Analisa Struktur Mikro dan Tingkat Kekerasan Logam Baja Hasil Hot Rolling dengan Penambahan Karbon Arang Tempurung Kelapa dengan Mesh 40,50,60

TUGAS AKHIR

ANALISA STRUKTUR MIKRO DAN TINGKAT KEKERASAN

LOGAM BAJA HASIL HOT ROLLING DENGAN

PENAMBAHAN KARBON ARANG TEMPURUNG KELAPA

DENGAN MESH 40,50,60

Tugas Akhir Ini Disusun Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh : RIZKI DWI ARDIKA

NIM: D200 181 023

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

Jl.A.Yani Pabelan Kartasura Tromol Pos I Telp (0271) 717417 Pos 57102

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR

Berdasarkan Surat Keputusan Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta

Nomor 116/II/2019 tanggal 19 Agustus 2019 tentang Pembimbing Tugas Akhir dengan ini:

Nama : Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T. Pangkat / Jabatan : Pembimbing

Sebagai Pembimbing Tugas Akhir memberikan soal tugas akhir kepada mahasiswa:

Nama : Rizki Dwi Ardika No Induk : D200181023 Jurusan/Semester : Teknik Mesin/8

Judul/Topik : ANALISA STRUKTUR MIKRO DAN TINGKAT KEKERASAN LOGAM BAJA HASIL HOT ROLLING

DENGAN PENAMBAHAN KARBON ARANG TEMPURUNG KELAPA DENGAN MESH 40,50,60..

Rincian Soal/Tugas : Melakukan proses pengerolan, pengujian kekerasan dan pengujian struktur mikro suatu logam.

Demikian soal tugas akhir ini dibuat untuk dapat dilaksanakan sebagaimana mestinya.

Surakarta, 05 September 2019

Pembimbing

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir berjudul “Analisa Struktur Mikro dan Tingkat Kekerasan Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan Penambahan Karbon Arang Tempurung Kelapa Dengan Mesh 40,50,60“ telah disetujui oleh pembimbing tugas akhir untuk dipertahankan di depan dewan penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta .

Dipersiapkan oleh

Nama : RIZKI DWI ARDIKA

NIM : D200 181 023 Disetujui pada Hari : Tanggal : Dosen Pembimbing Tugas Akhir

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir berjudul “Analisa Struktur Mikro dan Tingkat Kekerasan Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan Penambahan Karbon Arang Tempurung Kelapa Dengan Mesh 40,50,60“ telah dipertahankan di depan dewan penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh

Nama : RIZKI DWI ARDIKA NIM : D200 181 023

Disahkan pada

Hari :

Tanggal :

Dewan Penguji

1. Ketua : Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T. (………) 2. Anggota 1 : Ir. Sunardi Wiyono, M.T. (………) 3. Anggota 2 : Ir. Bibit Sugito, M.T. (………)

Mengetahui Dekan

Fakultas Teknik

Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D

Ketua Jurusan Teknik Mesin

v

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : RIZKI DWI ARDIKA NIM : D 200 181 023

Fakultas/ Jurusan : Teknik/ Teknik Mesin

Judul : Analisa Struktur Mikro dan Tingkat Kekerasan Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan Penambahan Karbon Arang Tempurung Kelapa Dengan Mesh 40,50,60.

Menyatakan bahwa Tugas Akhir ini merupakan karya tulis yang penulis buat sendiri sebagai syarat memperoleh gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, kecuali beberapa sumber kutipan dan ringkasan yang telah penulis cantumkan sebagaimana mestinya dalam karya tulis ini.

Surakarta, Januari 2020 Yang menyatakan

vi

HALAMAN MOTTO

“Hai orang-orang yang beriman, bersabarlah kamu dan kuatkanlah kesabaranmu dan tetaplah bersiap siaga dan bertaqwalah kepada Allah

supaya kamu menang” (Q.S Ali-Imran : 200)

“Dan masing-masing orang memperoleh derajat-derajat (seimbang) dengan apa yang dikerjakannya. Dan Tuhanmu tidak lengah dari

apa yang mereka kerjakan” (QS. Al An’am : 132)

“Kemudian apabila kamu telah membulatkan tekad, maka bertawakallah kepada Allah, sesungguhnya Allah menyukai orang-orang yang

bertawakal (kepada-Nya)” (QS Ali ‘Imraan : 159)

“Allah akan mengangkat derajat orang-orang yang beriman diantara kamu dan orang-orang yang mempunyai ilmu beberapa derajat.”

(Q.S Al Mujadalah : 11)

“Apabila telah ditunaikan shalat, maka bertebaranlah kamu di muka bumi (untuk mencari rezki dan usaha yang halal) dan carilah karunia Allah, dan

ingatlah Allah banyak-banyak supaya kamu beruntung” (QS al-Jumu’ah :10)

“Jadikanlah sabar dan shalat sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar”

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Penulis persembahkan Tugas Akhir ini kepada:

 Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

 Ayah (Windartono) dan Ibu (Eni Agustini) tercinta sebagai pahlawan hidupku yang telah memberikan motivasi dan contoh dalam membentuk karakterku, meskipun semua itu dilakukan dengan penuh perjuangan dan air mata yang semata mata ingin menjadikan aku menjadi anak yang berakhlak dan bermanfaat untuk orang lain.

 Seluruh Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji syukur bagi Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan tugas akhir yang berjudul “Analisa Struktur Mikro dan Tingkat Kekerasan Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan Penambahan Karbon Arang Tempurung Kelapa Dengan Mesh 40,50,60 “.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini tidak dapat terselesaikan tanpa adanya bantuan, dukungan dan saran dari berbagai pihak. Oleh karena itu , penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak dan Ibu tercinta atas segala do’a dan dukungan yang telah diberikan.

2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Ir. Subroto, M.T. selaku Ketua Jurasan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

4. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir. 5. Bapak Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T. selaku dosen

pembimbing tugas akhir yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam proses penelitian dan penyusunan laporan tugas akhir.

6. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan selama masa perkuliahan.

7. Hayu Latif Firmansyah rekan seperjuangan dalam menyelesaikan tugas akhir. Serta teman-teman yang selalu membantu dan memberikan dorongan maupun nasehat, fakih, sulis, yuswanto,

ix

tetra, sholeh, galang, imin, arya, solmi, irwan, anan, udin, heru, hadafi.

8. Teman-teman Transfer Teknik Mesin UMS yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Semoga Allah senantiasa memberikan kita keberkahan dalam setiap amal perbuatan kita.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini mungkin masih memiliki beberapa kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharap adanya kritik dan saran demi perbaikan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca.

Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Surakarta, Januari 2020

x

ANALISA STRUKTUR MIKRO DAN TINGKAT KEKERASAN LOGAM BAJA HASIL HOT ROLLING DENGAN PENAMBAHAN KARBON

ARANG TEMPURUNG KELAPA DENGAN MESH 40,50,60

Abstrak

Analisa struktur mikro dan tingkat kekerasan logam baja hasil hot rolling dengan penambahan karbon arang tempurung kelapa dengan mesh 40,50,60 telah diteliti. Parameter hot rolling dan gaya penekanan dibuat seragam. Parameter yang digunakan yaitu reduksi ketebalan dari 3 mm menjadi 2.85 mm yang dilakukan pada suhu ruangan. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan suatu logam baja yang memiliki tingkat kekerasan yang tinggi. Hot rolling pada penelitian ini menggunakan material baja dengan dimensi awal 200 x 20 x 3 mm kemudian di rolling bertahap dengan pencampuran ukuran serbuk karbon yang berbeda dengan ukuran 40,50,60 mesh. Sifat fisik diketahui berdasarkan dari pengujian struktur mikro dan sifat mekanik diketahui berdasarkan pengujian kekerasan vickers.

Hasil penelitian foto mikro menunjukan bahwa setelah dilakukan pengerolan bentu butirnya lebih pipih, cenderung lebih rapat dan batas butir menipis, Menipisnya batas butir disebabkan deformasi plastis selama pengerolan. Pengujian kekerasan menunjukkan bahwa nilai rata-rata tertinggi terdapat pada baja yang diberi campuran karbon 60 mesh yaitu sebesar 138,2 VHN. Nilai kekerasan meningkat karena Semakin banyak presentase berat karbon dan pergerakan dislokasi akan semakin susah karena tertahan partikel penguat karbon.

Kata kunci : Hot rolling, Baja Karbon, Carburizing, Kekerasan Vickers, Struktur Mikro

xi

ANALYSIS MICRO STRUCTURE AND THE LEVEL OF VIOLENCE STEEL METAL RESULTS HOT ROLLING WITH ADDITION CARBON

COCONUT SHELL CHARCOAL WITH MESH 40,50.60 Abstract

Analysis of microstructure and hardness level of hot rolled steel metal with the addition of coconut shell charcoal carbon with a mesh of 40.50.60 has been investigated. Hot rolling parameters and compressive forces are made uniform. The parameter used is the reduction in thickness from 3 mm to 2.85 mm which is done at room temperature. This study aims to produce a steel metal that has a high level of hardness. Hot rolling in this study used steel material with initial dimensions of 200 x 20 x 3 mm and then rolled out gradually by mixing different sizes of carbon powder with a size of 40.50.60 mesh. Physical properties are known based on microstructure testing and mechanical properties are known based on vikers hardness testing.

Micro photo research results show that after rolling the shape of the grain is more flat, tends to be more dense and the grain boundary thinning, the thinning of the grain boundary caused by plastic deformation during rolling. Hardness testing shows that the highest average value is found in steel that is mixed with 60 mesh carbon, which is 138.2 VHN. The value of violence increases because the more weight percentages of carbon and the movement of dislocations will be more difficult because it is held by carbon reinforcement particles.

Keywords: Hot rolling, Carbon Steel, Carburizing, Vickers Hardness, Micro Structure

xii DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

HALAMAN MOTTO ... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

ABSTRAK ... ix

ABSTRACT ... x

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR TABEL ... xvii

DAFTAR RUMUS ... xviii

DAFTAR SIMBOL ... xix

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ...1

1.2 Rumusan Masalah ...3 1.3 Tujuan Penelitian ...3 1.4 Batasan Masalah ...3 1.5 Manfaat Penelitian ...4 1.6 Metode Penelitian ...4 1.7 Sistematika Penulisan ...5

BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ...8

2.2 Baja ...11

2.3 Pengaruh Unsur Paduan Pada Baja ...12

2.4 Baja Karbon ...15

xiii

2.4.2 Baja Karbon Sedang ...16

2.4.3 Baja Karbon Tinggi ...16

2.5 Diagram Fasa Fe−𝐹𝑒3C...16

2.6 Struktur Mikro Baja ...20

2.6.1 Ferrite ...20 2.6.2 Pearlite ...21 2.6.3 Austenite ...22 2.6.4 Cementite ...22 2.6.5 Martensite ...23 2.7 Carburizing ...24 2.7.1 Pack Carburizing ...24 2.7.2 Liquid Carburizing ...27 2.7.3 Gas Carburizing ...27 2.8 Difusi ...28 2.9 Mekanisme Difusi ...29 2.9.1 Difusi Vacancy ...29 2.9.2 Difusi Interstisi ...30

2.10 Media Karbon Aktif ...31

2.10.1 Tempurung Kelapa ...32

2.11 Hot Rolling...33

2.11.1 Bentuk Ketidaksempurnaan Produk/cacat produk ..39

2.12 Heat Treatment ...39

2.12.1 Annealing ...40

2.13 Pengujian Kekerasan Vickers ...44

2.14 Uji Struktur Mikro ...46

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian ...50

3.2 Bahan Penelitian ...52

3.3 Alat Penelitian ...54

3.4 Sampel ...59

xiv

3.6 Prosedur Penelitian ...61

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian Komposisi Kimia ...70

4.1.1 Pembahasan Uji Komposisi Kimia ...71

4.2 Pengujian Struktur Mikro...73

4.2.1 Pembahasan Pengujian Struktur Mikro ...77

4.3 Pengujian Kekerasan ...79

4.3.1 Pembahasan Pengujian Kekerasan ...81

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...83

5.2 Saran ...84 DAFTAR PUSTAKA

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistematika perlakuan panas aluminium ...8

Gambar 2.2 Diagram Fasa Fe-𝐹𝑒₃ ...17

Gambar 2.3 Ilustrasi Struktur Kristal BCC ...20

Gambar 2.4 Ilustrasi Struktur Kristal FCC ...20

Gambar 2.5 Proses Pack Carburizing...25

Gambar 2.6 Pemodelan proses difusi secara interstisi dan substitusi ...28

Gambar 2.7 Difusi Vacancy ...29

Gambar 2.8 Difusi Interstisi ...30

Gambar 2.9 Hot Rolling ...35

Gambar 2.10 Proses pembentukan logam teknologi Rolling ...36

Gambar 2.11 Proses Cold Rolling ...36

Gambar 2.12 Ilustrasi gambar torsi ...38

Gambar 2.13 Bentuk cacat produk Rolling ...39

Gambar 2.14 Pengujian Vickers ...46

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ...50

Gambar 3.2 Pelat besi baja yang telah dipotong ...52

Gambar 3.3 Serbuk arang kelapa ...53

Gambar 3.4 Asam Nitrat (HNO3) sebagai penambah karbon ...53

Gambar 3.5 Alkohol/Etanol (C2H5OH) sebagai etsa permukaan baja ...54

Gambar 3.6 Mesin Roll ...54

Gambar 3.7 Mesin Furnace ...55

Gambar 3.8 Vickers Hardness (Lab Material Atw) ...55

Gambar 3.9 Alat uji foto mikro (Lab Material Ums) ...56

Gambar 3.10 Alat uji komposisi (Polman Ceper) ...56

Gambar 3.11 Penggaris dan spidol ...57

Gambar 3.12 Alat potong/gerinda ...57

Gambar 3.13 Sarung tangan latex ...58

Gambar 3.14 Amplas ...58

xvi

Gambar 3.16 Spesimen pengujian foto mikro ...59

Gambar 3.17 Spesimen pengujian komposisi setelah hot rolling ...60

Gambar 3.18 Spesimen pengujian kekerasan ...60

Gambar 3.19 Proses pemotongan spesimen ...62

Gambar 3.20 Hasil pemotongan spesimen ...63

Gambar 3.21 Proses pemanasan spesimen ...63

Gambar 3.22 Proses Carburizing ...64

Gambar 3.23 Proses pengerolan ...66

Gambar 4.1 Hasil pengujian mikrografi sebelum proses hot rolling ...73

Gambar 4.2 Hasil pengujian mikrografi sesudah hot rolling dengan penambahan karbon arang tempurung kelapa dengan 40 mesh/420 µm ...74

Gambar 4.3 Hasil pengujian mikrografi sesudah hot rolling dengan penambahan karbong arang tempurung kelapa dengan 50 mesh/297 µm ...74

Gambar 4.4 Hasil pengujian mikrografi sesudah hot rolling dengan penambahan karbong arang tempurung kelapa dengan 60 mesh/250 µm ...75

Gambar 4.5 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sebelum hot rolling ...75

Gambar 4.6 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sesudah hot rolling dan penambahan karbon arang tempurung kelapa dengan 40 mesh/420 µm ...76

Gambar 4.7 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sesudah hot rolling dan penambahan karbon arang tempurung kelapa dengan 50 mesh/297 µm ...76

Gambar 4.8 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sesudah hot rolling dan penambahan karbon arang tempurung kelapa dengan 60 mesh/250 µm ...76

Gambar 4.9 Grafik hasil pengujian kekerasan Hardness Vickers sebelum dan sesudah proses hot rolling ...81

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi kimia tempurung kelapa ...33

Tabel 4.1 Hasil uji komposisi Raw material ...70

Tabel 4.2 Hasil uji komposisi material Setelah proses Rolling ...71

xviii

DAFTAR RUMUS

Rumus 2.1 Rumus pengurangan ketebalan ...36

Rumus 2.2 Rumus jumlah pengurangan ketebalan ...37

Rumus 2.3 Rumus reduksi ketebalan ...37

Rumus 2.4 Rumus torsi ...38

Rumus 2.5 Rumus gaya penekanan ...38

xix

DAFTAR SIMBOL

D2 : tebal benda kerja setelah rolling (mm) D1 : tebal benda kerja sebelum rolling (mm) h0 : Tebal awal (mm) h1 : Ketebalan Akhir (mm) L0 : Lebar sebelum masuk roll (mm) L1 : Lebar setelah keluar roll (mm) V0 : Kecepatan sebelum masuk roll (m/s) V1 : Kecepatan setelah keluar roll (m/s) t0 : Tebal awal (mm) t1 : Tebal setelah keluar roll (mm) Lp : Jarak antara xx dan yy (mm) d : Jumlah pengurangan ketebalan (mm)

r : Reduksi (mm)

P : Beban yang digunakan (kg) d : Panjang diagonal rata- rata (mm)

Ɵ : Sudut antara permukaan intan yang berhadapan = 136° F : Gaya tekan (N)

A : Luas bidang tekanan (m²)

r : Jarak (m)

P : Tekanan (N/m²)