ALUMINIZING BESI TUANG NODULAR: PENGARUH UKURAN PELLET
ALUMINIUM TERHADAP KEKERASAN LAPISAN INTERMETALIK
Dody Prayitno1), Christina Eni P2) Jurusan Teknik Mesin, Universitas Trisakti
Jl. Kyai Tapa No 1 Jakarta Barat 11440 Email: [email protected]
Abstrak.
Aluminizing merupakan salah satu teknologi meningkatkan kekerasan permukaan. Proses aluminizing menyebabkan terbentuknya lapisan intermetalik (Fe-Al) pada permukaan. Penelitian terdahlulu membuktikan bahwa Aluminium dalam bentuk pellet berhasil digunakan untuk aluminizing permukaan-dalam sebuah produk. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui pengaruh ukuran pellet aluminium terhadap kekerasan lapisan intermetalik. Metodologi penelitian diawali membor permukaan sampel besi tuang nodular agar diperoleh permukaan dalam. Selanjutnya pellet aluminium dimasukkan kedalam lubang. Kemudian sampel dimasukkan kedalam dapur pemanas selama 2 jam pada suhu 800 oC. Lalu sampel di keluarkan dan didinginkan. Kemudian sampel dipotong melintang dan di poles. Akhirnya lapisan intermetalik diuji kekerasan mikro. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ukuran pellet berpengaruh terhadap kekerasan lapisan intermetalik yang terbentuk.
Kata kunci: pellet, intermetalik, aluminizing, kekerasan mikro.
Pendahuluan
Salah satu cara meningkatan kualitas kehidupan adalah menghadirkan produk-produk teknologi tinggi dalam kehdiupan sehari hari. Produk tersebut harus ditunjang oleh material yang berkualitas tinggi seperti ketahanan aus yang tinggi. Ketahanan aus material logam baja dapat dinaikkan dengan meningkatkan kekerasan permukaannya.
Ada beberapa metode untuk meningkatkan kekerasan permukaan. Pertama adalah perlakuan panas yang memerlukan energi panas yang relatif besar. Kedua adalah shoot peening. Shoot peening akan lebih mudah dilakukan bila bentuk sampel tidak rumit dan disayangkan sukar dilakukan untuk permukaan-dalam. Ketiga adalah aluminizing. Proses aluminizing konvensional dilakukan dengan cara merendam artikel didalam cairan aluminium (Ryabov, 1985). Perendaman akan mewujudkan lapisan intermetalik pada seluruh permukaan dan menyebabkan kekerasan permukaan meningkat. Proses aluminizing konvensional sangat sukar dilaksanakan apabila permukaan sampelnya adalah selektif, seperti permukaan-dalam.
Murakami. memperkenalkan metode powder liquid coating untuk membentuk lapisan intermetallic ferrous-aluminium pada besi murni dan stainless steel ( Murakami, 2004). Pemakaian serbuk aluminium suhu pemanasan 800 oC dan waktu tahan 120 menit tidak berhasil membentuk lapisan intermetalik pada permukaan-dalam besi tuang nodular. Lapisan intermetalik berhasil terbentuk pada sebuah permukaan-dalam besi tuang nodular, dengan menggunakan bentuk pellet aluminium sebagai pengganti bentuk serbuk (Dody, 2009). Prosesnya sebagai berikut. Pellet aluminium berukuran kecil dimasukkan kedalam rongga produk besi tuang nodular, kemudian dipanaskan pada suhu 800 oC selama 1 – 2 jam. Pellet aluminium akan mencair dan bereaksi dengan permukaan besi tuang nodular. Lapisan intermetallik akan terbentuk. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh ukuran pellet terhadap pembentukan lapisan intermetalik pada permukaan-dalam besi tuang nodular.
Studi Pustaka
Metode powder liquid coating berhasil membentuk lapisan intermetallik ferrous-aluminium pada besi murni dan stainless steel. Proses dilakukan pada suhu diatas 800 0C. (Murakami 2004).
Telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh suhu aluminizing terhadap kekerasan mikro pada lokasi 5-10 • m dibawah permukaan besi tuang nodular. Pada suhu 800 oC kekerasan mikro yang diperoleh adalah hampir seperti kekerasan besi tuang yang tidak mengalami aluminizing (initial sampel) yaitu 236 HVN. Namun bila suhu aluminizing turun menjadi 700 oC, kekerasan micron besi tuang nodular turun menjadi sekitar 167 HVN. Menurunnya kekerasan mikro pada lokasi pengamatan dipastikan bukan efek lapisan intermetalik, melainkan karena adanya perubahan mikrostruktur matrik besi tuang nodular. Pada kondisi ini sampel mengalami perlakuan panas saja. Sampel dengan kandungan pearlite yang lebih banyak dibandingkan ferrite akan memiliki kekerasan yang lebih tinggi, dibandingkan dengan pearlite sedikit dan ferrit banyak.(Dody 2010)
Gambar 1 memperlihatkan perubahan mikrostruktur matrik besi tuang nodular yang dialuminizing sebagai akibat pertambahan waktu tahan dari 30 menit ke 150 menit pada suhu 800
o
C. Pada waktu tahan 30 menit, terlihat graphit didalam matrix ferrite bebas dengan sedikit pearlite (gambar 1(a)). Bila waktu tahan meningkat hingga mencapai 120 menit, matriks ferrit yang dominan telah berdekomposisi. Hasilnya matrik ferrite berkurang dan pearlite bertambah. Pada gambar juga telihat adanya fasa interdendritik (gambar 1(b)). Jika waktu tahan terus ditingkatkan hingga mencapai 150 menit, mikrostrukturnya hampir sama dengan mikrostruktur dengan waktu tahan 120 menit, namun disini terlihat adanya fasa carbida dan interdendritik. (gambar 1(c)) .
(a) 30 menit (b) 120 menit (c) 150 menit
Gambar 1 Mikrostruktur Besi Tuang Nodular dilokasi 5 – 10 mikro dibawah permukaan. Suhu pemanasan 800 oC dan waktu tahan yang berbeda. Pembesaran 200x
Hasil pengujian laju keausan memperlihatkan pada kecepatan putar 100 rpm, laju keausan besi tuang nodular teraluminizing lebih kecil dibandingkan dengan besi tuang nodular tidak teraluminizing. Namun pada kecepatan putar 355 rpm, laju keausan besi tuang nodular teraluminizing lebih besar daripada besi tuang nodular tidak teraluminizing (initial sampel).(Dody,2010)
Metodologi Penelitian
Penelitian diawali dengan membor besi tuang nodular. Lubang diasumsikan sebagai permukaan-dalam. Kemudian pellet dengan ukuran tertentu dimasukkan kedalam masing – masing lubang sampel. Ukuran pellet sebagai berikut : 10x10x10 mm (group pellet 4); 10x8x8 mm (group Pellet 3) ; 10x5x5 mm (group pellet 2) dan 10x3x3 mm (group pellet 1). Selanjutkan sampel dipanaskan pada suhu 800 oC selama 120 menit. Pellet akan mencair. Kemudian sampel didinginkan pada suhu ruang Lalu Sampel dipotong melintang. Kemudian sampel diamplasyang dilanjutkan poles Lapisan intermetalik kemudian diuji kekerasan mikro. Akhirnya seluruh data dianalisis dengan menggunakan software MINITAB untuk dibuat simpulan.
Hasil penelitian dan pembahasan
Walaupun bagaimana proses aluminizing dengan menggunakan aluminium dalam bentuk pellet telah berhasil membentuk lapisan intermetalik pada permukaan dalam besi tuang nodular seperti terlihat pada Gambar 3.
a)Pellet 1 b)Pellet 2 c)Pellet 3 4)Pellet 4
Gambar 2. Bentuk pellet setelah proses aluminizing selesai dilakukan.
Gambar 3. Lapisan intermetalik telah mengalami uji kekerasan mikro Analisa kekerasan mikro lapisan intermetalik
Untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh ukuran pellet terhadap kekerasan lapisan intermetalik dilakukan uji Anova dengan menggunakan software Minitab. Langkah pertama adalah memastikan apakah data setiap grup terdistribusi secara normal. Jika data terdistribusi secara normal maka langkah kedua adalah melakukan uji beda nilai kekerasan intermetalik rata-rata semua grup (dengan Anova). Bila pada langkah kedua terdapat perbedaan nilai rata-rata antar grup maka langkah ke tiga adalah uji T untuk dua grup sampel. Akhirnya dianalisis pengaruh ukuran pellet terhadap kekerasan mikro intermetalik.
Uji kenormalan dan Anova untuk kekerasan mikro lapisan intermetalik
Hasil uji kenormalan memperlihatkan bahwa data-data setiap grup sampel terbukti terdistribusi secara normal. Karena data terbukti terdistribusi secara normal, maka langkah selanjutnya adalah uji beda nilai kekerasan intermetalik rata-rata semua grup (dengan Anova). Hasil Uji Anova pada semua grup sampel memperlihatkan bahwa ukuran pellet ada yang mempengaruhi kekerasan mikro lapisan intermetalik. (tabel 1)
Untuk mengetahui ukuran pellet mana yang mempengaruhi kekerasan mikro lapisan intermetalik perlu dilakukan uji -t untuk setiap dua grup sampel.
Tabel 1. Nilai kekerasan mikro lapisan intermetalik rata-rata.
Group pellet N Rata-rata Simpangan baku
Z 16 14 368.68 34.60
Z 17 14 377.21 22.91
Z 18 14 389.02 16.64
Z 20 14 417.58 19.57
Uji -t
Hasil uji -t dengan menggunakan software minitab menghasilkan hal berikut:
a.Hasil uji -t untuk grup sampel Z 16 Versus Z 17 membuktikan bahwa secara statistik grup Z 16 dan grup Z 17 adalah sama. Ini dimaksudkan bahwa ukuran pellet pada Z16 dan Z 17 tidak menyebabkan kekerasan mikro lapisan intermetalik berbeda.
b.Hasil uji -t untuk grup sampel Z 17 Versus Z 18 membuktikan bahwa secara statistik grup Z 17 dan grup Z 18 adalah sama. Ini dimaksudkan bahwa ukuran pellet pada Z17 dan Z 18 tidak menyebabkan kekerasan mikro lapisan intermetalik berbeda.
c.Hasil uji -t untuk grup sampel Z 18 Versus Z 20 membuktikan bahwa secara statistik grup Z 18 dan grup Z 20 adalah tidak sama. Ini dimaksudkan bahwa ukuran pellet pada Z18 dan Z 20 menyebabkan kekerasan mikro lapisan intermetalik berbeda.
d.Hasil uji -t untuk grup sampel Z 17 Versus Z 20 membuktikan bahwa secara statistik grup Z 17 dan grup Z 20 adalah tidak sama. Ini dimaksudkan bahwa ukuran pellet pada Z17 dan Z 20 menyebabkan kekerasan mikro lapisan intermetalik berbeda
e.Hasil uji -t untuk grup sampel Z 16 Versus Z 20 membuktikan bahwa secara statistik grup Z 17 dan grup Z 20 adalah tidak sama. Ini dimaksudkan bahwa ukuran pellet pada Z17 dan Z 20 menyebabkan kekerasan mikro lapisan intermetalik berbeda
Berdasarkan hasil uji -t diketahui bahwa kekerasan mikro lapisan intermetalik grup sampel Z 16, Z 17 dan Z 18 secara statistik adalah sama. Namun nilai kekerasan mikro lapisan intermetalik grup Z 20 adalah berbeda dengan Z 16, Z 17 dan Z 18
Tabel 2. Hubungan volume pellet kekerasan mikro lapisan intermetalik
Kode sampel BTN
Volume satu pellet (mm3)
Jumlah pellet yang digunakan
Kekerasan mikro lapisan intermetalik Rata-rata
(HVN)
Simpangan baku
Z 16 1000 1 368.68 34.60
Z 17 640 4 377.21 22.91
Z 18 250 4 389.02 16.64
Z 20 90 8 417.58 19.57
Ukuran volume yang kecil ( 90 mm3) memungkinkan pellet akan lebih cepat cair dibandingkan bila volumenya besar (yaitu 250 ; 640; 1000 mm3). Semakin lebih cepat cair menyebabkan kontak antara cairan aluminium dengan permukaan besi tuang nodular pada interface akan semakin sempurna. (Tabel 2)
Pada penelitian terdahulu, pada suhu 800 oC dan waktu pemanasan 2 jam, aluminium dalam bentuk serbuk tidak mengalami pencairan. Hal ini disebabkan panas yang diterima adalah sama dengan panas yang dikeluarkan oleh serbuk aluminium.
Analisa kekerasan mikro base metal.
Contoh Jejak hasil uji kekerasan mikro pada base metal diperlihatkan pada gambar 4.
Untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh ukuran pellet terhadap kekerasan base metal dilakukan uji Anova dengan menggunakan software Minitab. Langkah pertama memastikan apakah data setiap grup terdistribusi secara normal. Jika data terdistribusi secara normal maka langkah kedua adalah melakukan uji beda nilai kekerasan base metal rata-rata semua grup. Bila pada langkah kedua tidak terdapat perbedaan nilai rata-rata antar grup maka uji dihentikan. Akhirnya dianalisis pengaruh ukuran pellet terhadap kekerasan base metal.
Hasil uji kenormalan memperlihatkan bahwa seluruh data pada setiap sampel terdistribusi secara normal Karena data terbukti terdistribusi secara normal, maka langkah kedua adalah uji beda nilai kekerasan intermetalik rata-rata semua grup (dengan Anova). Hasil uji Anova dapat diketahui bahwa ukuran pellet tidak berpengaruh pada kekerasan base metal (Tabel 3)
Tabel 3 Nilai rata -rata dan simpangan baku kekerasan mikro base metal.
Kode sampel N HVN (rata-rata)
Simpangan baku
Z16 6 348.09 18.21
Z17 6 347.62 8.78
Z18 6 351.62 17.41
Z20 6 355.07 14.74
Kesimpulan
a). Kekerasan mikro lapisan intermetalik tidak berubah bila ukuran volume pellet menurun dari 1000 mm3 hingga ke ukuran 250 mm3.
b). Kekerasan mikro lapisan intermetalik mulai meningkat bila ukuran volume pellet mencapai 90 mm3.
c). Kekerasan base metal tidak dipengaruhi oleh ukuran volume pellet. Ucapan terima kasih
Penelitian ini dibiayai oleh Skim Bantuan Biaya Penelitian Hibah Bersaing bagi Dosen Perguruan Tinggi Swasta KOPERTIS Wilayah III Jakarta dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan pekerjaan nomor 030/L3/KU/K/2011 tanggal 23 Maret 2011.
Daftar pustaka
Dody Prayitno; Norosmimi Abdul Razak 2006, Effek Suhu Rendaman pada Metode Aluminizing Terhadap kekuatan Baja Karbon Rendah, Jurnal Teknik Mesin, Volume 6 No 3
Dody Prayitno; Norosmimi Abdul Razak 2007, Effek Pemanasan Pendahuluan pada metode Aluminizing terhadap kekuatan baja karbon Rendah, Jurnal POROS, Volume 10 No 2
Dody Prayitno , 2009, Pembentukan lapiran intermetalik dengan metode powder liquid coating sebagai upaya alternative pengerasan permukaan besi tuang nodular, Laporan penelitian Hibah Bersaing 2009 DIKTI Kementerian Pendidikan Nasional
Dody Prayitno , 2010, Pembentukan lapiran intermetalik dengan metode powder liquid coating sebagai upaya alternative pengerasan permukaan besi tuang nodular, Laporan penelitian Hibah Bersaing 2010 DIKTI Kementerian Pendidikan Nasional
Murakami, Nishida Norihide, Kozo Osamora, Yo Tomota, Tetsuya Suzuki, 2004, Aluminization of High Purity Iron and Stainless steel by Powder Liquid Coating, Acta Materilia 52, Elsevier, p 2173-2184
