TUGAS AKHIR
ANALISA KEKERASAN PERMUKAAN BAJA KARBON RENDAH ST 40 DENGAN PROSES CARBURIZING MENGGUNAKAN ARANG KAYU DENGAN ANALISIS PARTIKEL KARBON RATA-RATA 110,671 μm²
DAN 515,735 μm²
Disusun Sebagai Syarat Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh : AGUNG PRIHATIN
NIM : D200140079
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
ii
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul “ANALISA KEKERASAN PERMUKAAN BAJA KARBON RENDAH ST 40 DENGAN PROSES CARBURIZING MENGGUNAKAN ARANG KAYU DENGAN ANALISIS PARTIKEL KARBON RATA-RATA 110,671 μm² DAN 515,735 μm²” merupakan hasil penelitian sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui penelitian saya bukan merupakan tiruan dari penelitian yang sudah dipublikasikan atau pernah dipakai untuk mendapat gelar sarjana dilingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi lain, kecuali sebagian sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 2 Juli 2020
vi
HALAMAN MOTTO
“ Waktu bagaikan pedang. Jika engkau tidak memanfaatkannya dengan baik, maka ia akan memanfaatkanmu”
(HR Muslim)
“Barang siapa yang menempuh suatu jalan untuk menuntut ilmu, Allah akan memudahkan baginya jalan ke surga”
(HR Muslim)
“Lakukan semau yang kamu bisa kerjakan, karena semua yang kamu cari dan sukai ada didalamnya”
(Agung Prihatin)
“Menjadi seorang teman adalah pekerjaan mudah, tapi persahabatan adalah buah yang lama berbuah”
(Aristoteles)
“Biar salah dulu, lalu belajar lagi. Biar gagal dulu, lalu mencoba lagi. Banyak hal besar lahir dari percobaan sekian kali. Banyak orang besar hadir setelah
kegagalan berkali-kali. (Boy Candra)
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya persembahkan Tugas Akhir ini kepada:
1. Bapak, Ibu, dan seluruh Keluarga tercinta yang dengan segala kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya senantiasa membimbing dan mendo’akanku.
2. Bapak Dr. Ir. Ngafwan, M.T selaku Pembimbing Akademik. Saya berterimakasih atas pengarahan dan bimbingannya yang telah banyak Saya terima selama berada di Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Dr. Ir. Ngafwan, M.T selaku Pembimbing Utama Tugas Akhir.
Saya berterimakasih atas pengarahan dan bimbingannya yang telah banyak Saya terima selama berada di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
4. Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah membimbing Saya di dalam perkuliahan.
5. Teman seperjuangan mahasiswa bimbingan Dr. Ir. Ngafwan, M.T yang selalu saling membantu dan berjuang bersama.
6. Teman-teman teknik mesin angkatan 2014 yang selalu menyemangati dan hadir seperti keluarga.
viii
“ANALISA KEKERASAN PERMUKAAN BAJA KARBON RENDAH ST 40 DENGAN PROSES CARBURIZING MENGGUNAKAN ARANG KAYU DENGAN ANALISIS PARTIKEL KARBON RATA-RATA 110,671 μm² DAN
515,735 μm²”
Agung Prihatin, Dr. Ir. Ngafwan, M.T.
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl.A. Yani Tromol pos1 Pbelan, Kartasura
Email: agungthenn@gmail.com ABSTRAK
Proses karburisasi (Carburizing) merupakan proses thermo-chemical yang dilakukan dengan cara memanaskan spesimen didalam ruangan yang mengandung kadar karbon pada temperatur austenit, Proses Carburizing ini bertujuan untuk meningkatkan kadar perlit (β) pada permukaan baja sehingga permukaan baja memiliki permukaan yang keras.
Dalam penelitian ini bahan yang digunakan untuk carburizing adalah baja karbon ST 40 dengan luas partikel rata-rata karbon 110,671 μm² dan 515,735 μm². Pada pengujian ini baja karbon dicampur dengan karbon kemudian dilakukan proses pemanasan dengan temperatur 780⁰C dengan penahanan selama 4 jam.
Dari hasil uji dapat diketahui karbon memiliki luas partikel rata-rata karbon 110,671 μm² dan 515,735 μm² karbon dengan luas partikel rata-rata karbon 515,735 μm² lebih didominasi struktur perlit (β) dibandingkan dengan ferlit (α) sedangkan karbon dengan luas partikel rata-rata karbon 110,671 μm² lebih didominasi struktur ferlit (α) dibandingkan perlit (β). dikarenakan proses diffusi tidak berjalan dengan baik.
Kata kunci :Carburizing, Area Partikel Karbon 110,671 μm² , kelarutan unsur
ix
“ANALYSIS ON ST 40 STEEL’S HARDNESS AFTER WOOD
CHARCOAL CARBURIZING PROCESS WITH AVERAGE AREA
OF CARBON PARTICLES 100.671 μm² AND 515.735 μm²”
Agung Prihatin, Dr. Ir. Ngafwan, M.T.
Mechanical Engineering, University of Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos1 Pbelan, Kartasura
E-mail: agungthenn@gmail.com
ABSTRACT
Carburizing is a thermochemical process through the heating of specimen in a medium that contains carbon at austenite temperature. The process aims to enhance the pearlite level (β) of steel surface in order to increase its hardness.
The carburizing experiment in this study utilized ST 40 steel, carbon with an average carbon particle area of 515,735 µm² . At the experiment, the steel was mixed with carbon and heated at 780⁰C for four hours.
From the test results it can be seen that carbon has an average carbon particle area of 110,671 μm² and 515,735 μm². carbon with an average carbon particle area of 515,735 µm² is more dominated by pearlite structure (β) compared to ferlit (α) while arbon with an average particle area of 110,671 μm² is more dominated by ferrite structure (α) than pearlite (β). because the diffusion process is not going well.
Kaeywords: Carburizing, area of carbon particle 110,671 μm², element solubility in Fe, microstructure, Vickers hardnes
x
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Segala puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan Hidayahnya sehingga penulis mampu menyelesaikanTugas Akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir yang berjudul “ANALISA KEKERASAN PERMUKAAN BAJA KARBON RENDAH ST 40 DENGAN PROSES CARBURIZING MENGGUNAKAN ARANG KAYU DENGAN ANALISIS PARTIKEL KARBON RATA-RATA 110,671 μm² DAN 515,735 μm²” disusun untuk memenuhi persyaratan Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhamadiyah Surakarta.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono M.T, Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Subroto, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapa Dr. Ir. Ngafwan, M.T selaku Pembimbing Akademik yang telah banyak membimbing saya selama berada di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
4. Bapak Dr. Ir. Ngafwan, M.T selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
xii DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Halaman Pernyataan Keaslian Tugas Akhir ... ii
Halaman Persetujuan ... iii
Halaman Pengesahan ... iv
Lembar Soal Tugas Akhir ... v
Halaman Motto ... vi
Halaman Persembahan ... vii
Abstrak ... viii
Kata Pengantar ... x
Daftar Isi ... xii
Daftar Gambar ... xv
Daftar Tabel ... xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 2 1.4 Tujuan Penelitian ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 3 1.6 Sistematika Penulisan ... 4
xiii BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Tinjuan Pustaka ... 5 2.2 Dasar Teori ... 12 2.2.1 Diffusi ... 12 2.2.2 Carburizing ... 13 2.2.3 Baja Karbon ... 15 2.3 Pengujian ... 16 2.3.1 Uji Kekerasan ...16 2.3.2 Struktur Mikro ... 17
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Kerangka Teoritis ... 19
3.2 Kerangka Konsep ... 20
3.3 Body Center Cubic ( BCC) ... 22
3.4 Diagram Alir ... 23
3.5 Metode Penelitian ... 25
3.6 Tempat dan Waktu Penelitian ... 25
3.7 Studi Literatur ... 25
3.8 Studi Lapangan ... 25
3.9 Persiapan Alat dan Bahan ... 26
3.9.1 Bahan Penelitian ... 26
3.9.2 Alat Penelitian ... 28
3.10 Prosedur Penelitian ... 35
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Carburizing ... 37
4.2 Pengamatan Partikel Karbon ... 38
4.3 Pembahasan Partikel Karbon ... 39
xiv
4.5 Pembahasan Kelarutan Unsur Dalam Fe β% Baja uji
Struktur mikro ... 45 4.6 Hasil Uji Kekerasan ... 48 4.7 Pembahasan Hasil Uji Kekerasan ... 50 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 57 5.2 Saran ... 58 DAFTAR PUSTAKA
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pengaruh Suhu Karburasi Pada Kekuatan Tarik Dan Pengaruh
Suhu Karburasi Pada Kekerasan Inti (Aramidea Et Al., 2009) ... .6
Gambar 2.2 Efek Suhu Karburasi Dan Waktu Penahanan Pada Kekuatan Tarik.(Oluwafemi Et Al., 2015) ... 8
Gambar 2.3 Pengaruh Suhu Karburasi Dan Waktu Perendaman Terhadap Regangan. (Oluwafemi Et Al. , 2015) ... 8
Gambar 2.4 Pengaruh Suhu Karburasi Dan Watuk Tahan Terhadap Kekuatan Impak. (Oluwafemi Et Al. , 2015) ... 9
Gambar 2.5 Struktur Mikro Dan Baja Ringan Yang Diterima Menunjukkan (A) Kekerasan Permukkan Dan (B) Kekerasan Inti, 200x (Oluwafemietal. , 2015) ... 9
Gambar 2.6 Hubungan Antara Kekerasan Dan Ukuran Partikel Energizer Setelah Direndam Dalam Air Selama 4 Jam Pada Temperatur 950⁰C. (Akanji, Fatoba And Aasa, 2015) ... 11
Gambar 2.7 Hubungan Antara Kekerasan Dan Ukuran Partikel Energizer Setelah Direndam Dalam Minyak Selama 4 Jam Pada Termperatur 950⁰C. (Akanji, Fatoba Dan Aasa, 2015) ... 11
Gambar 2.8 Hubungan Antara Kekerasan Dan Ukuran Partikel Energizer Setelah Direndam Dalam Minyak Selama 8 Jam Pada Temperatur 950⁰C. ( Akanji, Fatoba Dan Aasa 2015) ... 12
Gambar 2.9 Proses Difusi Atom. (Smallman, Bishop, 2012) ... 13
Gambar 2.10 Diagram Keseimbangna UntukReaksi2co→C+CO2.(Schneider, Company Dan Chatterjee, 2018) ... 14
Gambar 2.11 Penekanna Dan Jejak Uji Kekerasan Vickres ... 16
Gambar 2.12 Diagram Fase Kesetimbangan Fe3c... 18
Gambar 3.1 Tabel Periodik ... 19
Gambar 3.2 Proses Pack Karburisasi... 20
Gambar 3.3 Proses Difusi ... 22
xvi
Gambar 3.5 Karbon Dari Arang Kayu ... 26
Gambar 3.6 Baja Karbon ST 40 ... 26
Gambar 3.7 Autosol ... 27
Gambar 3.8 Alkohol ... 27
Gambar 3.9 Pot ... 28
Gambar 3.10 Ayakkan (Mesh)... 28
Gambar 3.11 Bola Baja ... 29
Gambar 3.12 Toples Plastik ... 29
Gambar 3.13 Cangkir Besi ... 30
Gambar 3.14 Magnit ... 30
Gambar 3.15 Spet/Suntikan ... 31
Gambar 3.16 Amplas ... 31
Gambar 3.17 Timbangan Digital ... 32
Gambar 3.18 Dyno Lite ... 32
Gambar 3.19 Mesin Shaker Ball Mill ... 33
Gambar 3.20 Oven ... 33
Gambar 3.21 Mesin Poles ... 34
Gambar 3.22 Alat Uji Struktur Mikro ... 34
xvii
Gambar 4.1 Karbon 100 Mesh Kering Yang Dijadikan Sebagai
Pembanding ... 38 Gambar 4.2 Karbon 500 Mesh Tidak Mengendap ... 38 Gambar 4.3 Histogram Area Partikel Karbon 100 Mesh Keing ... 39 Gambar 4.4.Histogram Area Partikel Karbon 500 Mesh Tidak
Mengendap ... 40 Gambar 4.5 Titik Pengujian baja ST 40 ... 41 Gambar 4.6 Hasil Uji Struktur Mikro Dari Raw Material Baja Karbon ST 40 .. 42 Gambar 4.7 Hasil Uji Struktur Mikro Proses Carburizing Baja ST 40
Menggunakan Partikel Karbon Dengan Area Partikel 515,735 μm² ... 43 Gambar 4.8 Hasil Uji Struktur Mikro Proses Carburizing Baja Karbon ST 40
Menggunakan Partikel Karbon Denganarea Partikel 110.671 μm² ... 44 Gambar 4.9 Kelarutan Unsur Dalam Fe Β% ... 46 Gambar 4.10 Hasil Kelarutan Unsur Dalam Fe Β% Dari Titik Satu Sampai
Titik Ke Lima ... 47 Gambar 4.11 Titik Tekan Uji Kekerasan Permukaan Menggunakan Metode
Vickres (Coshohocken, 1997) ... 48 Gambar 4.12 Hasil Foto Titik Tekon Uji Kekerasan Vickres ... 50 Gambar 4.13 Grafik Hasil Uji Kekerasan Vickres (HV) ... 51 Gambar 4.14 Grafik Hasil Uji Kekerasan Vickres (HV) Dari Raw Material
Baja Karbon St 40 ... 53 Gambar 4.15 Garafik Hasil Uji Kekerasan Vickres (HV) Material ST 40 Yang
Di Carburizing Menggunakan Partikel Karbon Dengan Area Partikel 515,735 μm² ... 54
xviii
Gambar 4.16 Garfik Hasil Uji Kekerasan Vickres (HV) Material Baja Karbon ST 40 Yang Melalui Proses Carburizing Menggunakan Partikel Karbon Dengan Area Partikel 110.671 μm² ... 55
xix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Koposisi Baja Ringan AISI/SAE 1020 Sebelum Karbeizing.
(Aramidea Et Al. , 2009) ... 5 Tabel 2.2 Sifat Mekanik Dari Waktu Sampel Karburiasi (Aramidea Et Al. ,
2009)... 6 Tabel 2.3 Komposisi Kimia Dari Sampel Baja Ringan. (Oluwafemi Et Al. ,
2015)... 7 Tabel 2.4 Komposisi Kimia Baja Ringan AISI 1018 (Akanji, Fatoba And Aasa,
2015)... 9 Tabel 2.5 Rasio Senyawa Arang/ Kerang Yanf Digunakan Untuk Proses
Karburisasi. (Akanji, Fatoba And Aasa,2015) ... 10 Tabel 3.1 Properti Karbon ... 19 Tabel 4.1 Hasil Uji Kelarutan Unsur Dalam Fe Β% Dan Uji Kekerasan
xx
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Sertifikasi Baja ST 40 ... 62 Lampiran 2 Hasil Uji Struktur Mikro Raw Material ... 63 Lampiran 3 Hasil Uji Struktur Mikro Spesimen Carburizing Dengan
Rata-Rata Area Partikel 515,735 μm² ... 64 Lampiran 4 Hail Uji Struktur Mikro Spesimen Carburizing Dengan Rata-Rata
Area Partikel 110,671 μm² ... 65 Lampiran 5 Hasil Uji Kekerasan Vickres Raw Material ... 66 Lampiran 6 Hasil Uji Kekerasan Vickres Spesimen Carburizing Dengan
Rata-Rata Area Partikel 515,735 μm² ... 67 Lampiran 7 Hasil Uji Kekerasan Vickres Spesimen Carburizing Dengan
