ANALISIS SIFAT KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO
BAJA AISI 4140 HASIL KARBURASI PLASMA
DENGAN VARIASI TEKANAN
Disusun sebagai satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata II pada Program Studi Magister Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh :
Yuli Supriyanto U 100 160 015
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2018
1
ANALISIS SIFAT KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO BAJA AISI 4140 HASIL KARBURISING PLASMA
DENGAN VARIASI TEKANAN Abstrak
Proses Karburising terhadap baja AISI 4140 untuk diuji kekerasan dengan metode pengujian Vikers dan diamati struktur mikronya. Tujuan dari penelitian ini adalah Mengetahui tingkat kekerasan dari material AISI 4140 yang telah mengalami proses pelapisan dengan metode karburasi plasma. Sampel berupa baja AISI 4140 dipotong melintang menjadi 30 sampel uji, kemudian dilakukan pemolesan dengan Autosol menggunakan amplas dengan ukuran 120 sampai dengan 5000 mesh. Kemudian sampel yang sudah dipoles dikarburising dengan variasi tekanan 1,2; 1;4 1,6; 1,8 dan 2,0 mBar dengan suhu serta waktu yang tetap. Kekerasan yang terbesar atau optimum diperoleh pada tekanan 1,4 mBar. Hal ini disebabkan laju deposisi terlalu besar tetapi laju difusi dan kelarutan secara interstisi atom karbon pada baja AISI 4140 tidak dapat mengikuti laju deposisi maka akan terjadi penumpukan atom karbon pada permukaan karena laju deposisi lebih besar dari laju difusi dan kelarutan secara interstisi. Dengan demikian kekerasan permukaan tidak naik melainkan menurun sebagai akibat menumpuknya atom karbon pada permukaan. Pengujian terhadap struktur mikro menghasilkan bahwa lapisan tipis terlihat di bagian luar permukaan dengan unsur karbon yang teridentifikasi sangat tipis.
Kata Kunci : Karburising, AISI 4140, Tekanan, Kekerasan Vikers, Struktur mikro.
Abstract
Carburizing process for AISI 4140 steel to test hardness with the method of testing and identification of microstructure. The purpose of this study was to determine the level of hardness from AISI 4140 material that has carried out the coating process with the plasma carburizing method. Samples in the form of AISI 4140 steel cut into 30 samples, then polishing with Autosol using sandpaper with sizes 120 until 5000 mesh. Then the sample that has been dipped is carburized with various pressure from 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; and 2,0 mBar and a fixed temperature and time. The highest highest or obtained optimally at 1.4 mBar. This is due to a process that is faster and larger than the carbon in AISI 4140 steel can not follow the deposition rate that will occur at the bottom of the accumulation of carbon atoms. Thus, nothing is the same as the result of stacking carbon atoms on the surface. Testing of the microstructure resulted in a thin layer visible on the outside of the surface with the carbon element identified as very thin.
Keywords: Process Carburizing, AISI 4140, Pressure, Hardness of Vikers ,
2 1. PENDAHULUAN
Teknik pengerasan permukaan merupakan suatu proses untuk meningkatkan sifat kekerasan serta kinerja dari suatu komponen atau material.[1] Kerusakan sebuah elemen umumnya disebabkan oleh umur pemakaian yang berlebih, sehingga mengakibatkan kegagalan mekanis dari elemen tersebut. [2] Sifat permukaan logam sering dimodifikasi oleh penambahan sejumlah kecil elemen paduan untuk peningkatan permukaan kekerasan, keausan yang lebih baik dan sifat korosi. Paduan tambahan elemen biasanya seperti karbon dan / atau nitrogen. [3]
Dalam dunia perancangan, material logam yang paling banyak digunakan adalah baja, karena selain jenisnya yang bervariasi, bersifat kuat, ketahanan aus yang tinggi dan sifat mampu bentuk yang tinggi, sehingga dengan sendirinya akan meningkatkan umur pakai komponen.[4].
Unsur logam termasuk penyumbang terbanyak pembuatan komponen – komponen mesin, salah satunya adalah baja tahan karat / Stainless Steel (SS) [5] Baja AISI 4140 mempunyai komposisi kimia seperti C (0.38-0.43 %), Mn (0.75-1.00 %), Si (0.20-0.35 %), Cr (0.80-1.10 %), Mo (0.15-0.25 %), P (≤0.035 %) dan S (≤0.04 %).[6] dan [7] Material ini sifat ketahanan korosinya sangat baik namun nilai kekerasan rendah dibandingkan baja tahan karat jenis martensitik lainnya [7] Paduan dengan nitrogen sebenarnya menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan elemen paduan lainnya dalam hal sifat korosi dan mekanis[8].Menurut Lifeng dkk 2017, baja AISI 4140 mempunyai tekstur ultrafine dengan kekuatan ultrahigh, keuletan diperoleh melalui proses rolling lambat dan pendinginan tanpa melalui tempering. Pengaruh rasio reduksi berjalan lambat berkisar antara 60% hingga 90% pada mikrostruktur dan sifat mekanik baja yang diselidiki. [9] Menurut Suprapto, dkk, agar sifat-sifat yang dibutuhkan terpenuhi dan mudah didapatkan dengan harga yang relatif murah, maka dalam pembuatan komponen-komponen mesin menggunakan logam yang mempunyai sifat liat dan tangguh [10]. Proses pengerasan permukaan konvensional sudah cukup lama dikenal, baik dengan menggunakan proses termal maupun termo-kimia. Proses treatment permukan sendiri dilakukan dengan metode termokimia yang merupakan suatu metode pengerasan permukaan dengan mendifusikan atom-atom tertentu ( karbon, nitrogen atau kedua-duanya ) ke dalam permukaan
3
material. Jenis- jenis pengerasan termokimia antara lain : karburasi, cyaniding, carbonitriding, dan nitriding.[11]
Penelitian tentang pengerasan permukaan dengan plasma carburising pernah dilakukan oleh Dwi Priyantoro, Tjipto Sujitno, Bangun Pribadi, Zuhdi Arif Ainun Najib. (2016) dengan judul “Perlakukan Permukaan pada Roller Rantai dengan
metode plasma Carburizing dari Campuran gas He dan CH4 pada Tekanan 1,8 Bar. Dengan hasil kekerasan permukaan roller rantai naik dari 276,05 VHN menjadi 403,56 VHN setelah proses plasma carburizing dengan waktu perlakuan selama 4 jam, atau terjadi kenaikan kekerasan sebesar 46,19% dari material asli. [12].
Karburisasi plasma AISI 316L dilakukan di 480 ° C dan 400 ° C, selama 20 jam, menggunakan CH4 sebagai gas pembawa karbon menunjukkan bahwa karbon berkembang austenit (γC), 20 μm secara mendalam, terbentuk di permukaan setelah perlakuan 480 ° C. Karbon berkembang austenit (γC), 8 μm secara mendalam, terbentuk di permukaan setelah perawatan 400 ° C. [13]Karburisasi plasma oleh Semboshi, S. dkk 2015, menyimpulkan bahwa karburisasi plasma adalah metode yang menjanjikan untuk memperbaiki sifat permukaan paduan cair Cu-Ti yang dikeraskan. [14] Menurut Scheuer, C. J. Dkk 2013, Karburasi Plasma dengan suhu rendah dapat meningkatkan kekerasan permukaan baja AISI 420 dengan terbentuknya lapisan luar karbida komplek tergantung pada suhu dan waktu karburasi. [15] Menurut Yang Yang, 2017 , Difusi karbon dan pengerasannya pada baja M50NiL dengan proses karburasi plasma dalam campuran aseton gas (30%) dan hydrogen (70%) pada suhu 400, 450, 500 dan 550 ° C untuk durasi masing-masing 4, 8 dan 12 jam Hasil tes menunjukkan bahwa sementit adalah fase utama di lapisan permukaan spesimen karburasi pada 400 dan 450 ° C, sedangkan yang di-karburisasi pada 500 dan 550 ° C terutama martensit karbon pada lapisan permukaan menunjukkan kekasaran permukaan yang lebih rendah, kekerasan permukaan yang lebih tinggi dan tingkat keausan lebih rendah. Energi aktivasi difusi karbon ke martensit dan sementit dihitung, masing-masing adalah 64,5 kJ · mol− 1 dan 120,7 kJ · mol− 1.[16]
Proses karburasi telah digunakan secara luas sejak lama terutama di industry otomotif. [17] . Karburisasi adalah proses dimana karbon ditambahkan ke dalam
4
permukaan baja. Setelah karburasi, pengerasan permukaan biasanya dilakukan dengan pendinginan cepat[18].
Penggunaan teknik karburasi plasma di bidang perlakuan termokimia material terus meningkat dalam beberapa tahun terakhir, Proses ini untuk meningkatkan sifat permukaan bahan yang berbeda, mengoptimalkan sifat sifat material dan memperluas penggunaan material.[19] Dengan karburasi plasma transfer massa lebih tinggi dapat dicapai karena sejumlah besar partikel bermuatan dihasilkan oleh listrik membentuk fluktuasi searah ke arah katoda yang berinteraksi langsung dengan komponen. [20]
Pencampuran antara ion yang bermuatan positif dan elektron-elektron yang bermuatan negatif mempunyai sifat-sifat yang sangat berbeda dengan gas pada umumnya., dan materi pada fase ini kita sebut fase plasma dan didefinisikan sebagai gas . [21]. Keuntungan Karburasi plasma antara lain waktu pemrosesan lebih singkat, struktur metalurgi yang berkualitas, sifat kelelahan yang lebih baik, akurasi dalam memprediksi kedalaman kekerasan permukaan..[22] Karburasi plasma merupakan proses peningkatan kekerasan permukaan baja yang effisien dan ramah lingkungan. Proses karburasi plasma ini dapat membantu menghilangkan oksida asli (Cr2O3) pada stainless steel yang menghasilkan penghalang difusi dan mengurangi adhesi antara pelindung dan permukaan baja. Proses karburasi plasma bersuhu rendah menghasilkan lapisan modifikasi berkualitas tinggi serta mempunyai ketahanan aus dan korosi.[23]
2. METODE
Langkah-langkah yang dilakukan dalam preparasi sampel baja yaitu, Stainless steel 4140 no 1 & 2 dipotong dengan ukuran diameter 3,4 cm x panjang 19,1 cm. Baja yang telah dipotong kemudian dibubut dan dipotong kembali dengan ukuran diameter 1,4 cm dan tebal 0,4 cm untuk dijadikan sampel.
Hasil pemolesan sampel sebanyak 30 sampel untuk proses plasma karburasi. Tahapan pemolesan menggunakan amplas dengan ukuran Amplas 120 sampai dengan amplas 5000 sedang untuk finishing proses menggunakan kain bludru.
5
Selanjutnya sampel sebelum di treatment dengan teknik plasma karburasi dicuci dengan menggunakan alat ultrasonic cleaner dengan tahapan sebagai berikut, dicuci dengan diterjen selama 30 menit digetarkan ultrasonic cleaner, dibilas dengan air bersih digetarkan ultrasonic cleaner, dibilas dengan cairan alkohol selama 15 menit.
Prosedur penelitian dapat dilihat pada diagram alir seperti gambar 2.1 berikut :
Gambar 3.1 Skema Diagram Alir Penelitian
Pembentukan lapisan tipis pada permukaan sampel yaitu dengan metode karburasi plasma, secara garis besar dapat diuraikan pertama-tama memasukan substrat yang sudah dicuci menggunakan alkohol ke dalam tabung reaktor dan diletakkan di katoda kemudian tutup head reaktor. Setelah itu pasang kembali tegangan tinggi pada head reaktor, lalu katup pembocor di close dan katup buang dalam posisi open. Setelah reaktor plasma dalam keadaan tertutup rapat, maka
Mulai
Preparasi sample Substrat Baja AISI 4140
Proses karburasi plasma
Variasi Tekanan 1,2 ; 1,4; 1,6 ; 1,8 ; dan 2,0 mBar pada Suhu 450˚C dan Waktu 3 jam
Pengujian :
Kekerasan Vikers dan Struktur Mikro (SEM)
Analisis Kekerasan Vikers Substrat Baja AISI 4140
tanpa karburasi plasma
Substrat Baja AISI 4140 yang akan dikarburasi
plasma Pengujian Kekerasan
Vikers
Selesai
6
saklar utama, saklar instrumen dan saklar vakum dihidupkan. Kemudian tabung reaktor di vakumkan menggunakan pompa rotary hingga mencapai tekanan ± 2,5 x 10-1 mbar untuk membersihkan gas-gas yang tersisa di dalam tabung, lalu mengalirkan gas karbon kedalam tabung reaktor dan menghidupkan saklar catu daya.
Selanjutnya mengatur tegangan hingga memenuhi nilai parameter yang diinginkan dengan variasi tekanan yang dipakai 1,2; 1,4 ; 1,6 ; 1,8 ; dan 2,0 mBar dengan suhu tetap 450 OC dan waktu tetap 3 jam. Langkah berikutnya adalah uji kekerasan tes kekerasan Vickers yang dikembangkan di Inggris pada tahun 1921 sebagai alternatif yang lebih mudah untuk pengujian Brinell. Ini menggunakan indenter standar, dan hasilnya sebagian besar kekuatan independen (meskipun ada pertimbangan khusus untuk tes microindentation dilakukan pada kekuatan kurang dari 200 g). indentasi. [24]. Dilanjutkan dengan tes Struktur mikro merupakan struktur yang dapat diamati dibawah mikroskop optik. Meskipun dapat pula diartikan sebagai hasil dari pengamatan menggunakan scanning electron microscope (SEM). Scanning electron microscopy (SEM) telah banyak digunakan untuk objek pencitraan dengan berbagai dimensi mulai dari milimeter hingga nanometer. Dibandingkan dengan mikroskopi umum lainnya, SEM menawarkan kombinasi karakteristik pencitraan yang unik termasuk resolusi lateral yang tinggi.[25] [26].
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian dan pembahasan tentang proses pengerasan permukaan dengan karburasi plasma didapat dari pengambilan data pengujian untuk masing-masing contoh benda uji atau specimen, yang meliputi uji kekerasan, uji aus, uji korosi dan uji mikrostruktur setelah melalui proses pembentukan lapisan tipis pada permukaan specimen baja AISI 4041 dengan variasi tekanan.
Pengujian Kekerasan Vickers
Pada uji mikro Vickers menggunakan 5 titik sampel, beban indentasi sebesar 10 gf, jarak 150 µm dan waktu pembebanan 5 detik. Pengukuran ini dimulai dari sisi terluar dengan jarak 10 mm kemudian jarak antara titik 2 dengan titik-titik berikutnya masing-masing 0,15 mm.
7
Grafik 3.1. Hubungan nilai kekerasan terhdap perubahan tekanan
Pada Gambar 3.1 dapat dilihat bahwa pada tekanan1,4 mBar,suhu450 oC waktu 3 jam, kekerasan baja AISI 4140 meningkat dari 133,92 VHN menjadi 237,6 VHN tetapi kekerasannya cenderung menurun pada tekanan 1,6 mBar dan menurun lagi pada tekanan 1,8 mBar dari 203,02 VHN menjadi 170,36 VHN.. Kemudian terjadi peningkatan kekerasan lagi pada tekanan 2,0 mBar dari 170,36 VHN menjadi 177,56 VHN. Dari hasil kekerasan yang diperoleh setelah mengalami tekanan yang bervariasi dari 1,2 mBar samapai tekanan 2,0 mBar, kekerasan yang terbesar atau optimum diperoleh pada tekanan 1,4 mBar.Menurut Suprapto, dkk, hal ini disebabkan laju deposisi terlalu besar tetapi laju difusi dan kelarutan secara interstisi atom karbon pada baja AISI 4140 tidak dapat mengikuti laju deposisi maka akan terjadi penumpukan atom karbon pada permukaan karena laju deposisi lebih besar dari laju difusi dan kelarutan secara interstisi. Dengan demikian kekerasan permukaan tidak naik melainkan menurun sebagai akibat menumpuknya atom karbon pada permukaan.[27]
Uji SEM-EDX
Untuk dapat mengetahui mekanisme perubahan nilai kekerasan yang terjadi pada baja AIS 4140 setelah mengalami proses karburasi seperti pada grafik 3.1, maka dilakukan pengujian struktur mikro menggunakan uji SEM. Pengujian struktur mikro ini bertujuan terutama untuk mengetahui kedalaman difusi karbon yang dideposisikan dan perubahan struktur akibat terbentuknya karbida hasil
133,92 237,6 203,02 170,36 177,56 0 50 100 150 200 250 1,2 1,4 1,6 1,8 2 K e ke ra sa n ( V H N) Tekanan (Mbar)
8
reaksi karbon dengan logam induk (substrat baja). Struktur mikro setelah dikarburasi diamati pada penampang melintangnya. Untuk pengamatan struktur mikro penampang melintangnya dilakukan 2 pengamatan, yaitu pengamatan pertama untuk mengamati penampang melintang bahan setelah dikarburasi pada tekanan 1,2 mBar dan pengamatan yang kedua untuk mengamati penampang melintang bahan setelah dikarburasi pada tekanan 2,0 mBar. Hasil pengujian mikrograf SEM dari tampang-lintang substrat baja AISI 4140 setelah dikarburasi ion pada tekanan 1,2 mBar dan 2,0 mBar dengan pada suhu 450 oC dan waktu karburasi 3 jam.
Gambar 3.2. SEM dari tampang-lintang substrat baja AISI 4140 setelah dikarburasi plasma dengan tekanan 1,2 mBar.
Gambar 3.3. SEM dari tampang-lintang substrat baja AISI 4140 setelah dikarburasi plasma dengan tekanan 2,0 mBar pada suhu 450 oC waktu karburasi 3 jam
Substrat Baja AISI 4140 Lapisan karbon
9
Berdasarkan hasil gambar SEM untuk sampel baja AISI 4140 yang telah mengalami proses karburasi pada tekanan 1,2 mBar dan 2,0 mBar, maka dapat dilihat bahwa lapisan tipis terbentuk pada substrat baja AISI 4140. Pada lapisan dengan tekanan 1,2 mBar lapisan karbida tidak terlihat dengan jelas, sedangkan pada tekanan 2,0 mBar lapisan karbida dapat terlihat dengan jelas. Mekanisme pembentukan lapisan tipis ini terjadai karena atom-atom besi yang terpercik keluar dari permukaan substrat akibat tumbukan ion-ion karbon bereaksi dalam fase gas untuk membentuk FeC yang tidak stabil, selanjutnya terkondensasi pada permukaan substrat, melepaskan karbon dan membentuk karbida besi yang lebih stabil. Dalam Proses pendifusian ini memanfaatkan energi listrik dan energi termal (panas). Energi listrik digunakan untuk mengubah atom-atom karbon yang berasal dari gas benzene (C6H6) menjadi plasma, dan sekaligus digunakan untuk mendifusikan atom atom karbon tersebut ke dalam permukaan material. Energi termal yang juga dapat berasal dari energi listrik akan mempercepat proses difusi atom karbon. Dengan masuknya atom-atom karbon ke permukaan material (baja AISI 4140) maka akan terbentuk larutan padat. Karena atom-atom karbon yang larut mempunyai ukuran atom yang jauh lebih kecil dari pada ukuran atom besi, maka atom-atom karbon akan masuk ke permukaan baja dan mengisi ruang-ruang kosong di antara atom-atom besi secara interstisi, sehingga akan terbentuk larutan padat interstisi karbon dalam besi/baja.
Gambar 3.4. SEM-EDX Spot 1 substrat baja AISI 4140 hasil karburasi plasma untuk variasi tekanan 1,2 mbar
10
Gambar 3.5 Mikrograf SEM-EDS pada bagian permukaan substrat tekanan 1,2 mBar
Tabel 3.1. Unsur komposisi kimia Mikrograf SEM-EDS tekanan 1,2 mbar pada bagian permukaan substrat
Element Weight % Atomic % Net Int. Error % Kratio Z R A F
C K 25.44 44.77 719.63 8.99 0.0931 1.1501 0.9236 0.3182 1.0000 O K 27.52 36.37 1366.57 8.07 0.1153 1.0981 0.9467 0.3815 1.0000 AlK 0.96 0.75 69.75 12.75 0.0057 0.9729 0.9900 0.6074 1.0049 SiK 0.86 0.64 70.63 11.75 0.0062 0.9936 0.9971 0.7211 1.0076 ClK 1.60 0.95 111.65 9.89 0.0140 0.9240 1.0159 0.9207 1.0284 FeK 43.63 16.52 713.95 3.75 0.3752 0.8270 1.0470 1.0077 1.0319
Gambar 3.6 SEM-EDS Spot 5 substrat baja AISI 4140 hasil karburasi plasma tekanan 1,2 mBar
P = 1,2 mbar T = 450˚ t = 3 jam
11
Gambar 3.7. Unsur komposisi kimia Mikrograf SEM-EDS tekanan 1,2 mbar, pada substrat
Tabel 3.2. Tabel unsur komposisi kimia Mikrograf SEM-EDS tekanan 1,2 mbar, pada substrat
Element Weight % Atomic % Net Int. Error % Kratio Z R A F
C K 4.68 18.53 110.95 11.66 0.0153 1.3331 0.8457 0.2446 1.0000
SiK 0.30 0.51 22.37 33.14 0.0021 1.1609 0.9290 0.5921 1.0078
FeK 95.02 80.96 1710.17 3.03 0.9551 0.9803 1.0053 1.0008 1.0245
Gambar 3.8. SEM-EDS tekanan 2,0 mbar pada bagian permukaan substrat P = 1,2 mbar T = 450˚ t = 3 jam
12
Gambar 3.9.. Mikrograf SEM-EDS tekanan 2,0 mbar pada bagian permukaan substrat
Tabel 3.3 Unsur komposisi kimia Mikrograf SEM-EDX tekanan 2,0 mbar pada bagian permukaan substrat
Element Weight % Atomic % Net Int. Error % Kratio Z R A F
C K 18.59 45.11 369.30 9.29 0.0697 1.2354 0.8839 0.3036 1.0000 O K 9.21 16.77 382.93 8.11 0.0475 1.1816 0.9085 0.4362 1.0000 SiK 0.83 0.87 46.66 13.75 0.0061 1.0728 0.9637 0.6772 1.0077 ClK 0.05 0.04 2.52 63.72 0.0005 0.9990 0.9852 0.8946 1.0319 FeK 71.31 37.21 835.54 3.36 0.6611 0.8994 1.0274 1.0040 1.0265 P = 2,0 mbar T = 450˚ T = 3 Jam t = 3 jam
13
Gambar 3.10. SEM-EDS tekanan 2,0 mbar, diambil pada bagian substrat
Gambar 3.11.. Mikrograf SEM-EDS tekanan 2,0 mbar diambil pada bagian substrat
Tabel 3.4. Tabel unsur komposisi kimia Mikrograf SEM- tekanan 2,0 mbar, pada temperatur 450 oC dan waktu karburasi3 jam, pada bagian substrat
Element Weight % Atomic % Net Int. Error % Kratio Z R A F
C K 6.47 24.33 116.81 10.91 0.0225 1.3250 0.8486 0.2625 1.0000 FeK 93.53 75.67 1157.90 3.06 0.9341 0.9738 1.0071 1.0011 1.0245 P = 2,0 mbar T = 450˚ T = 3 Jam t = 3 jam
14
Berdasarkan tabel 3.4. dapat diketahui bahwa uji EDS diambil pada bagian permukaan substrat sehingga menghasilkan komposisi unsur besi Fe dengan campuran C, O, Al, Si dan Cl., prosentse karbon lebih besar jika dibandingkan dengan substrat bagian dalam dan bagian permukaan kekerasannya naik dari 121,3 HVN menjadi 237,6 HVN.[18]
4. PENUTUP
Dari analisis sifat kekerasan baja AISI 4140 hasil karburasi plasma dengan variasi tekanan dan temperatur serta waktu yang tetap, dapat disimpulkan :
- Dari hasil kekerasan yang diperoleh setelah mengalami tekanan yang bervariasi dari 1,2 mbar samapai tekanan 2,0 mbar, kekerasan yang terbesar atau optimum diperoleh pada tekanan 1,4 mbar. Hal ini disebabkan laju deposisi terlalu besar tetapi laju difusi dan kelarutan secara interstisi atom karbon pada baja AISI 4140 tidak dapat mengikuti laju deposisi maka akan terjadi penumpukan atom karbon pada permukaan karena laju deposisi lebih besar dari laju difusi dan kelarutan secara interstisi. Dengan demikian kekerasan permukaan tidak naik melainkan menurun sebagai akibat menumpuknya atom karbon pada permukaan.[27]
- Berdasarkan hasil gambar SEM untuk sampel baja AISI 4140 yang telah mengalami proses karburasi pada tekanan 1,2 mbar dan 2,0 mbar, maka dapat dilihat bahwa lapisan tipis terbentuk pada substrat baja AISI 4140. Pada lapisan dengan tekanan 1,2 mbar lapisan karbida tidak terlihat dengan jelas, sedangkan pada tekanan 2,0 mbar lapisan karbida dapat terlihat dengan jelas. Mekanisme pembentukan lapisan tipis ini terjadi karena atom-atom besi yang terpercik keluar dari permukaan substrat akibat tumbukan ion-ion karbon bereaksi dalam fase gas untuk membentuk FeC yang tidak stabil, selanjutnya terkondensasi pada permukaan substrat, melepaskan karbon dan membentuk karbida besi yang lebih stabil.. Sedangkan dari pengujian EDX menghasilkan unsur besi (Fe), dengan campuran karbon (C) dengan unsur- unsur lainnya seperti campuran Oksigen (O), Silikon (Si), dan Klorida (Cl)
15 DAFTAR PUSTAKA
[1] S. Lampman, “Introduction to surface hardening of steels,” ASM Handbook, Vol. 4, Heat Treat., vol. 4, pp. 259–267, 1991.
[2] H. Kovacı, A. F. Yetim, O. Baran, and A. Çelik, “Fatigue crack growth analysis of plasma nitrided AISI 4140 low-alloy steel: Part 1-constant amplitude loading,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 672, pp. 257–264, 2016. [3] N. Y. Pehlivanturk and O. T. Inal, “Ion/Plasma Carburizing; Theory and
Practice,” Adv. Mater. Manuf. Process., vol. 3, no. 4, pp. 551–573, 1988. [4] Y. Irwan, “Meningkatkan kekerasan permukaan sparepart lokal kendaraan
bermotor dengan cara Karburasi Cair Karburasi.”
[5] H. Setiadi, P. Studi, M. Teknik, S. Pascasarjana, and U. M. Surakarta, “ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK LAPISAN NiCr-Al YANG DIBENTUK DENGAN METODE SPUTTERING PADA BAJA ST 40,” 2018.
[6] A. Nickel and C. Moly, “High Tensile Steel – Aisi 4340,” pp. 1–2, 2012. [7] F. M. achyarsyah. E. hidayat Widiyawati, “ANALISIS SIFAT MEKANIK
PADA MATERIAL AISI 4140 dan CREUSABRO 8000 UNTUK APLIKASI GIGI BUCKET PRODUKSI PT. POLMAN SWADAYA,”
Tugas Akhir, vol. 01, no. 1, 2014.
[8] F. Bottoli, M. S. Jellesen, T. L. Christiansen, G. Winther, and M. A. J. Somers, “High temperature solution-nitriding and low-temperature nitriding of AISI 316: Effect on pitting potential and crevice corrosion performance,” Appl. Surf. Sci., vol. 431, pp. 24–31, 2018.
[9] Ahmad, and A. Shan, “Effect of heavy warm rolling on microstructures and mechanical properties of AISI 4140 steel,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 704, pp. 469–479, 2017.
[10] Suprapto, Sudjatmoko, and T. Sujitno, “Pengaruh nitridasi plasma terhadap kekerasan aisi 304 dan baja karbon rendah,” J. Iptek Nukl. Ganendra Vol. 13 No. 2 Juli 2010 93-100, vol. 13, no. 2, pp. 93–100, 2010.
[11] D. Tarwijayanto, W. Purwo Raharjo, and T. Triyono, “Pengaruh Arus dan Waktu Pelapisan Hard Chrome Terhadap Ketebalan Lapisan dan Tingkat Kekerasan Mikro Pada Plat Baja Karbon Rendah AISI 1026 dengan Menggunakan CrO3 250gr/lt dan H2SO4 2,5 gr/lt pada Proses Elektroplating,” Mekanika, vol. 11, no. Dc, pp. 109–115, 2013.
[12] B. A. Pribadi, S. Uprapto, and D. W. I. Priyantoro, “Pengerasan Permukaan Baja St 40 Dengan Metode Carburizing Plasma Lucutan Pijar,” pp. 25–26, 2008.
16
[13] R. M. Souza, M. Ignat, C. E. Pinedo, and A. P. Tschiptschin, “Structure and properties of low temperature plasma carburized austenitic stainless steels,”
Surf. Coatings Technol., vol. 204, no. 6–7, pp. 1102–1105, 2009.
[14] S. Semboshi, A. Iwase, and T. Takasugi, “Surface hardening of age-hardenable Cu-Ti alloy by plasma carburization,” Surf. Coatings Technol., vol. 283, pp. 262–267, 2015.
[15] C. J. Scheuer, R. P. Cardoso, F. I. Zanetti, T. Amaral, and S. F. Brunatto, “Low-temperature plasma carburizing of AISI 420 martensitic stainless steel: Influence of gas mixture and gas flow rate,” Surf. Coatings Technol., vol. 206, no. 24, pp. 5085–5090, 2012.
[16] Y. Yang, M. F. Yan, S. D. Zhang, J. H. Guo, S. S. Jiang, and D. Y. Li, “Diffusion behavior of carbon and its hardening effect on plasma carburized M50NiL steel: Influences of treatment temperature and duration,” Surf. Coatings Technol., vol. 333, no. October 2017, pp. 96–103, 2018.
[17] J. . Baek, Y. . Cho, D. . Kim, and K. . Lee, “Plasma carburizing process for the low distortion of automobile gears,” Surf. Coatings Technol., vol. 131, no. 1–3, pp. 568–573, 2000.
[18] B. Suh and W. Lee, “Surface hardening of AISI 316L stainless steel using plasma carburizing \ IJ,” vol. 295, pp. 185–192, 1997.
[19] C. J. Scheuer, R. P. Cardoso, M. Mafra, and S. F. Brunatto, “AISI 420 martensitic stainless steel low-temperature plasma assisted carburizing kinetics,” Surf. Coatings Technol., vol. 214, pp. 30–37, 2013.
[20] S. Li and R. R. Manory, “Effect of gas inlet positions on plasma carburizing of AISI 1020 steel,” Surf. Coatings Technol., vol. 71, no. 2, pp. 108–111, 1995.
[21] N. Muhammad, Fisika Plasma dan Aplikasi. 2011.
[22] M. H. Jacobs, T. J. Law, and F. Ribet, “Plasma Carburiiing : Theory ; Industrial Benefits and Practices,” Surf. Eng., vol. 1, no. 2, 1985.
[23] Y. Sun, “Response of cast austenitic stainless steel to low temperature plasma carburizing,” Mater. Des., vol. 30, no. 4, pp. 1377–1380, 2009. [24] “Hardness Testing,” no. May, p. 2013, 2013.
[25] J. Goldstein et al., Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis, Third edit., vol. 53, no. 9. 2013.
17
[26] A. Argast and C. F. Tennis, “A Web Resource for the Study of Alkali Feldspars and Perthitic Textures Using Light Microscopy , Scanning Electron Microscopy and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy,” J. Geosci. Educ., vol. 52, no. 3, pp. 213–217, 2004.
[27] Suprapto and T. Sujitno, “Pengerasan permukaan baja st 42 dengan teknik nitridasi ion,” Pros. PPI - PDIPTN 2005 Puslitbang Teknol. Maju - BATAN Yogyakarta, 12 Juli 2005, pp. 51–63, 2005.
