PENGARUH VARIASI WAKTU TAHAN (HOLDING TIME) PADA PROSES CARBURIZING
TERHADAP KEKERASAN PERMUKAAN
DAN KETAHANAN AUS BAJA KONSTRUKSI UMUM TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Disusun Oleh : ADITYA EKA SURYANA
201410120311082
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2019
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat, hidayah, dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul ”Pengaruh Variasi Waktu Tahan (Holding Time) pada Proses Carburizing terhadap Kekerasan Permukaan dan Ketahanan aus Baja Konstruksi Umum”.
Tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan memperoleh ijazah Sarjana di Universitas Muhammadiyah Malang. Tugas akhir ini tidak akan tersusun tanpa adanya bantuan dan dukungan dari beberapa pihak, baik dalam segi material maupun spiritual dan karenanya penyusun mengucapkan terimakasih yang sebanyak-banyaknya kepada :
1. Kedua orang tua tersayang yang senantiasa selalu memberikan doa, semangat, dukungan, dan motivasi bagi penulis untuk menyelesaikan penulisan tugas akhir ini.
2. Bapak Dr. Ahmad Mubin, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang
3. Bapak Murjito, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang.
4. Ibu Iis Siti Aisyah, S.T., M.T., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak memberikan bimbingan dan pengarahan dengan sabar dan bijaksana serta memberikan dorongan dari awal hingga akhir penulisan tugas akhir ini.
5. Bapak Ir. Sudarman, M.T., selaku Dosen Pembimbing II yang telah banyak memberikan bimbingan dan pengarahan dengan sabar dan bijaksana serta memberikan dorongan dari awal hingga akhir penulisan ini.
6. Bapak/Ibu Dosen khususnya jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan dan juga wawasan yang luas pada saat perkuliahan.
7. Para karyawan dan juga staff jurusan Teknik Mesin yang sudah banyak membantu dan dengan sabar memberikan petunjuk dan arahan dalam menyelesaikan rangkaian tugas akhir ini.
ix
8. Seluruh teman-teman jurusan Teknik Mesin, khususnya teman-teman kelas B angkatan 2014 yang selalu memberikan canda, tawa, inspirasi, motivasi, dan juga dorongan yang sangat kuat sehingga penulis bersemangat untuk menyelesaikan penulisan tugas akhir ini.
9. Teman-teman TOIDI NISEM tergokil yang selalu memberikan canda, tawa, semangat dan motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan rangkaian tugas akhir ini
Penulis menyadari dengan segala keterbatasan yang ada dalam pelaksanaan maupun penyusunan tugas akhir ini terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis memohon maaf atas segala kekurangan yang ada. Kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan dalam proses penyempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata, semoga penyusunan tugas akhir ini dapat memberikan manfat khususnya bagi penulis dan pembaca pada umumnya sehingga dapat bermakna dan bermnfaat dalam kehidupan.
Malang, 24 Oktober 2019
Penulis
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
POSTER ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR BIMBINGAN TUGAS AKHIR ... iv
SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT ... vi
ABSTRAK INDONESIA ... vii
ABSTRACT ENGLISH ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR TABEL ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Batasan Masalah ... 3
BAB II LANDASAN TEORI ... 4
2.1 Tinjauan Pustaka ... 4
2.2 Karbon Aktif (Arang Aktif) ... 5
2.3 Definisi Baja Karbon ... 5
2.3.1 Klasifikasi Baja Karbon ... 6
2.3.2 Struktur Mikro Baja Karbon ... 7
2.3.3 Transformasi Fasa Baja Karbon ... 8
2.3.4 Baja Konstruksi Umum ... 10
2.4 Pengerasan Permukaan (Surface Hardening) ... 10
2.5 Definisi Waktu Tahan (Holding Time) ... 11
2.6 Definisi Karburasi (Carburizing) ... 12
2.6.1 Karburasi Padat (Pack Carburizing) ... 12
2.6.2 Karburasi Cair (Liquid Carburizing) ... 15
xi
2.6.3 Karburasi Gas (Gas Carburizing) ... 15
2.7 Difusi Atom ... 16
2.8 Definisi Kekerasan ... 19
2.8.1 Pengujian Kekerasan Vickers ... 19
2.8.2 Persamaan Yang Terkait dengan Pengujian Kekerasan Vickers 20 2.9 Definisi Keausan (Wear) ... 21
2.9.1 Keausan Akibat Perilaku Mekanis ... 21
2.9.2 Keausan Akibat Perilaku Kimia ... 23
2.9.3 Keausan Akibat Perilaku Thermal ... 24
2.9.4 Pengujian Keausan Tribometer Pin On Disk ... 24
BAB III METODE PENELITIAN ... 27
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 27
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ... 28
3.3 Variabel Penelitian ... 28
3.4 Alat dan Bahan Penelitian ... 28
3.4.1 Alat Penelitian ... 28
3.4.2 Bahan Penelitian... 31
3.5 Prosedur Penelitian ... 32
3.5.1 Pembuatan Spesimen Uji ... 32
3.5.2 Pembuatan Serbuk Arang ... 32
3.5.3 Pembuatan Kotak Untuk Proses Carburizing ... 32
3.5.4 Proses Pengkarbonan (Carburizing) ... 33
3.5.5 Pengujian Kekerasan Vickers ... 34
3.5.6 Pengujian Keausan ... 34
3.5.7 Pengukuran Lebar dan Kedalaman Goresan Keausan ... 35
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 36
4.1 Hasil Pegujian Kekerasan ... 36
4.2 Hasil Pengujian Keausan ... 39
4.3 Pembahasan Hasil Pengujian Kekerasan ... 46
4.4 Pembahasan Hasil Pengujian Keausan ... 50
4.5 Hasil Pengujian T ... 52
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 54
xii
5.1 Kesimpulan ... 54
5.1.1 Pengujian Kekerasan ... 54
5.1.2 Pengujian Keausan ... 54
5.2 Saran ... 55
DAFTAR PUSTAKA ... 56 LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur fasa pada baja karbon ... 8
Gambar 2.2 Diagram besi-besi karbon (Fe3-C) ... 9
Gambar 2.3 Proses dalam pack carburizing ... 13
Gambar 2.4 Hubungan antara waktu pemanasan, temperatur, dan kedalaman lapisan pada proses carburizing menggunakan media padat (0,15% baja karbon biasa) ... 15
Gambar 2.5 Pergerakan atom dengan energy aktivasi. ... 16
Gambar 2.6 Koefisien difusi untuk atom ... 18
Gambar 2.7 Metode pengujian kekerasan vikers ... 19
Gambar 2.8 Mekanisme keausan abrasif ... 21
Gambar 2.9 Mekanisme keausan adhesif ... 22
Gambar 2.10 Keausan aliran yang disebabkan oleh penumpukan aliran geseran plastis ... 22
Gambar 2.11 Keausan Lelah karena retak pada bagian dalam dan merambat... 23
Gambar 2.12 Keausan korosif karena patah geser pada lapisan lentur ... 24
Gambar 2.13 Keausan korosif karena pengelupasan pada lapisan yang rapuh ... 24
Gambar 2.14 Skema pengujian keausan Pin On Disk ... 25
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian. ... 27
Gambar 3.2 Dapur Pemanas (Furnace). ... 28
Gambar 3.3 Alat Penumbuk dan ayakan ... 29
Gambar 3.4 Neraca digital ... 29
Gambar 3.5 Alat Uji Kekerasan Vickers... 30
Gambar 3.6 Alat Uji Keausan Tribometer Pin On Disk ... 30
Gambar 3.7 Alat Uji SEM ... 31
Gambar 3.8 Kotak karburasi ... 33
Gambar 4.1 Spesimen tanpa perlakuan (raw material) ... 36
Gambar 4.2 Spesimen setelah proses heat treatment ... 37
Gambar 4.3 Spesimen setelah proses carburizing dengan waktu carburizing selama 1 jam, 2 jam, dan 3 jam. ... 38
xiv
Gambar 4.4 Foto mikro bekas goresan keausan pada raw material, (a) kedalaman goresan, (b) lebar goresan dengan perbesaran 250x ... 40 Gambar 4.5 Foto mikro bekas goresan keausan pada hasil heat treatment dengan pendinginan udara, (a) kedalaman goresan dan (b) lebar goresan dengan perbesaran 250x. ... 41 Gambar 4.6 Foto mikro bekas goresan keausan pada hasil heat treatment dengan pendinginan air/quenching, (a) kedalaman goresan dan (b) lebar goresan dengan perbesaran 250x. ... 42 Gambar 4.7 Foto mikro goresan keausan pada spesimen setelah carburizing dengan holding time selama 1 jam, (a) kedalaman goresan dan (b) lebar goreasn dengan perbesaran 250x ... 44 Gambar 4.8 Foto mikro goresan keausan pada spesimen setelah carburizing dengan holding time selama 2 jam, (a) kedalaman goresan dan (b) lebar goresan dengan perbesaran 250x ... 45 Gambar 4.9 Foto mikro goresan keausan pada spesimen setelah carburizing dengan holding time selama 3 jam, (a) kedalaman goresan dan (b) lebar goresan dengan perbesaran 250x ... 46 Gambar 4.10 Grafik pengaruh waktu carburizing terhadap nilai kekerasan permukaan ... 47 Gambar 4.11 Grafik Perbandingan nilai kekerasan permukaan raw material terhadap hasil carburizing dengan waktu carburizing selama 1 jam, 2 jam, dan 3 jam. ... 48 Gambar 4.12 Grafik Perbandingan nilai kekerasan hasil proses heat treatment dengan hasil carburizing dengan waktu carburizing selama 1 jam, 2 jam, dan 3 jam.
... 49 Gambar 4.13 Grafik Hubungan tingkat keausan spesifik terhadap kekerasan permukaan hasil proses carburizing dengan waktu carburizing selama 1 jam, 2 jam, dan 3 jam. ... 50 Gambar 4.14 Grafik perbandingan nilai keausan spesifik pada raw material terhadap hasil proses carburizing dengan waktu carburizing selama 1 jam, 2 jam, dan 3 jam ... 51
xv
Gambar 4.15 Grafik perbandingan nilai keausan spesifik pada hasil heat treatment dengan pendinginan udara dan pendinginan air terhadap hasil proses carburizing dengan waktu carburizing selama 1 jam, 2 jam, dan 3 jam. ... 52
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Jenis-Jenis Baja Konstruksi Umum berdasarkan ONORM M 3111 .... 10
Tabel 4.1 Nilai kekerasan permukaan raw material ... 36
Tabel 4.2 Nilai kekerasan permukaan setelah proses heat treatment ... 37
Tabel 4.3 Nilai kekerasan permukaan setelah proses carburizing ... 38
Tabel 4.4 Nilai keausan spesifik pada raw material ... 39
Tabel 4.5 Nilai keausan spesifik pada hasil proses heat treatment ... 40
Tabel 4.6 Nilai keausan spesifik hasil proses carburizing ... 43
Tabel 4.7 Interpretasi Koefisien Korelasi “R” ... 46
xvii
DAFTAR PUSTAKA
Abbaschian, R., Robert, E. 1994. Physical Metallurgy Principle, 3rd Edition.
University of Florida. USA: PWS Publishing Company.
Abdi, S.S. 2008. Pembuatan dan Karakterisasi Karbon Aktif dari Batubara.
Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Depok.
Amstead, B.H., dan Djaprie, S. (Alih Bahasa). 1995. Teknologi Mekanik. Jilid I.
PT. Erlangga. Jakarta.
ASM Handbook. 1994. Surface Engineering : Volume 5. ASM International.
Materials Park. OH.
ASM Handbook. 2000. Mechanical Testing and Evaluation : Volume 8. ASM International. Materials Park, OH.
ASTM G 99-95a. 2000. Standard Method for Wear Testing with a Pin on Disk Apparatus. United States: ASTM International.
ASTM E 92-82. 1997. Standard Test for Vickers Hardness of Metallic Materials.United States: ASTM International.
Boyer, H. E., dan Gall, T. L. 1994. Metal Handbook, Desk Edition. ASM International. Ohio.
Dalil, M., Adhy, P., & Ismet, I. 1999. Pengaruh Perbedaan Waktu Penahanan Suhu Stabil (Holding Time) Terhadap Kekerasan Logam. Jurnal Natur Indonesia II, 1, 12-17.
Dieter, George, E. 1986. Metalurgi Mekanik. Erlangga. Jakarta.
Faraq, M. 1997. Material Selection for Engineering Design. Prentice Hall.
G. L. J. van Vliet, W.Both. 1984. Teknologi Untuk Bangunan Mesin Bahan-Bahan 1. Erlangga. Jakarta.
Hafni, H. (2015). Pengaruh Waktu Tahan Proses Pack Carburizing pada Baja Karbon Rendah dengan Menggunakan Calcium Carbonat dan Arang Tempurung Kelapa Ditinjau dari Kekerasan. Jurnal Teknik Mesin (JTM), 5(2).
Hamzah, M. S., dan Iqbal, M. 2008. Peningkatan Ketahanan Aus Baja Karbon Rendah Dengan Metode Carburizing. SMARTek, 6(3).
56
Higgins, R. A., dan Bolton, W. 2006. Materials for Engineers and Technicians, 4th Edition. Oxford. UK: Newness as an imprint of Elsevier.
Koji Kato. 2001. Modern Tribology Handbook: Ch.7 Wear Mechanisms, CRC Press LLC.
Krauss, G. 2005. Steels : Processing, Structure, and Performance. ASM International. Materials Park, OH. USA
Kuswanto, B. 2010. Perlakuan pack carburizing pada baja karbon rendah sebagai material altrenatif untuk pisau potong pada penerapan teknologi tepat guna.
Prosiding SNST Fakultas Teknik.
Palallo, Frederick. 1995. Perlakuan Panas Logam. Bandung: PPPG Teknologi Bandung.
Pujiyanto. 2010. Pembuatan Karbon Aktif Super dari Batu Bara dan Tempurung Kelapa. Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Depok.
Rabinowicz, E. 1995. Friction and Wear of Material. John Willey & Sons, Inc.
Singapore.
Rianggoro, D. 2008. Pengaruh Carburizing pada Mild Steel (Baja Lunak) Produk Pengecoran Menggunakan Arang Kayu Jati dengan Waktu Tahan 3 Jam, 4 Jam, dan 7 Jam dengan Austempering Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis (Doctoral dissertation, Universitas Muhammadiyah Surakarta).
Sakura, R. R., Suheni, S., & Iskandar, D. D. 2017. Pengaruh Variasi Karbon Aktif dan Waktu Tahan Terhadap Kekerasan Material JIS G-3123 Menggunakan Metode Pack Carburizing. REM (Rekayasa Energi Manufaktur) Jurnal, 2(1), 31-35.
Sembiring, M. T., dan Sinaga, T. S. 2003. Arang Aktif (Pengenalan dan Proses Pembuatannya). Jurusan Teknik, Industri Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Sumatera Utara.
Shackelford, J. F. 1992. Introduction to Materials Science for Engineers, 3rd Edition. New York: Macmillan Publishing Company.
Sharma, R. C. 2003. Principles of heat treatment of steels. New Age International.
Sugiyono. 2008. Metode Penelitian Kuantitatif, Kualitatif, dan R&D. Bandung:
Alfabeta.
57
Suherman. 1987. Ilmu Logam 1. Institut Teknologi Sepuluh November. Surabaya.
Surdia, T., dan Shironkou, S. 1999. Pengetahuan Bahan Teknik. Cetakan ke 4.
Jakarta: PT. Pradnya Paramita
Utari S, Ning., dan Sudaryatno, S. 2010. Mengenal Sifat-Sifat Material. Bandung.
Darpublic
Vliet G. L. J. V dan Both W. 1984. Teknologi Untuk Bangunan Mesin Bahan- Bahan 1. Jakarta: Erlangga
Widyawati, Yeyen Ika. 2017. Pengaruh Variasi Minyak Jarak Pagar Terhadap Wear Rate Permukaan Baja ST 41. Skripsi pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Malang. Malang.
58
