POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2 September 2013
Pengaruh Variasi Waktu… 52
PENGARUH VARIASI WAKTU BAJA KARBON RENDAH TERHADAP STRUKTUR MIKRO, NILAI KEKERASAN,
LAJU KOROSI DAN NILAI KEAUSAN SPESIFIK
Sutrisno
Teknik Mesin, Universitas Nahdlatul Ulama Surakarta E-mail : [email protected]
ABSTRACT
AISI 1008 steel is a kind of low carbon steel, in which the carbon content (C) a maximum of only 0.1% C. In general, low carbon steel has the advantage of having a resilient nature, tough, has the ability to weld and machine good and relatively cheap. However, low carbon steel also has some drawbacks such as low hardness values and also a high corrosion rate. One effort to improve corrosion resistance on steel is hard chromium plating. The purpose of this study was to determine the effect of variations in hard chromium plating time on the microstructure, hardness value, the value of the corrosion rate of low carbon steel (AISI 1008)
Hard chromium plating process using a variety of processing time 20 minutes, 40 minutes and 60 minutes with the strong currents of 10A. Analysis of the microstructure using optical microscopy and Scanning Electron Microscope (SEM). Vickers hardness testing method, corrosion testing using test equipment corrosion rate type three-electrode cell with a potentiostat type PGS - 201T with
corrosive media 0.5% NaCl solution
The test results showed that the coating formed on the hard chromium plating process is influenced when the coating process. Hardness value increases with increasing processing time. The highest hardness value occurs in hard chromium plating process with strong currents 60 minutes is 562 VHN. The value of the corrosion rate decreased with increasing processing time, where the lowest corrosion rate at 60 minutes is 0.989 mm / year. Lowest specific wear values at 60 minutes is 2,925.10-4 mm2/kg.
Keywords: hard chrome, time, violence, the rate of corrosion, wear and tear. I PENDAHULUAN.
Logam baja merupakan salah satu logam yang paling banyak digunakan dalam berbagai bidang
diantaranya pada kontruksi
bangunan, komponen permesinan, komponen perkapalan, komponen otomotif, mesin perkakas, bahan rel kereta api, perpipaan dan juga
alat berat. Secara umum baja memiliki sifat tangguh, mampu
dilakukan proses permesinan,
mempunyai sifat mampu las yang baik. Namun demikian baja juga memiliki kelemahan yaitu tidak tahan terhadap korosi. Nilai kekerasan baja lebih rendah dibanding besi cor karena kadar
Pengaruh Variasi Waktu… 53 karbon yang terkandung dalam
baja lebih rendah antara 0 - 2% C.
Penggunaan baja dapat
disesuaikan dengan kebutuhan tergantung pada sifat mekanik dan
karakteristik yang dinginkan.
Mutu logam baja akan mengalami
penurunan akibat baja
berhubungan dengan udara
maupun fluida dan juga adanya kontak dengan material lain sehingga akan timbul gesekan dan
material akan mengalami
keausan. Karena faktor tersebut maka daya guna dari baja tidak bisa maksimal. Faktor lain yang menyebabkan penurunan mutu logam adalah korosi.
Korosi juga menjadi beban
bagi peradaban manusia
(Trethewey dan Chamberlain
1991) diantaranya: a) dari segi biaya korosi sangat mahal, b)
korosi sangat memboroskan
sumberdaya alam, c) korosi
sangat tidak nyaman bagi
manusia, bahkan kadang
mendatangkan maut.
Gesekan (friction) merupakan bentuk dari hilangya energi akibat adanya kontak dua permukaan yang saling bergerak relatif satu sama lain (Hutchings, 1992).
Gesekan yang terjadi akan
menimbulkan panas dan material menjadi cepat aus. Jika gesekan tersebut berlangsung secara terus menerus maka material yang saling berkontak akan mengalami goresan, permukaan material bisa
berkurang bahkan bisa
menyebabkan hilangnya sebagian
energi. Lebih dari 60% daya yang disuplai ke mesin dibuang sebagai panas melalui diinding blok silinder dan juga dibuang melalui
gas buang (Merlo, 2003).
Kehilangan daya tersebut akibat adanya gesekan komponen yang berkontak dan bergerak relatif satu sama lain
Salah satu cara pencegahan serangan korosi dan juga keausan pada material baja yang saling berkontak dengan cara pelapisan
permukaan. Electroplating
merupakan salah satu cara
pelapisan permukaan substrat
yang berlangsung dalam larutan
elektrolit, dimana material
substrat berfungsi sebagai katoda dan material pelapis sebagai anoda (Grainger, 1989). Arus searah (DC) dialirkan ke anoda dan katoda. Arus listrik akan
mengalir melalui lauratan
elektrolit, sehingga ion-ion dari anoda berpindah ke katoda.
Hard chrome merupakan
salah satu cara untuk
memperpanjang umur pakai dari komponen seperti valve, ring
piston dan journal bearing
(Merlo, 2003). Lapisan krom yang terbentuk menghasilkan sifat kekerasan yang tinggi, sehingga chromium plating selain untuk pencegahan terhadap korosi juga untuk mengurangi laju keausan suatu material. Aplikasi dari chromium plating banyak
digunakan dalam industri
otomotif (transmission,
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2 September 2013
Pengaruh Variasi Waktu… 54
kemudi), aerospace dan pipa-pipa oli/gas (Leahey, 2009).
Pada penelitian akan
dipelajari pengaruh waktu proses terhadap struktur mikro, nilai kekerasan dan laju korosi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui pengaruh waktu
terhadap struktur mikro, nilai kekerasan, juga laju korosi dan laju keausan spesifik pada baja karbon rendah (AISI 1008). II LANDASAN TEORI
Raharjo (2010) melakukan
penelitian tentang pengaruh
tegangan listrik dan waktu proses electroplating terhadap ketebalan dan juga kekerasan ada baja ST 40 yang dilapisi krom. Ketebalan lapisan dan juga nilai kekerasan meningkat seiring dengan naiknya tegangan listrik dan juga lamanya
waktu proses electroplating
selama 15 menit. Ketebalan maksimum yang dicapai yaitu
37,79 µm pada tegangan 12 volt
selama 15 menit, sedangkan kekerasan optimum yang dicapai
adalah 351,29 VHN pada
tegangan 12 volt selama 15 menit. Pengaruh tegangan pada proses electroplating pada baja dengan pelapis krom dan seng terhadap nilai kekerasan dan laju korosi telah diteliti oleh Alian
(2010). Penelitian ini
menggunakan unsur krom dan seng sebagai bahan pelapis. Uji korosi dilakukan pada media
menyerupai kondisi air laut
selama 168 jam. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa pelapis krom lebih baik dari pelapis seng dalam melindungi baja terhadap laju korosi dalam lingkungan air laut. Penambahan kekerasan terbesar didapat pada tegangan listrik 12 volt pada pelapis krom sebesar 6,950 VHN dan pelapis seng sebesar 9,851 VHN. Laju korosi terkecil pada tegangan listrik 12 volt dengan laju korosi untuk pelapis krom sebesar 0,0173 mm/tahun dan untuk pelapis seng sebesar 0,0573 mm/tahun.
III METODOLOGI. a Material.
Material yang dipakai
adalah baja karbon rendah
(AISI 1008) dengan
kandungan karbon (C)
maksimal 0,1%, mangan (Mn) antara 0,3-0,5%, fosfor (P) maksimal 0,04 dan belerang
(S) maksimal 0,05%.
Spesimen dipotong dengan
ukuran diameter 13 mm
dengan tebal 3 mm.
Gambar 1 foto spesimen material
Pengaruh Variasi Waktu… b Proses .
Proses pelapisan
chrome secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 2 . Spesimen (baja AISI 1008)
sebagai sumbu katoda
sedangkan sumbu anodanya adalah anoda tak terlarut (Pb). Komposisi larutan pada proses adalah : Larutan chromic acid
(CrO3) = 260 g/l, Asam sulfat
(H2SO4) = 3 g/l, dengan suhu
larutan sekitar 45o – 55
Arus yang digunakan dalam proses hard chrome adalah 10A dengan waktu proses 20 menit, 40 menit serta 60 menit.
Gambar 2 skema hard chrome
a Struktur mikro.
Karakterisasi struktur
mikro dari material akan
dilihat dengan melakukan foto
mikro pada daerah yang
mengalami proses
chrome dan daerah yang diuji
korosi. Untuk mengetahui
bentuk struktur mikro
spesimen, yaitu dengan
mengambil penampang
55 hard
secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 2 . Spesimen (baja AISI 1008)
sebagai sumbu katoda
sedangkan sumbu anodanya adalah anoda tak terlarut (Pb). Komposisi larutan pada proses
chromic acid ) = 260 g/l, Asam sulfat ) = 3 g/l, dengan suhu
55o C.
Arus yang digunakan dalam adalah 10A dengan waktu proses 20 menit, 40 menit serta 60 menit.
Karakterisasi struktur
mikro dari material akan
dilihat dengan melakukan foto
mikro pada daerah yang
hard dan daerah yang diuji
Untuk mengetahui
bentuk struktur mikro
spesimen, yaitu dengan
mengambil penampang
permukaan spesimen untuk dipoles dan dietsa dengan
larutan Nital (2%HNO3 dan
98% propanol) selama 30
detik. Pengamatan struktur
mikro menggunakan
mikroskop optik dan SEM
dengan pembesaran yang
bervariasi. c Kekerasan.
Pada penelitian ini
pengujian kekerasan
menggunakan metode
Vickers. Uji kekerasan
Vickers menggunakan
penumbuk piramida intan
yang dasarnya berbentuk
belah ketupat. Besarnya sudut antara permukaan-permukaan
piramid yang saling
berhubungan adalah 136o.
Metode pengujian Vickers dapat dilihat pada Gambar 3.
Pengujian kekerasan
menggunakan beban 250 gr dan ditahan selama 10 detik
Gambar 3 metode pengujian Vikers
(
2 854 , 1 mm kg d p VHN = 2)
mm kgPOLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2 September 2013
Pengaruh Variasi Waktu… 56
Dengan :
p = beban indentasi (kg) d = diagonal rata-rata bekas injakan (mm)
d. Korosi.
Korosi merupakan proses perusakan logam dan degradasi sifat logam akibat berinteraksi dengan lingkungannya. Korosi
terjadi berdasarkan proses
elektro-kimia (electrochemical process). Laju korosi (Jones, 1992) dapat dihitung dalam mils (0,001 in) per year (mpy) dengan rumus seperti dibawah:
2) 0,129 .
.
Dengan :
r = laju korosi (mpy) a = berat atom
n = valensi atom
i = rapat arus korosi (µA/cm2)
D = berat jenis sampel
(gr/cm3)Perhitungan laju korosi
untuk paduan, terlebih dahulu
dihitung berat equivalennya
(equivalen weight= EW) dengan persamaan (Jones 1992): 3) 4) ∑ ∑ . Dengan : EW = berat equivalen
NEQ = nilai equivalen total
= fraksi berat
= nomor massa atom
! = elekron valensi
Maka persamaan (2) menjadi:
5) 0,129 "#$%&'
e. Keausan.
Keausan merupakan
kejadian dimana material
hilang dari permukaannya
karena berinteraksi dengan
permukaan pasangannya
(Hutchings, 1992). Nilai
keausan spesifik (Ws ) dapat
dihitung dengan persamaan:
( ). *
+
8. . -. ./
Dengan:
Ws =keausan spesifik material
(mm2/kg)
B = tebal disk pengaus (mm)
B = jarak abrasi (mm)
R = jari – jari disk pengaus (mm)
P = beban (kg)
lo = jarak sliding (mm)
Pengujian keausan
menggunakan alat uji keausan Ogoshi High Speed Universal Wear Testing Machine (Type OAT-U) dengan beban (P) yang digunakan 2,12 kg, tebal pengaus (B) = 3,305 mm, jari – jari pengaus (r) = 12,85 mm
serta jarak sliding (lo) = 5000
mm. Skema dari proses uji keausan metode Oghosi dapat ditunjukkan pada Gambar 4
Pengaruh Variasi Waktu… 57 Gambar 4 Skema uji keausan Oghosi
f. HASIL DAN
PEMBAHASAN.
a Uji komposisi material. Berdasarkan hasil
uji komposisi kimia
material yang digunakan, dapat dilihat pada Tabel 1.
Hasil uji komposisi kimia
menunjukkan bahwa
spesimen yang digunakan
termasuk kedalam
kategori baja karbon
rendah jenis AISI 1008.
Tabel 1 komposisi kimia Struktur Mikro.
Gambar 5 memperlihatkan
struktur mikro dari raw
material, dimana struktur
mikro berupa ferit dan perlit. Hal tersebut
menunjukkan bahwa material yang digunakan adalah jenis baja karbon rendah
Gambar 5 struktur mikro raw material (AISI 1008) dengan perbesaran 200x, C Mn Si P S Cr W Ni Cu Standar ASTM <0,1 0,3-0,5 - <0,4 <0,5 - - - - Hasil uji komposisi 0,0673 0,47 0,226 0,0388 0,0167 0,0518 0,296 0,0776 0,0765
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2 September 2013
Pengaruh Variasi Waktu… 58
b Nilai kekerasan.
Gambar 6 dibawah menunjukkan grafik nilai
kekerasan proses hard
chrome pada kuat arus
10A dengan interval
waktu 20, 40 dan 60 menit. Nilai kekerasan material dasar sebesar 193
VHN, setelah material
mengalami proses
pelapisan nilai kekerasan
meningkat dengan
bertambahnya waktu
pelapisan. Hal ini
disebabkan dengan
semakin lama waktu
proses pelapisan akan
semakin banyak deposit
yang terbentuk pada
permukaan material
sehingga akan
meningkatkan nilai
kekerasannya. Nilai
kekerasan paling tinggi pada waktu 60 menit yaitu
562 VHN.
Gambar 6 grafik nilai kekerasan c Laju korosi.
Gambar 7 dibawah
memperlihatkan grafik
laju korosi hasil proses hard chrome pada kuat arus 10A dengan interval waktu 20, 40 dan 60
menit. Laju korosi
material dasar adalah
1,487
mm/year Laju korosi akan
mengalami penurunan
dengan adanya
peningkatan waktu proses hard chrome. laju korosi terendah pada waktu 60
menit sebesar 0,989 mm/year. 0 100 200 300 400 500 600 0 20 40 60 n il a i k ek e ra sa n ( V H N ) Waktu (menit) grafik kekerasan
Pengaruh Variasi Waktu…
Gambar 7
Gambar 8a dibawah
memperlihatkan hasil
SEM pada lapisan Cr
yang telah mengalami
korosi. Bentuk korosi yang terjadi merupakan korosi
sumuran (fitting
corrosion) yang
Gambar 7 hasil foto a)SEM dan b)EDX d Nilai keausan spesifik.
Gambar 8 menunjukkan
grafik nilai keausan
spesifik hasil proses chrome pada kuat arus 10A dengan waktu proses 20, 40 dan 60 menit. Nilai
keausan spesifik
mengalami penurunan
seiring dengan makin
lamanya waktu proses
0 0.5 1 1.5 2 0 la ju k o ro si ( m m /y ea r) 59 Gambar 7 laju korosi
dibawah
memperlihatkan hasil
SEM pada lapisan Cr2O3
yang telah mengalami
korosi. Bentuk korosi yang terjadi merupakan korosi fitting
) yang
menyerang secara lokal. Hasil EDX pada Gambar
7b memperlihatkan
komposisi utama berupa
unsur Cr dan O serta
kemungkinan dalam
bentuk Cr2O3
Gambar 7 hasil foto a)SEM dan b)EDX keausan spesifik.
Gambar 8 menunjukkan
grafik nilai keausan
spesifik hasil proses hard e pada kuat arus 10A dengan waktu proses 20, 40 dan 60 menit. Nilai
keausan spesifik
mengalami penurunan
seiring dengan makin
lamanya waktu proses
hard chrome. Hal ini
menunjukkan bahwa
material baja karbon
rendah yang telah
mengalami proses hard chrome lebih tahan aus dibandingkan dengan baja karbon rendah yang tanpa proses hard chrome. Nilai keausan spesifik terendah
20 40 60
waktu (menit) grafik laju korosi
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2 September 2013
Pengaruh Variasi Waktu… 60
pada waktu 60 menit yaitu 2,925.10-4 mm2/kg.
Gambar 8 keausan spesifik g. KESIMPULAN
1. Hard Chromium plating
akan meningkatkan nilai kekerasan, menurunkan laju korosi dan juga menurunkan nilai keausan spesifik pada baja karbon rendah (AISI 1008).
2. Nilai kekerasan akan
semakin meningkat dengan bertambahnya waktu proses
hard chrome. nilai
kekerasan tertinggi pada waktu 60 menit yaitu 562
VHN.
3. Laju korosi mengalami
penurunan dengan
bertambahnya waktu proses hard chrome, laju korosi terendah pada waktu 60 menit yaitu 0,989 mm/year.
4. Nilai keausan spesifik
mengalami penurunan
dengan bertambahnya
waktu proses hard chrome,
nilai keasuan spesifik
terendah pada waktu 60
menit yaitu 2,925.10-4
mm2/kg.
DAFTAR PUSTAKA
Alian, H., 2010, “ Pengaruh Tegangan Pada Proses Electroplating Baja Dengan Pelapis Seng Dan Krom Terhadap Kekerasan Dan Laju Korosi “, Prosedding
Seminar Nasional
Tahunan Teknik Mesin
(SNTTM) Ke-9
Palembang.
ASM Handbook, 2005,
“Properties and
Selection: Irons, Steels, and High Performance
Alloys”, Metal
Handbook, Vol 1.
Barbato, S.R, Ponce, J.F, Jara, M.V, Cuevas, J.S, Egana, R.A., 2008, “ Study Of The Effect Of -4.0E-04 1.0E-04 6.0E-04 1.1E-03 1.6E-03 0 20 40 60 k ea u sa n s p es if ik (m m 2 /k g ) waktu (menit)
Pengaruh Variasi Waktu… 61 Temperature On The
Hardness, Grain Size,
And Yield In Electrodeposition Of Chromium On 1045 Steel “, Journal Of The Chilean Chemical Society, Vol 53, N.1. pp Callister, W.D., 2007, “
Material Science and
Engineering an
Introduction 7ed”, JohnWiley and Sons.inc.
Grainger, S., 1989, “Engineering Coatings (Design And Application)”, First Edition, Abington Publishing, England. Hutchings, I.M.,1992,”Tribology (Friction and Wear of Engineering Materials)”, First Edition, A Arnold, Hodder Headline Group, London.
Leahey, M.W., 2009,
“Replacement Of Hard Chrome Electroplating By Tungsten Carbide Based High Velocity Oxygen Fueled Thermal Spray”, A Project
Submitted to the
Graduate, Rensselaer
Polytechnic Institute,
Hartford CT.
Merlo, A.M., 2003, “The Contribution Of Surface Engineering To The Product Performance In
The Automotive
Industry”, Journal
surface and Coatings
Technology, Elsevier,
174-175, pp 21-26.
Mulyadi, F.W., 2007,
“Pengaruh Temperatur, Rapat Arus Dan Waktu Dari Proses Pelapisan Hard Chromium Pada Material ST 41 Yang Telah Mengalami Proses Perlakuan Panas”,
Tugas Akhir, Institut
Teknologi Bandung. Raharjo, S., 2010, “Pengaruh
Variasi Tegangan Listrik Dan Waktu Proses Electroplating Terhadap Ketebalan Serta Kekerasan Lapisan Pada Baja Karbon Rendah Dengan Krom”, Master
Thesis, Universitas
