalium karbonat
3 Natrium karbonat
A1 20 0,8
A2 23 0,92
A3 23 0,92
B1 22 0,8
B2 21 0,76
B3 22 0,8
C1 20 0,88
C2 19 0,84
C3 20 0,88
0,88
0,78
N
VH N (k g /mm2)
N ila i Ke te b a la n (m m)
b. Grafik peningkatan dan penurunan nilai kekerasan
Data hasil pengujian kekerasan pada tabel diatas dalam bentuk grafik seperti terlihat pada Gambar 4.1 dibawah ini:
Nilai
Kekerasan
Seluruh
Spesimen
240 230 220 210 200 190 180 Raw Barium Kalium Natrium
Spesimen 1
Spesimen 2
Spesimen 3
material Karbonat Karbonat Karbonat
Variasi Katalis
[image:68.612.167.472.180.386.2]
Gambar 4.1. Grafik Hasil Pengujian Kekerasan Baja S45C
ilai
rata
‐
rata
Uji
Ketebalan
0,88 0,86 0,84 0,82 0,8 0,78 0,76 0,74 0,72
Barium Karbonat Kalium Karboat Natrium
Karbonat
Variasi katalis
[image:68.612.166.472.431.663.2]
52
Hasil eksperimen pengujian kekerasan diperoleh nilai rata-rata kekerasan pada setiap spesimen sebagai berikut:
a. Pada kelompok spesimen raw material mempunyai nilai kekerasan 201,3 Kg/mm2 berfungsi sebagai pembanding.
b. Data nilai kekerasan spesimen A (spesimen dengan katalis barium
karbonat) sebesar 218,7 Kg/mm2 mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar 8,64% dari spesimen raw material. Kelompok spesimen B
(spesimen dengan katalis kalium karbonat) sebesar 216,7 Kg/mm2 mengalami penurunan nilai kekerasan sebesar 0,91% dari spesimen A, sedangkan kelompok spesimen C (spesimen dengan katalis natrium
karbonat) yang mempunyai nilai kekerasan sebesar 217,9 Kg/mm2 dan mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar 0,55% dari kelompok spesimen B.
c. Nilai kekerasan kelompok spesimen B sebesar 216,7 Kg/mm2 mengalami kenaikan nilai kekeraan terhadap raw material sebesar 7,65% dan untuk kelompok spesimen C yang mempunyai nilai kekerasan sebesar 217,9
Kg/mm2 mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar 8,25% terhadap spesimen raw material dan mengalami penurunan nilai kekersan 0,37% terhadap spesimen A.
N
VH N (k g /mm 2)A, spesimen C > spesimen B, spesimen R < spesimen A, yang dapat dilihat pada Gambar 4.3 dan Tabel 4.5. Hasil pengujian nilai rata-rata uji ketebalan pada Gambar 4.2 dapat diketahui bahwa nilai rata-rata uji ketebalan pada kelompok spesimen A dengan penambahan katalis barium karbonat sebesar 0,88 mm, kelompok spesimen B dengan penambahan katalis kalium karbonat sebesar 0,78 mm, dan kelompok spesimen C dengan penambahan katalis natrium karbonat sebesar 0,86 mm.
ilai
rata
‐
rata
Uji
Kekerasan
220 215 210 205 200 195 190
Jenis Spesimen
[image:70.612.159.482.296.519.2]
Gambar 4.3. Grafik Peningkatan dan Penurunan Nilai Kekerasan Baja S45C
Tabel 4.5
Peningkatan Nilai Kekerasan Bahan
No. Spesimen Kenaikan nilai kekerasan (%) 1 R A 8,64%
54
4.1.1. Data Hasil Pengamatan Struktur Mikro
Pengamatan struktur mikro dalam penelitian ini yaitu, logam tanpa perlakuan (raw material), spesimen carburizing dengan katalis barium karbonat, spesimen carburizing dengan katalis kalium Hasil pengamatan struktur mikro dalam penelitian ini yaitu, spesimen tanpa perlakuan karbonat, dan spesimen carburizing dengan katalis natrium karbonat. Pengamatan yang telah dilakukan menggunakan perbesaran 160 kali dengan ukuran 13,7 mikron. Berikut ini adalah hasil foto mikro dari eksperimen yang telah dilakukan:
a. Foto struktur mikro spesimen raw material seperti terlihat pada Gambar 4.4 mempunyai struktur ferrit lebih mendominasi dibandingkan dengan
perlit dan berwarna terang yang menandakan bahwa baja bersifat tidak keras namun ulet.
R
Perlit
[image:71.612.201.473.454.673.2]Ferit
b. Gambar 4.5 sampai Gambar 4.7 menunjukan foto mikro kelompok spesimen A yang telah diberi perlakuan panas yaitu carburizing dengan penambahan katalis barium karbonat menunjukan struktur mikro yang dihasilkan pada proses ini adalah didominasi martensit dan ferit.
c. Pada Gambar 4.8 sampai Gambar 4.10 menunjukan foto struktur mikro kelompok spesimen B yang telah diberi perlakuan panas yaitu
carburizing dengan penambahan katalis kalium karbonat menunjukan struktur yang lebih halus dibandingkan dengan spesimen raw material.
d. Pada Gambar 4.11 sampai Gambar 4.13 dibawah ini menunjukan foto struktur mikro kelompok spesimen C yang telah diberi perlakuan panas yaitu carburizing dengan penambahan katalis natrium karbonat menunjukan struktur yang lebih halus dibandingkan dengan spesimen
raw material dan kelompok spesimen B.
A1 A2 A3
[image:72.612.168.504.437.673.2]Ferit Butirbaru
56
A1 A2 A3
[image:73.612.174.505.104.311.2]Perlit
Gambar 4.6. Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir Kelompok Spesimen A dengan Pembesaran 160x
A1
