P- ISSN 2252-4444 E- ISSN 1559-2063
PENGARUH KULIT TELUR SEBAGAI ENERGIZER PADA PROSES CARBURIZING
TERHADAP NILAI KEKERASAN PERMUKAAN MEDIUM CARBON STEEL
Saiful Arif1
1,2Dosen Program Studi Perawatan dan Perbaikan Mesin, Politeknik Kediri
Email: [email protected]
Abstrak
Proses carburizing adalah heat treatment yang bertujuan untuk menambah unsur karbon pada bagian permukaan luar material. Proses carburizing material memiliki lapisan luar yang keras dan bagian inti yang lebih lunak. Bahan-bahan yang digunakan dalam proses carburizing yaitu arang batok kelapa sebagai sumber karbon. Penambahan energizer seperti kulit telur digunakan untuk mempercepat proses carburizing. Jenis-jenis bahan tersebut termasuk jenis-jenis bahan yang dapat mempercepat pembentukan karbon pada proses carburizing.
Terdapat perbedaan nilai kekerasan pada medium carbon steel S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing. Data nilai kekerasan kelompok spesimen A (tanpa carburizing), B (carburizing tanpa energizer), C (carburizing dengan energizer kulit telur) berturut-turut adalah 163.4 kgf/mm, 171.7 kgf/mm, 175.7 kgf/mm. Besarnya persentase kenaikan nilai kekerasan berturut-turut antara specimen A dan specimen B serta specimen A dengan specimen C sebesar 5.2%, dan 6.9%. Sedangkan antara specimen B dengan C mengalami kenaikan 2.2 %. Penggunaan energizer kulit telur memberikan peningkatan nilai kekerasan dibandingkan tanpa energizer.
Dari data hasil penelitian dapat diketahui bahwa adanya perbedaan tingkat kekerasan antara material yang dicarburizing tanpa energizer dan carburizing dengan penambahan energizer. Dalam hal ini dengan penambahan energizer kulit telur menunjukan nilai kekerasan yang paling tinggi, sedangkan spesimen tanpa carburizing, nilai kekerasannya lebih rendah dibandingkan dengan spesimen yang decarburizing dengan penambahan energizer kulit telur, begitu juga dengan specimen yang dicarburizing tanpa menggunakan energizer. Hal itu menunjukan bahwa penggunaan jenis katalis pada proses carburizing berpengaruh terhadap nilai kekerasan.
Kata Kunci: Carburizing, Kulit Telur, Nilai Kekerasan, Carbon Steel
PENDAHULUAN
Program pembangunan negara Indonesia sedang mengalami peningkatan yang cukup signifikan, terutama yang berfokus pada bidang infrastruktur. Hal ini akan berdampak bagi perkembangan taraf hidup masyarakat, seperti salah satunya dalam bidang teknologi. Program automatisasi secara tidak langsung juga semakin dirasakan oleh masyarakat. Aspek penunjang kehidupan masyarakat yang tradisional dan manual juga semakin bergeser ke arah automatisasi. Hampir tidak ada sisi kehidupan yang tidak tersentuh oleh teknologi, terutama di bidang mesin.
Dengan adanya hal tersebut, maka dalam bidang industri manufaktur juga mengalami perkembangan. Produksi teknologi tepat guna, alat-alat perkakas, komponen-komponen otomotif, serta berbagai peralatan yang digunakan manusia yang banyak menggunakan bahan baku logam terutama jenis baja juga mengalami peningkatan. Sehingga dalam hal ini baja mempunyai peranan penting dalam kehidupan manusia. Akan tetapi, dalam perjalanannya, seringkali ditemukan berbagai permasalahan yang berkaitan dengan baja ini.
P- ISSN 2252-4444 E- ISSN 1559-2063
disebabkan oleh keausan, korosi, dan retak. Hal ini disebabkan keterbatasan sifat kelelahan baja yang beredar di pasaran. Dengan adanya sifat kelelahan yang terbatas tersebut, maka umur pemakaiannya juga akan terbatas pula. Oleh karena itu, agar baja memiliki umur pemakaian yang lebih panjang, maka harus ada upaya peningkatan sifat fisik dan sifat mekanis dari baja tersebut.
Upaya yang dapat dilakukan adalah dengan melakukan proses perlakuan panas pada baja. Salah satu metode yang dapat digunakan adalah dengan metode carburizing (pengarbonan). Dengan adanya proses ini diharapkan agar sifat fisik dan sifat mekanis baja dapat dimodifikasi yaitu dengan cara menaikkan kadar karbon pada permukaan baja sehingga dapat diperoleh baja yang memiliki lapisan permukaan dengan kekerasan yang tinggi sedangkan bagian yang dalam memiliki kekerasan yang rendah tetapi keuletan atau ketangguhannya masih tinggi.
Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi hasil dari proses carburizing adalah suhu, waktu karbonasi, pendinginan, dan energizer. Agar didapatkan hasil carburizing yang optimal, maka diperlukan adanya penelitian lebih lanjut dari keempat aspek di atas, misalnya energizer. Terdapat banyak zat yang bisa digunakan sebagai energizer, seperti barium karbonat, natrium karbonat, kalium karbonat dan kalsium karbonat. Begitu juga beberapa limbah alam yang sangat jarang dimanfaatkan seperti kulit telur.
Kulit telur memiliki kandungan CaCO3 (kalsium karbonat) sebanyak 94%,
MgCO3 (magnesium karbonat) sebanyak
1%, Ca3PO4 (kalsium fosfat) sebanyak 1%
dan bahan organik sebanyak 4% (Stadelman, 2000). Berdasarkan hal tersebut, maka dalam penelitian ini akan dilakukan pengujian mengenai pengaruh kulit telur sebagai energizer pada proses carburizing terhadap nilai kekerasan permukaan medium carbon steel.
KAJIAN PUSTAKA
1. Energizer
Energizer merupakan suatu zat yang berfungsi untuk mempercepat terjadinya reaksi pada suatu proses. Dalam hal ini energizer mempunyai peran untuk mempengaruhi kecepatan reaksi tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan secara kimiawi pada material tereaksi.
2. Carburizing
Carburizing merupakan proses penambahan karbon dengan cara memanaskan bahan sampai suhu tertentu dalam lingkungan tertutup dengan melakukan penahanan pada suhu yang ditentukan dalam beberapa waktu dan selanjutnya didinginkan. Pendapat serupa menyatakan bahwa karbonasi merupakan suatu proses memanaskan bahan sampai suhu 900-9500C dalam lingkungan yang
menyerahkan karbon lalu dibiarkan beberapa waktu lamanya pada suhu tersebut dan kemudian didinginkan (Amanto dan Daryanto, 2003:85).
Hal penting yang diharapkan dalam proses carburizing adalah terjadinya difusi. Difusi merupakan gerak spontan dari atom atau molekul di dalam bahan yang cenderung membentuk komposisi yang seragam. Proses difusi dapat terjadi melalui interstisi dan subtitusi. Malau dan Khasani (2008:368) mengemukakan bahwa suhu austenit untuk baja karbon sedang yang memiliki kadar karbon 0,3% sampai 0,7% dimana atom karbon (C) akan masuk ke dalam spesimen secara difusi intertisi.
Gambar 1. Proses Difusi Atom
P- ISSN 2252-4444 E- ISSN 1559-2063
meningkatkan kekerasan permukaan. Dalam proses carburizing, terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan difusi yaitu, temperatur, komposisi dan waktu (Smallman, Bishop, 2000). Hal ini didukung oleh pendapat Vlack di mana temperatur sangat berpengaruh pada proses difusi. Hal ini dikarenakan kenaikan temperatur akan memperbanyak terjadinya kekosongan dalam logam, (Van Vlack, Lawrence, 2004).
a. Medium Carbon Steel
Medium Carbon Steel merupakan salah satu jenis logam ferrous dengan unsur karbon sebagai dasar campurannya. Kandungan karbon di dalam baja sekitar 0,1% sampai 1,7%, sedangkan unsur lainnya dibatasi oleh presentasinya (Amanto dan Daryanto, 2003:22). Baja juga dibedakan menjadi dua, yaitu baja karbon dan baja paduan.
Sifat baja sangat dipengaruhi oleh persentase karbon dan struktur mikro. Karbon dengan unsur campuran lain dalam baja membentuk karbid yang dapat menambah kekerasan, tahan gores dan tahan suhu baja. Salah satu cara mengklasifikasikan baja adalah dengan melihat perbedaan persentase karbonnya. Secara garis besar baja dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu baja karbon dan baja paduan. Baja karbon dibagi menjadi tiga yaitu baja karbon rendah (< 0,3% C), baja karbon sedang (0,30% < C < 0,7%) dan baja karbon tinggi (0,70 < C < 1,40%). Baja paduan dibagi menjadi dua yaitu baja paduan rendah (jumlah unsur paduan khusus < 8,0%) dan baja paduan tinggi (jumlah unsur paduan khusus > 8,0%) (Amstead, dkk. (1997:51).
b. Uji Kekerasan
Proses pengujian kekerasan dapat diartikan sebagai kemampuan suatu bahan terhadap pembebanan dalam perubahan yang tetap. Besar tingkat kekerasan dari bahan dapat dianalisis melalui besarnya beban yang diberikan terhadap luas bidang yang menerima pembebanan tersebut.
Pengujian yang banyak dipakai adalah dengan cara menekankan penekanan tertentu kepada benda uji dengan beban tertentu dan mengukur bekas hasil penekanan yang terbentuk di atasnya (Surdia dan Saito, 1992:31).
c. Brinell
Cara pengujian Brinell dilakukan dengan penekanan sebuah bola baja yang terbuat dari baja krom yang telah dikeraskan dengan diameter tertentu oleh suatu gaya tekan secara statis ke dalam permukaan logam yang diuji tanpa sentakan. Permukaan logam yang diuji harus rata dan bersih. Diameter paling atas dari lekukan tersebut diukur secara teliti. Rumus yang dipakai untuk menentukan kekerasan logam yang diuji:
Keterangan:
BHN = Brinell Hardness Number (kgf/mm2)
P = Beban yang diberikan (kgf) D = Diameter indentor yang digunakan
d = Diameter bekas lekukan
d. Vickers
Pengujian kekerasan dengan vickers bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam yaitu daya tahan material terhadap indentor intan dan mempunyai bentuk geometri berbentuk piramid.
Keterangan:
VHN = Vickers Hardness Number (kgf/mm2)
P = Beban yang diberikan (kgf) d2 = Panjang diagonal rata-rata hasil
indentasi (mm)
e. Rockwell
P- ISSN 2252-4444 E- ISSN 1559-2063
macam indentor yang ukurannya bervariasi, yaitu kerucut intan dengan besar sudut 120º dan disebut sebagai Rockwell Cone dan Bola baja dengan berbagai ukuran dan disebut sebagai Rockwell Ball.
METODE PENELITIAN
a. Diagram Alir Penelitian
Untuk memperjelas alur penelitian, maka berikut ditampilkan diagram alir penelitian.
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Keterangan:
A: Spesimen Tanpa Perlakuan
B: Spesimen diberi perlakuan carburizing tanpa energizer
C: Spesimen diberi perlakuan carburizing dengan energizer kulit telur
b. Jenis Penelitian
Cara pengujian Brinell dilakukan dengan penekanan sebuah bola baja yang terbuat dari baja krom yang telah dikeraskan dengan diameter tertentu oleh suatu gaya tekan secara statis ke dalam permukaan logam yang diuji tanpa sentakan. Permukaan logam yang diuji harus rata dan bersih. Diameter paling atas dari lekukan tersebut diukur secara teliti. Rumus yang dipakai untuk menentukan
kekerasan logam yang diuji:
Jenis penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen. Penelitian eksperimen dapat diartikan sebagai metode penelitian yang digunakan untuk mencari pengaruh perlakuan tertentu terhadap yang lain dalam kondisi yang dikendalikan (Sugiyono, 2010:107). Pada penelitian ini dilakukan perlakuan yang berbeda antara raw material dan experiment material. Di mana untuk raw material tidak diberikan perlakuan apapun, sedangkan experiment material diberikan perlakuan khusus sesuai dengan variabel bebas dalam penelitian ini.
c. Variabel Penelitian
Variabel bebas dalam penelitian ini adalah kulit telur sebagai salah satu limbah yang mengandung zat yang dapat dimanfaatkan sebagai energizer pada proses carburizing. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah nilai kekerasan medium carbon steel setelah diberi perlakuan carburizing. Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah medium carbon steel S45C, suhu pemanasan (9100C) dan
karbon aktif (arang batok kelapa).
d. Teknik Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data dalam penelitian ini adalah metode eksperimental yang digunakan untuk mengumpulkan data primer di laboratorium atau data sekunder dari peneliti lain (Sugiyono, 2010:308309). Pengambilan data yang dilakukan adalah dengan mengukur kekerasan material pada proses carburizing dengan kelompok eksperimen adalah kelompok yang diberi perlakuan penambahan energizer dan kelompok eksperimen yaitu kelompok yang tidak diberi perlakuan.
P- ISSN 2252-4444 E- ISSN 1559-2063 Keterangan:
∑ N = Nilai akhir setiap spesimen N = Jumlah specimen
Data yang diperoleh merupakan data yang bersifat kuantitatif berarti data berupa angka-angka yang memberikan penjelasan/memberi tentang perbandingan antara data logam raw materials, logam yang dicarburizing dengan energizer barium karbonat dan logam yang decarburizing dengan energizer natrium karbonat.
HASIL
a. Hasil Pengujian Brinell
Pengujian kekerasan dilaksanakan pada tanggal 01-10 Desember 2016 di Laboratorium Material Jurusan Perawatan dan Perbaikan Mesin Politeknik Kediri dengan hasil sebagai berikut.
Data Hasil Nilai Uji Kekerasan Brinell
No. Perlaku
Hasil pengujian kekerasan diperoleh nilai rata-rata sebagai berikut.
(1) Pada kelompok specimen tanpa carburizing mempunyai nilai kekerasan 163.4 kgf/mm berfungsi sebagai material acuan
(2) Data nilai kekerasan spesimen B (spesimen tanpa energizer) sebesar 171.9 kgf/mm mengalami kenaikan nilai
kekerasan sebesar 5.2% dari spesimen A (specimen tanpa carburizing). Kelompok spesimen C (spesimen dengan energizer kulit telur) sebesar 175.7 kgf/mm mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar 7.00% dari specimen A (spesimen tanpa carburizing).
(3) Kelompok spesimen C (spesimen dengan energizer kulit telur) sebesar 175.7 kgf/mm mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar 2.2% dari specimen B (spesimen dengan carburizing tanpa energizer).
Berdasarkan hal tersebut, diketahui bahwa pada kelompok spesimen yang dilakukan perlakuan panas dengan variasi penambahan energizer kulit telur mengalami perbedaan kenaikan nilai kekerasan, di mana spesimen B > spesimen A, spesimen B < specimen C, spesimen C > spesimen A.
b. Pembahasan
Proses carburizing adalah perlakuan panas atau heat treatment yang bertujuan untuk menambah unsur karbon pada bagian permukaan luar material. Proses carburizing material memiliki lapisan luar yang keras dan bagian inti yang lebih lunak. Selama berlangsungnya proses carburizing tidak terjadi pembuatan gas karbon. Bahan-bahan yang digunakan dalam proses carburizing yaitu arang batok kelapa sebagai sumber karbon. Penambahan katalis seperti kulit telur digunakan untuk mempercepat proses karbonasi. Jenis-jenis bahan tersebut termasuk jenis-jenis bahan yang dapat mempercepat pembentukan karbon pada proses carburizing.
P- ISSN 2252-4444 E- ISSN 1559-2063
dengan penambahan energizer kulit telur, begitu juga dengan specimen yang dicarburizing tanpa menggunakan energizer. Hal itu menunjukan bahwa penggunaan jenis katalis pada proses carburizing berpengaruh terhadap nilai kekerasan.
KESIMPULAN
Dari pembahasan dapat disimpulkan bahwa (1) Terdapat perbedaan nilai kekerasan pada medium carbon steel S45C akibat variasi energizer pada proses carburizing. Data nilai kekerasan kelompok spesimen A (tanpa carburizing), B (carburizing tanpa energizer), C (carburizing dengan katalis energizer kulit telur) berturut-turut adalah 163.4 kgf/mm, 171.7 kgf/mm, 175.7 kgf/mm. (2) Besarnya persentase kenaikan nilai kekerasan berturut-turut antara specimen A dan specimen B serta specimen A dengan specimen C sebesar 5.2%, dan 6.9%. Sedangkan antara specimen B dengan C mengalami kenaikan 2.2 %. Penggunaan energizer kulit telur memberikan peningkatan nilai kekerasan dibandingkan tanpa energizer.
DAFTAR RUJUKAN
Amanto, Hari dan Daryanto. 2003. Ilmu Bahan. Jakarta: Bumi Aksara. Amstead, B.H, Phillip F. Ostwald dan
Myron L. Begeman. 1997. Mekanik Jilid I Edisi Ketujuh Versi S1. Jakarta: Erlangga.
Malau, Viktor dan Khasani. 2008. Karakterisasi Laju Keausan Dan Kekerasan Dari Pack Carburizing Pada Baja Karbon AISI 1020. Jurnal MEDIA TEKNIK. Tahun XXX, No.3, 367–374.
Nanulaitta, Nevada J. M dan Eka. R. M. A. P. Lillipaly. 2012. Analisa Sifat Kekerasan Baja St-42 Dengan Pengaruh Besarnya Butiran Media Katalisator (Tulang sapi (CaCO3)) Melalui Proses Pengarbonan Padat (Pack Carburising). Jurnal
TEKNOLOGI. Vol. 9, No. 1, 985-994. Smallman, RE dan RJ Bishop. 2000. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material. Jakarta: Erlangga.
Sugiyono. 2010. METODE PENELITIAN PENDIDIKAN Pendekatan Kuantitatif Kualitatif, dan R&D. Bandung: Alfabeta.
Surdia, Tata dan Shinroku Saito. 1992. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradnya Paramita
