TUGAS AKHIR
ANALISIS SIFAT FISIS DAN MEKANIS RODA GIGI
REDUCER SEBELUM DAN SESUDAH DI
CARBURIZING
NASKAH PUBLIKASI
Penguji :
Ir. Bibit Sugito, MT
M. Alfatih Hendrawan, ST, MT
Wijianto, ST, MEngSc
Disusun Oleh:
WAWAN ENDRO PRASETYO NIM : D 200 05 0133
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
ANALISIS SIFAT FISIS DAN MEKANIS RODA GIGI
REDUZER SEBELUM DAN SESUDAH DI
CARBURIZING
Wawan Endro Prasetyo , Bibit Sugito, Muh. Alfatih Hehdrawan
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Telp. (0271) 715448 e-mail : whaone_sinyo@yahoo.co.id
ABSTRAKSI
Untuk meningkatkan kekerasan pada roda gigi reducer ini dilakukan proses carburizing. Tujuan dari penelitian ini adalah, mengetahui kandungan komposisi kimia, membandingkan sruktur mikro, membandingkan kekerasan, dan mengetahui difusi karbon pada roda gigi cacing silindris dan batang cacing merk TKB, CEA,CCM sebelum dan sesudah dicarburizing.
Pada penelitian ini spesimen dicarburizing dengan menggunakan pack carburizing (karburasi padat) yaitu wadah diisi dengan arang kayu yang sudah dicampur dengan barium carbonat yang mana spesimen diletakkan ditengah, wadah ditutup rapat dengan memberikan tanah liat diatas tutupnya supaya tidak ada udara yang masuk kemudian baru dipanaskan dengan suhu 950 ºC, dengan variasi waktu 1 jam, 2 jam dan 3 jam yang kemudian didinginkan dengan cara yang lambat. Setelah proses carburizing selesai lalu spesimen diuji sruktur mikro, kekerasan, dan difusi karbon.
Hasil analisis dari pengujuian komposisi kimia pada batang cacing untuk semua merk menujukkan unsur paduan paling dominan Mangan (Mn), dengan nilai presentase terendah yaitu merk 0.7100 sedangkan roda gigi silindris untuk semua merk menunjukkan kandungan karbon (C), dengan nilai presentasenya terendah 3.7225 . Pada pengujian struktur mikro batang cacing untuk semua merk terdiri dari fasa ferit dan perlit, sebelum dan sesudah carburizing. Kemudian stuktur mikro pada roda gigi cacing silindris terdiri dari ferrit, perlit dan grafit. Hasil pengujian kekerasan pada batang cacing dan rosa gigi cacing silindris untuk semua merk mempunyai peningkatan kekerasan setelah proses carburizing. Karena pada seluruh spesimen roda gigi cacing silindris semakin lamanya waktu penahanan semakin lunak. Pengujian difusi menunjukkan bahwa semakin tingginya suhu dan lamanya waktu penahanan, maka ketebalan difusi karbon akan semakin besar.
Latar Belakang
Baja sering digunakan pada pembuatan elemen-elemen mesin sampai sekarang, dikarenakan sifatnya yang keras, kuat dan ulet. Salah satunya roda gigi yang merupakan komponen yang sangat penting pada mesin produksi atau perkakas yang belum tergantikan sampai sekarang.
Untuk mempertahankan kwalitas supaya lebih awet atau tahan lebih lama pada roda gigi tersebut maka diperlukan permukaan yang keras dan inti yang liat, yaitu dengan proses carburizing. Dimana media carburizing dapat berupa padat, cair, ataupun gas.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah:
1. Mengetahui kandungan unsur kimia pada spesimen.
2. Mengetahui perubahan sturuktur mikro yang ada pada spesimen. 3. Membandingkan harga kekerasan pada spesimen.
4. Mengetahui difusi karbon pada spesimen sesudah dicarburizing.
Batasan Masalah
Karena penelitian ini banyak kajian yang diungkap maka agar lebih focus penelitian dibatasi permasalahannya sebagai berikut :
1. Material yang digunakan adalah roda gigi pinion pada reducer dengan merk TKB, CEA, CCM.
2. Proses perlakuan bahan dengan mengguakan carburizing dengan waktu tahan 1 jam, 2 jam dan 3 jam.
Tinjauan Pustaka
Arif Nugroho (2002) dengan judul pengaruh carburizing arang kayu jati dan arang cangkang kelapa dengan austempering pada mild steel ( baja lunak ) produk pengecoran terhadap sifat fisis dan mekanis. Dengan suhu 925 dan waktu tahan 8 jam dihasilkan peningkatan kekerasan setelah proses carburizing dimana harga kekerasan raw material yang semula 181.4 VHN menjadi 400.72 VHN untuk arang kayu jati dan 352.88 VHN untuk arang tempurung kelapa.
Deny Rianggoro (2002) dengan judul pengaruh carburizing pada mild steel (baja lunak) produk pengecoran dengan menggunukan arang kayu jati dengan waktu tahan 3 jam, 4 jam, 7 jam dengan austempering terhadap sifat fisis dan mekanis. Dihasilkan setelah mengalami proses carburizing harga rata-rata kekerasan mengalami kenaikan dan pada pengujian ketebalan difusi menunjukkan semakin lama waktu penahanan suhu carburizing (925 ºC), maka ketebalan difusi karbon semakain besar.
LANDASAN TEORI
1. Klasifikasi Baja Karbon
Baja karbon adalah paduan antara unsur besi (Fe) dan unsur karbon (C), meskipun ada unsur-unsur lain yang terkandung didalamnya antara lain Ni, Mn, Si, P, S, dan lainnya. Baja karbon dapat dikelompokkan menjdi 3 macam, yaitu :
a. Baja karbon rendah
Mempunyai kadar karbon 0.3 . b. Baja karbon sedang
Mempunyai kadar karbon antara 0.3-0.7 c. Baja karbon tinggi
Mempunyai kadar karbon 0.7
2. Pengaruh Unsur Paduan pada Baja : Karbon (C)
3. Sifat Fisis baja
Sifat fisis suatu bahan adalah keadaan logam apabila mengalami peristiwa fisika dan berkaitan dengan karakteristik material yang bersangkutan.Sifat fisis ini antara lain :
a. komposisi kimia b. struktur mikro c. titik cair / leleh
4. Sifat Mekanis baja
Sifat mekanik bahan adalah kemampuan bahan untuk menahan beban yang dikenakan pada bahan, sifat ini misalnya meliputi :
a. Keuletan/Keliatan (ductility)
dibiarkan beberapa lamanya pada suhu tersebut dan kemudian didinginkan (beumer, 1980:37). Karbonisasi dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu :
a. Karbonisasi padat b. Karbonisasi cair c. Karbonisasi gas
METODE PENELITIAN
Mulai
Studi literature dan standard pengujian
Uji Komposisi Kimia
Spesimen raw material Spesimen untuk
1. Bahan Penelitian
Bahan yang digunaka dalam penelitian ini adalah roda gigi reducer dengan tiga merk yaitu TKB, CEA, dan CCM yang diambil dari mesin reducer.
2. Alat Penelitian a. Alat bantu
Alat Pemotong
Pemotongan dilakukan dengan menggunakan dua alat potong (gergaji besi tangan dan mesin).
Amplas
Amplas berguna untuk menghaluskan permukaan amplas yang digunakan nomor ukuran 400, 800, 1000, 1200 dan 2000.
Bahan Etsa
Untuk megetsa atau mengikis secara terkendali permukaan logam sebelum dilihat dengan mikroskop, berupa HCL 2,5% untuk baja. Alat-alat lain
Auotosol, pensil, mistar, spidol, kertas dan jangka sorong. b. Alat Uji Komposisi Kimia
(Standar ASTM E 415)
c. Alat Uji Struktur Mikro (Standar ASTM E 3) d. Alat Uji Kekerasan (Standar ASTM E 92) e. Alat uji Perlakuan Panas
1. Sampel pengujian
a. Pengujian komposisi kimia
Gambar 2. Spesimen pengujian komposisi kimia pada roda gigi cacing silindris dan batang cacing merk TKB, CEA, CCM.
b. Pengujian struktur mikro dan kekerasan (raw matrial)
c. Pengujian struktur mikro dan kekerasan setelah proses carburizing
Gambar 4. Spesimen pengujian struktur mikro dan kekerasan roda gigi cacing silindris dan batang cacing merk TKB.
d. Pengujian struktur mikro dan kekerasan setelah proses carburizing.
Gambar 5. Spesimen pengujian struktur mikro dan kekerasan roda gigi cacing silindris dan batang cacing merk CEA.
e. Pengujian struktur mikro dan kekerasan setelah proses carburizing.
Gambar 6. Spesimen pengujian struktur mikro dan kekerasan roda gigi cacing silindris dan batang cacing merk CCM.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Pangujian komposoisi kimia
Tabel 1. Tabel komposisi kimia batang cacing merk TKB.
Unsur (%)
Ferro (Fe) 98.13
Mangan (Mn) 0.954
Karbon (C) 0.4293
Silikon (Si) 0.2525
Tabel 2. Tabel komposisi kimiabatang cacing merk CEA.
Tabel 3. Tabel uji komposisi kimia batang cacing merk CCM
Unsur (%)
Tabel 4. Tabel uji komposisi kimia roda gigi cacing silindris merk TKB
Unsur (%)
Tabel 5. Tabel uji komposisi kimia roda gigi cacing silindris merk CEA
Unsur (%)
Tabel 6. Tabel uji komposisi kimia roda gigi cacing silindris merk CCM
Unsur (%)
1. Hasil Pengujian Struktur Mikro
a. Data Hasil Pengujian Struktur Mikro Sebelum Proses carburizing
perlit
ferit
Gambar 7. Struktur mikro Batang cacing merk TKB
perlit ferit
Gambar 8. Struktur mikro Batang cacing merk CEA.
perlit
ferit
Gambar 9.Struktur mikro Batang cacing merk CCM.
grafit
ferit
perlit
grafit
perlit
ferit
Gambar 11. Struktur mikro Roda Gigi Cacing Silindris merk CEA.
perlit
ferit
grafit
Gambar 12. Struktur mikro Roda Gigi cacing silindris merk CCM.
b. Data hasil sruktur mikro setelah proses carburizing.
ferit
perlit
Gambar 13. Struktur mikro batang cacing merk TKB waktu carburizing 1 jam.
perlit
ferit
perlit
ferit
Gambar 15. Struktur mikro batang cacing merk TKB waktu tahan carburizing 3 jam.
perlit
ferit
Gambar 16. Struktur mikro batang cacing merk CEA waktu tahan carburizing 1 jam.
perlit
ferit
Gambar 17.Struktur mikro batang cacing merk CEA carburizing 2 jam.
perlit
ferit
Gambar 18. Struktur mikro batang cacing merk CEA carburizing 3 jam.
ferit
perlit
ferit
perlit
Gambar 20. Struktur mikro batang cacing merk CCM carburizing 2 jam.
ferit
perlit
Gambar 21.Struktur mikro batang cacing merk CCM carburizing 3 jam.
grafit
ferit
perlit
Gambar 22. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk TKB carburizing 1 jam.
perlit
grafit
ferit
Gambar 23. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk TKB carburizing 2 jam.
grafit
ferit
perlit
grafit perlit
ferit
Gambar 25. Struktur ikro roda gigi cacing silindris merk CEA carburizing 1 jam.
ferit perit
grafit
Gambar 26. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk CEA carburizing 2 jam.
grafit
ferit
perlit
Gambar 27. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk CEA carburizing 3 jam.
perlit
ferit grafit
Gambar 28. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk CCM carburizing 1 jam.
grafit
perlit
ferit
grafit
perlit ferit
Gambar 30. Struktur mikro Roda Gigi cacing silindris merk CCM carburizing 3 jam
a) Uji struktur mikro pada batang cacing untuk semua merk setelah proses
pach carburizing nampak jelas semakin lamanya waktu penahanan maka semakin sedikit fasa ferit yang terlihat bila dibandingkan dengan raw material yang dikarenakan ferit dan sementit berubah menjadi perlit pada pada proses eutectoid.
b) Uji struktur mikro pada roda gigi cacing silindris untuk semua merk, setelah proses carburizing terlihat fasa grafit terlihat lebih besar dibandingkan dengan sebelum proses carburizing yang dikarenakan banyaknya karbon yang terbentuk menjadi grafit sebelum proses eutectoid sehingga pada saat proses eutectoid perlit yang terbentuk sedkit.
2. Hasil Pengujian Kekerasan Vikers
a) Data hasil kekerasan sebelum proses carburizing
- Harga kekerasan batang cacing TKB: 226 VHN; CEA: 275 VHN; CCM: 196 VHN.
b) Data hasil kekerasan setelah proses carburizing.
Gambar 31. Histogram perbandingan kekerasan batang cacing merk TKB setelah proses carburizing.
Gambar 32. Histogram perbandingan kekerasan batang cacing merk CEA setelah proses carburizing. Histogram kekerasan batang cacing
merk TKB Hisrogram kekerasan batang cacing
merk CEA
Gambar 33. Histogram perbandingan kekerasan batang cacing merk CCM setelah proses carburizing.
Gambar 34.Histogram perbandingan kekerasan roda gigi cacing silindris merk TKB setelah proses carburizing.
Gambar 35.Histogram perbandingan kekerasan roda gigi cacing silindris merk CEA setelah proses carburizing.
133
Histogram kekerasan roda gigi cacing silindris merk TKB Histogram kekerasan rada gigi cacing
Gambar 36. Histogram perbandingan kekerasan roda gigi cacing silindris merk CCM setelah proses carburizing.
Dengan memperhatikan hasil histogram kekerasan di atas untuk semua spesimen yang telah mengalami proses carburizing menunjukkan kenaikan kekerasan dengan waktu tahan 1 jam, 2 jam dan 3 jam, bila dibandingkan dengan raw material. Akan tetapi pada seluruh spesimen roda gigi cacing silindris menunjukkan penurunan kekerasan yang dikarenakan oleh banyaknya karbon keluar yang membentuk struktur grafit, dimana struktur tersebut memiliki sifat yang lunak dan dapat kita lihat pada gambar 22 sampai 30 yang menunjukkan bahwa struktur grafit terlihat lebih besar bila kita bandingkan dengan raw material.
Pengujian difusi karbon.
Gambar 4.51. Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada batang cacing merk TKB.
120 Histogram kekerasan roda gigi silindris
Gambar 4.53. Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada batang cacing merk CEA.
Gambar 4.55. Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada batang cacing merk CCM.
Gambar 4.52. Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada roda gigi cacing silindris merk TKB.
Gambar 4.54. Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada roda gigi cacing silindris merk CEA.
Gambar 4.56. Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada roda gigi cacing silindris CCM.
Pada histogram diatas dapat dilihat bahwa hasil uji ketebalan difusi karbon masuk pada semua spesimen menunjukkan bahwa semakin lama penahanan dan tinggginya suhu karburasi (950ºC), maka ketebalan difusi karbon akan semakin besar.
KESIMPULAN
Dengan melihat dari hasil data diatas, maka dapat di simpulkan sebagai berikut:
1. Dari uji komposisi kimia
Pada batang cacing untuk semua merk didapatkan unsur paduan paling dominan mangan (Mn), dengan nilai terendah 0.7100%, untuk roda gigi cacing silindris untuk semua merk didapatkan unsur paduan paling dominan adalah karbon (C), dengan nilai terendah 3.7225%.
2. Dari uji struktur mikro
silindris untuk semua merk di temukan fasa grafit, ferit, dan perlit sebelum dan sesudah proses carburizing.
3. Dari uji kekerasan
Batang cacing dan Roda gigi cacing silindris untuk semua merk mempunyai peningkatan kekerasan setelah proses carburizing. Karena pada seluruh spesimen roda gigi cacing silindris semakin lamanya waktu penahanan nampak semakin lunak.
4. Dari uji difusi karbonat (BaCO3) harus benar- benar merata serta termpertur harus dijaga konstan agar hsil dapat maksimal.
2. Supay tidak terjadi proses oksidasi yang berlebihan dengan udara luar, maka kotat untuk proses carburizing harus tertutup dengan rapat (kedap udara).
3. Selain carburizing jenis padat, untuk penelitian ke depan perlu dilakukan pengembangan proses carburizing cair atau gas sehingga dapat diketahui keuntungan dan kerugian ditinjau dari segi ekonomi, efisiensi kerja maupun kualitas produk yang dihasilkan.
4. Untuk pengembangan jangka panjang penting dilakukannya uji keausan karena karburasi biasadigunakan pada aplikasi roda gigi beban berat, noken as dan bagian mesin lainnya yang menderita beban keausan.
5. Persiapkan spesimen yang akan diuji terlebih dahulu agar tidak membuangn banyak waktu saat pengujian sehingga dapat langsung dilakukan pengujian.
PERSANTUNAN
Dalam berjalan proses mengerjakan tugas akhir ini, saya mengucapkan banyak-banyak terima kasih kepada :
- Allah SWT yang telah melimpahkan segalah rahmat dan hidayahnya. - Ibu saya atas semua suportnya baik sacara moril ataupun materiel.
- Bapak Ir. Bibit Sugito, Mt sebagai pembimbing I atas bimbingannya selama ini.
- Bapak Muh. Alfatih Hendarawan, ST, MT sebagai pembimbing II atas bimbingannya dan motivasinya selama ini.
DAFTAR PUSTAKA
Annual Book of Standards ASTM, E 3 – 01, Standards practice for Preparation of Metallugrapihic Specimens, West Conshohocken, PA : United States.
Annual Book of Standards ASTM, E 92 – 82, Standards Test Method for Vikers Hardness of Metallic Metallic Materials, West Conshohocken, PA : United States.
Annual Book of Standards ASTM, E 415 – 95 Standards Test Methodfor Optical Emmision Vacuum Spectrometric Analisis of Carbon and Low – Alloy, West conshohocken, PA : United States.
Dany, Rianggoro. 2002. Teknologi Tepat guna Peralatan dan Proses Pack Carburizing untuk Peningkatan Kualitas Produk Alat-Alat Pertanian (cangkul). Laporan Tugas Akhir Fakultas Teknik Mesin UMS, Agustus 2004, Surakarta.
Hary, Yoshrizal, Y., (2005), Tugas Akhir : Analisis Pengerasan Permukaan Baja Karbon Rendah Dengan Metode Carburizing Dengan Waktu Tahan 3 jam, 4 jam, 5 jam.Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.
Suherman, wahid., Ilmu Logam I dan II, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Suherman, Wahid., Pengetahuan Bahan, Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Surdia, T.; Saito, s, 1995, Pengetahuan Bahan Teknik, Edisi ke-4, PT.
Pradnya Paramita, Jakarta.
Van Vlack, 1992, Ilmu dan teknologi Bahan, Terjemahan : Sriati Djaprie, Edisi ke-5, PT. Erlangga, Jakarta.
