BAB III
PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA PENELITIAN
3.1 Peralatan yang Digunakan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian dan pengujian ini antara lain:
1. Tabung Nitridasi
Tabung nitridasi merupakan suatu alat yang digunakan untuk memanaskan
spesimen uji ST 40 dalam larutan pereaksi kalium nitrat. Tabung nitridasi
ini terbuat dari bahan baja berbentuk slinder dengan diameter 23,3 cm dan
tinggi 35,0 cm. Dalam penggunaannya alat ini bekerja menggunakan sistem
pemanas elektrik yang dipasang pada sisi tabung nitridasi.
Gambar 3.1 Tabung nitridasi
2. Alat Pemanas Band Heater
Band heater merupakan suatu alat pemanas elektrik (heater) berbentuk
slinder yang di desain secara khusus untuk digunakan pada temperatur
(maksimum 500 °C) yang terbuat dari material stainless steel. Pada
pengujian ini band heater yang digunakan menggunakan spesifikasi sebagai
berikut:
a. Diameter : 23,3 cm
b. Tinggi : 10 cm
c. Model : Slinder
e. Daya listrik : 2000 W
f. Voltase : 220 volt
Gambar 3.2 Band heater
3. Thermostat
Thermostat merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengatur dan
mempercepat tercapainya temperatur kerja dan mempertahankan terperatur
kerja tersebut. Prinsip kerja dari thermostat ini adalah dengan menekan
saklar sesuai dengan temperatur yang diinginkan dimana thermostat akan
bekerja secara otomatis untuk menyambung dan memutuskan aliran listrik
pada saat mencapai temperatur kerja. Pengaturan thermostat pada pengujian
ini akan di atur pada temperatur 400°C, 450°C, dan 500°C . Pada penelitian
ini akan menggunakan thermosat digital merk Autonics Sensors &
Controller TZN4S Series yang mampu mengatur temperatur pemanasan
hingga mencapai 1300°C. Thermostat ini dilengkapi dengan thermocouple
tipe K 2M yang mampu beroperasi pada temperatur -100°C hingga 1300°C.
(a) (b)
4. Kontaktor
Kontaktor adalah jenis saklar yang bekerja secara magnetic. Alat ini
berfungsi untuk menyambung dan memutuskan aliran arus listrik yang
masuk ke alat pemanas (heater).
Gambar 3.4 Kontaktor
5. Mesin Amplas
Mesin amplas digunakan untuk proses grinding spesimen agar mendapatkan
permukaan spesimen yang rata dan halus untuk pengujian struktur mikro.
Gambar 3.5 Mesin amplas
6. Alat Uji Kekerasan Rockwell
Alat uji kekerasan Rockwell digunakan untuk mengetahui nilai kekerasan
pada spesimen uji. Dalam penelitian ini spesimen uji akan diuji
kekerasannya di tiga titik pengujian secara vertikal dengan jarak pengujian
dari sisi tepi permukaan spesimen uji 0,3 cm, 0,6 cm dan, 0,9 cm dengan
(a) (b)
Gambar 3.6 (a) Alat uji kekerasan Rockwell, (b) Bentuk identor Rockwell
7. Mikroskop Optik
Microscop Optik digunakan untuk mengamati perubahan struktur mikro dari
spesimen uji. Kemudian mengambil foto dari struktur mikro tersebut dengan
menggunakan kamera digital dengan perbesaran yang ditentukan.
Gambar 3.7 Mikroskop optik
8. Alat Bantu Lainnya
a. Amplas ukuran grid 200, 400, 600, 800, 1200, dan 2000
b. Kain beludru
c. Vernier caliper
3.2 Spesimen Uji dan Bahan Pereaksi
Pada penelitian ini spesimen uji dan bahan pereaksi yang digunakan adalah
1. Spesimen Uji : Baja ST 40
Baja ST 40 merupakan baja karbon rendah yang memiliki kandungan unsur
karbon di dalam baja sebesar 0,16% C. Kata ST berasal dari bahasa Jerman
“Sthal” yang artinya baja. Baja ST 40 terbentuk atas beberapa paduan unsur
kimia seperti yang ditampilkan pada tabel 3.1 yakni sebagai berikut:
Tabel 3.1 Komposisi Kimia Baja ST 40 [18]
Unsur Simbol Komposisi Kimia (%)
Besi Fe 99,092
Karbon C 0,160
Mangan Mn 0,385
Silikon Si 0,221
Fosfor P 0,028
Kobal Co 0,077
Cuprum Cu 0,036
Wolfram W 0,001
Gambar 3.8 Baja karbon rendah ST 40
Bila dikonversikan kedalam standard ASTM baja ST 40 disebut dengan istilah
AISI 420 hal ini dilihat berdasarkan jumlah persentase komposisi kimia yang
terdapat dalam baja ST 40 dengan data fisik sebagai berikut:
Densitas : 7,7-8,1 kg/dm3
Kekuatan tarik : 520 N/mm2 min
Kekuatan luluh : 225 N/mm2 min
Pemanjangan : 18 % min
Nilai kekerasan HV : 234 max
2. Bahan Pereaksi : Kalium Nitrat
Kalium nitrat merupakan sumber alami penghasil mineral nitrogen dengan
rumus kimia (KNO3). Kalium nitrat berbentuk butiran putih yang teroksidasi
dengan senyawa oksigen. Kalium nitrat ini memiliki data fisik sebagai berikut:
Rumus molekul : KNO3
Massa molar : 101,103 g/mol
Densitas : 2,109 g/ cm3 (16 °C)
Titik lebur : 334 °C
Dekomposisi temperatur : 400 °C
Kelarutan dalam air : 13,3 g/ 100 mL (0 °C)
36 g/ 100 mL (25 °C)
247 g/ 100 mL (100 °C)
Gambar 3.9 Kalium nitrat
3.3 Proses Nitridasi
Proses nitridasi dilakukan dengan cara memasukkan spesimen baja karbon
rendah ST 40 kedalam senyawa kalium nitrat yang telah dipanaskan pada
temperatur yang telah ditentukan (400°C, 450°C, 500°C) dengan waktu penahanan
Langkah-langkah proses nitridasi
1. Spesimen uji di preparasi terlebih dahulu
a. Pemotongan spesimen (sectioning) : pemotongan spesimen dilakukan
untuk mendapatkan dimensi spesimen uji sesuai dengan ukuran yang
diinginkan, dalam hal ini spesimen memiliki diameter 1,9 cm dengan
b. Pengamplasan spesimen (grinding) : pengamplasan dilakukan untuk
mendapatkan permukaan spesimen yang halus dan rata hal ini bertujuan
untuk mempermudah pada saat dilakukannya proses pengujian struktur
mikro. Pengamplasan dilakukan dengan menggunakan kertas amplas
ukuran grid 200, 400, 600, 800, 1200, dan 2000.
2. Senyawa kalium nitrat dimasukkan kedalam tabung nitridasi dan dipanaskan
hingga mencapai temperatur yang telah ditentukan (400 °C, 450 °C, 500 °C)
dengan menggunakan alat pemanas elektrik (heater).
3. Setelah pemanasan kalium nitrat mencapai temperatur yang diinginkan,
spesimen uji dimasukkan kedalam larutan kalium nitrat dengan waktu
penahanan spesimen selama 8 jam.
4. Setelah spesimen didiamkan selama waktu penahanan yang telah ditentukan,
spesimen uji lalu diangkat dan didinginkan menggunakan media pendingin
udara.
5. Pemolesan spesimen (polishing) : proses polishing bertujuan untuk
dilakukan dengan menggunakan kain beludru halus yang diolesi polisher autosol
untuk mengkilapkan permukaan spesimen uji.
6. Kemudian proses selanjutnya, spesimen uji di etsa menggunakan larutan asam
klorida (HCL) pada temperatur ruang 27 °C dengan waktu penahanan dalam
larutan HCL selama 1 jam , hal ini bertujuan untuk mengkorosikan permukaan
spesimen dan memberikan efek warna agar struktur mikro dapat terlihat jelas
dengan menggunakan alat microscop optik.
3.4 Pengujian Spesimen
3.4.1 Pengujian Kekerasan Metode Rockwell
Pengujian kekerasan Rockwell dilakukan di Laboratorium Metalurgi
Fisik Jurusan Teknik Mesin, Universitas Diponegoro Semarang. Dalam
penelitian ini, pengujian kekerasan dilakukan di tiga titik pengujian yang
dipilih secara vertikal dari sisi tepi permukaan spesimen. Alat uji kekerasan
Rockwell ini menggunakan penekan/identor berbentuk intan kerucut dengan
sudut 120°C, dengan pembebanan yang digunakan dalam pengujian sebesar
60 kg. Dari hasil pengujian data kekerasan Rockwell, diperoleh hasil
pengujian kedalam bentuk bentuk HRA.
Langakah- langkah pengujian kekerasan Rockwell
1. Spesimen uji yang telah dinitridasi dibersihkan dengan menggunakan kain
beludru dan dietsa dengan HCL untuk menghilangkan kerak yang
terbentuk akibat pendekomposisian unsur oksigen pada permukaan
spesimen, hal ini dilakukan untuk menghindari reaksi kerak yang bersifat
rapuh pada permukaan spesimen dengan identor alat uji kekerasan untuk
memperoleh hasil yang terbaik selama proses pengujian kekerasan.
2. Mengkalibrasi alat uji kekerasan Rockwell untuk mendapatkan nilai
kekerasan yang optimal.
3. Spesimen uji diletakkan pada dudukan atau landasan yang sesuai yang
terdapat pada alat uji kekerasan Rockwell.
4. Meletakkan penekan (Identor) diatas permukaan spesimen uji.
6. Menunggu saat pembebanan selama ± 30 detik.
7. Mengangkat pembebanan identor dari permukaan spesimen uji.
8. Melihat uji kekerasan yang ditampilkan pada layar monitor.
9. Mengulangi pengujian seperti langkah- langkah diatas sebanyak 3 kali di
tempat yang berbeda- beda pada permukaan spesimen dengan jarak titik
pengujian dari sisi tepi permukaan, untuk titik uji C = 0,3 cm, titik uji B =
0,6 cm, dan titik uji A = 0,9 cm.
HVN untuk mengetahui angka kekerasan Rockwell jika dianalisa dengan
menggunakan hardness Vickers.
3.4.2 Pengujian Mikrogafi
Pengujian struktur mikro dilakukan di Laboratorium Metalurgi Fisik
Universitas Diponegoro, Semarang dan Laboratorium Penelitian dan
Pengujian Terpadu Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta dengan
menggunakan alat Mikroskop OLYMPUS BX41M. Pengujian struktur mikro
dilakukan setelah spesimen uji mengalami proses polishing dan etching,
hingga spesimen uji tampak mengkilap serta tidak ada goresan pada
![Tabel 3.1 Komposisi Kimia Baja ST 40 [18]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/2216864.1226853/5.595.145.509.300.525/tabel-komposisi-kimia-baja-st.webp)
