ANALISIS SIFAT MEKANIK BAJA KARBON MENENGAH YANG DIPANASKAN C DENGAN QUENCHING PADA LARUTAN NaOH SKRIPSI STEFEN SITORUS

(1)

LARUTAN NaOH

SKRIPSI

STEFEN SITORUS 110801048

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2019

(2)

LARUTAN NaOH

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

STEFEN SITORUS 110801048

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2019

(3)

(4)

ii

PERNYATAAN

ANALISIS SIFAT MEKANIK BAJA KARBON MENENGAH YANG DIPANASKAN 850

⁰

C DENGAN QUENCHING PADA

LARUTAN NaOH

SKRIPSI

Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing - masing disebutkan sumbernya.

Medan, Januari 2019

Stefen Sitorus 110801048

(5)

PENGHARGAAN

Segala Puji dan Syukur kepada Allah Bapa atas Kasih dan Rahmat-Nya yang senantiasa menyertai penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan terima kasih terkhusus kepada Orang tua terbaik yang telah mendidik dan membesarkan saya sampai saat ini dan selalu memberikan dukungan moral dan moril serta doa, kepercayaan dan semangat selama ini kepada penulis.Dengan sepenuh hati, penulis juga mengucap kan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai Ketua Departemen Fisika FMIPA USU dan Selaku Pembimbing yang telah membantu dan memberikan waktu, saran serta dukungan selama bimbingan.

2. Bapak Awan Maghfirah Ssi. Msi, sebagai Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA USU.

3. Seluruh Staff Dosen pengajar di Departemen Fisika yang telah memberikan materi selama perkuliahan.

4. Pegawai pegawai Departemen Fisika yang telah membantu dan memberikan petunjuk dan arahan selama perkuliahan.

5. Teman-teman dan para Sahabat yang tidak dapat disebutkan satu- persatu yang telah menjadi keluarga kedua penulis selama ini.

6. Adik-adik saya ( Mawar, Renica, Zasmin, Zeremia) yang telah memberikan waktu, semangat, doa selama ini.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyelesaian skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan dari para pembaca.

Medan, Januari 2019

Stefen Sitorus

(6)

v

ANALISIS SIFAT MEKANIK BAJA KARBON MENENGAH YANG DIPANASKAN 850

⁰

C DENGAN QUENCHING PADA

LARUTAN NaOH

ABSTRAK

Telah dilakukan sebuah penelitian tentang Analisis sifat Mekanik Baja Karbon menegah dengan Quencing pada larutan NaOH. Pemanasan baja karbon menengah didalam tungku pemanas hingga 850 °C kemudian dilakukan pendinginan secara cepat kedalam larutan NaOH yang telah divariasikan konsentrasinya (5%,10%,15%,20%,25 %) dan dibiarkan mencapai suhu kamar (27°C). Nilai kekerasan baja karbon menengah yang original sebesar 9,4HRC dan nilai kekuatan tarik sebesar 656,85 Mpa, sedangkan untuk bahan dengan proses perlakuan panas dan proses pendinginan dengan konsentrasi NaOH yang berbeda (5%,10%,15%,20%,25%) menghasilkan nilai kekerasan sebesar 57HRc, 58,3HRc, 58,5HRc, 60HRc, 57,5HRc dan nilai kekuatan tarik sebesar 728,50Mpa, 835,99MPa, 987,26MPa, 1035MPa, dan 855MPa untuk konsentrasi NaOH yang berbeda (5%,10%,15%,20%,25 %). Pengamatan struktur mikro yang terlihat untuk bahan tanpa perlakuan panas yaitu struktur ferit dan perlit, sedangkan untuk bahan dengan proses perlakuan panas dan proses pendinginanya itu struktur perlit dan martensit.

Berdasarkan hasil pengujian diatas, maka dapat disimpulkan bahwa proses perlakuan panas dan proses pendinginan kedalam larutan NaOH nilai kekerasan dan kekuatan tarik meningkat, sedangkan pada konsentrasi 25 %nilai kekerasan dan kekuatan tarik menurun. Analisis stuktur Kristal XRD pada Baja Karbon Menengah dengan Pada baja karbon menengah dari tiga peak tertinggi dari setiap sampel uji didapat bahwa struktur kristalnya orthrocombic dimana parameter kisia, b,dan c.

Kata Kunci : Baja Karbon menengah perlakuan panas 850 °C, quenching, sifat mekanik dan stuktur Kristal

iv

(7)

ANALYSIS OF MECHANICAL PROPERTIES OF THE MEDIUM CARBON STEEL WITH HEATED 850 ⁰C QUENCHING NaOH

ABSTRACT

Research has been done on the mechanical of medium carbon steel with Quencing NaOH. Heating medium carbons teel in the furnace heated up to 850°C and then cooling rapidly carried to a solution of NaOH which has been varied concentrations (5%,10%,15%,20%,25%) and allowed to reach room temperature (27°C). HRC hardness values of 9.4 and the tensiles trength of 656.85MPa for materials original, where as for materials with the process of heat treatment and cooling cent with different concentrations of NaOH (5%,10%,15%,20%, 25%) resulted invalues hardness of 57HRC, 58.3HRC ,58.5HRC, 60HRC, HRC57.5 and the tensile strength of 728.50MPa, 835.99 MPa, 987.26 MPa, 1035 MPa and 855 MPa for concentration different NaOH (5%,10%,15%,20%,25%). Observations of micro structure that looks to the material with out heat treatment, namely the structure of ferrite and pearlite, while for materials with heat treatment process and the process of cooling the pearlite structure and martensit. From the test results, it can be concluded that the process of heat treatment and cooling process into a solution of NaOH hardness values and tensile strength increased, whereas at a concentration of 25% of the value of hardness and tensile strength decrease.

Analysis of XRD crystalline structure on Medium Carbon Steel with intermediate carbon steel from the three highest peaks of each test sample was found that its orthrocombic crystal structure in which lattice parameters a, b, and c.

Keywords : Medium carbon steel heat treatment 850 °C, quenching, mechanical properties and crystal structure

(8)

vi DAFTAR ISI

Halaman

PERSETUJUAN i

PERNYATAAN ii

PENGHARGAAN iii

ABSTRAK iv

ABSTRACT v

DAFTAR ISI vi

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR ix

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1.Latar belakang 1

1.2.Rumusan Masalah 2

1.3.Batasan Masalah 2

1.4.Tujuan Penelitian 2

1.5.Manfaat Penelitian 3

1.6.Sistematika Penulisan

BAB IITINJAUAN PUSTAKA 4

2.1. Baja 4

2.1.1 Baja Karbon 5

2.1.2 Baja Paduan 6

2.1.3 Unsur Campuran Pada baja 6

2.2 Perlakuan Panas (Heat Treatment) 7

2.3 Media Pendingin 9

2.4 Pengerasan (Hardening) 12

2.4.1 Pengerasan Baja 14

2.5 Sifat Mekanik Logam 16

2.5.1 Kekerasan (Hardness) 16

2.5.2 Kuat Tarik (Tensile Strength) 16

2.5.3 Prinsip Pengujian Kekuatan Tarik 17

2.5.5 Kekuatan Tarik Maksimum 17

2.5.6 Regangan 17

2.5.7 Modulus Elastis 18

2.6 Pengaruh SuhuTerhadap Benda 18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 19

3.1 Alat Dan Bahan Penelitian 19

3.1.1Alat

3.1.2Bahan 19

3.2 ProsedurPercobaan

3.2.1.Prosedur Untuk Perlakuan Panas 19

(9)

3.2.2 Prosedur untuk Pengujian Bahan 20 3.2.3 Pengujian Kekerasan Metode Rockwell 21

3.2.4 Pengujian Uji Tarik 22

3.2.5 Pengujian Struktur Mikro 24

3.3 Teknik Analisa Data 24

3.4 Diagram Alir 25

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN 26

4.1 Hasil Penelitian

4.1.1Kekerasan 26

4.1.2 Kekuatan Tarik 27

4.1.3 Pengamatan Strukrur Mikro 27

4.1.4 Data hasil XRD Baja Karbon menengah 32 4.2 Pembahasan

4.2.1 Kekerasan 38

4.2.2 Pengujian Kekuatan Tarik 39

4.2.3 Pengamatan Struktur Mikro 40

4.2.4 Analisis hasil XRD Baja Karbon menengah 41 BABVKESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 42

5.2 Saran 43

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(10)

viii

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel

2.1 Pengkristalan kembali pada beberapa logam 9

4.1 Data Hasil Pengujian Kekerasan 26

4.2 Data Hasil Pengujian Kekuatan Tarik 27 4.3 Data peak Tertinggi untuk Baja Karbon menengah

dengan T= 850⁰Original 32

4.4 Data peak Tertinggi untuk Baja Karbon menengah

dengan T= 850⁰ C, Quenching NaOH 5% 33 4.5 Data peak Tertinggi untuk Baja Karbon menengah

denganT= 850⁰ C, Quenching NaOH 25% 37

(11)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar

2.1 Diagram Keseimbangan (Equilibrium) 13

2.2 Hubungan Antara Kandungan Karbon Dengan Kekerasan Baja 15 2.3 Hubungan Antara Kandungan Karbon Dengan Suhu14

3.1 Bahan Uji Kekerasan 21

3.2 Alat Uji Kekerasan 22

3.3 Bahan Uji Tarik 23

3.4 Alat Uji Tarik

3.5 Alat Analisis Struktur Mikro 24

4.1 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah Tanpa Perlakuan

Panas Dengan Perbesaran 500x 27

4.2 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah Setelah Proses Perlakuan

Panas 850⁰Dengan Quenching Naoh 5%,Perbesaran 500x 28 4.3 Struktur Mikro Baja Karbon Menengah Setelah Proses Perlakuan

Panas 850⁰Dengan Quenching Naoh 25%,Perbesaran 500x 31 4.7 Pola Difraksi Baja Karbon Menengah (Fe₃C) Dengan

T= 850⁰ COriginal 32

4.8 Pola Difraksi Baja Karbon Menengah (Fe3C) Dengan

T= 850⁰ C,Quenching 5% NaOH 33

4.9 Pola Difraksi Baja Karbon Menengah (Fe₃C) Dengan

T= 850⁰ C,Quenching10% NaOH 34

(12)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Kebutuhan akan bahan logam dalam pembuatan alat – alat dan sarana kehidupan semakin meningkat. Mulai dari peralatan yang paling sederhana sampai pada peralatan yang paling rumit, misalnya perabot rumah tangga, jembatan, bangunan, kendaraan, dan konstruksi pesawat terbang. Dalam meningkatkan kekerasan bahan tersebut dapat dilakukan dengan proses perlakuan panas. Perlakuan panas ( Heat – treatment) adalah proses yang memanaskan logam dalam keadaan padat sampai suhu tertentu dan kemudian didinginkan untuk memberi sifat fisis atau mekanis yang lebih sempurna pada logam. Dengan cara perlakuan panas dapat juga dilakukan perubahan ukuran dan bentuk butir – butiran logam. (Amanto, 1999).

Kekerasan dapat didefinisikan sebagai ketahanan terhadap penetrasi atau kemampuan bahan untuk tahan terhadap penggoresan indentasi atau penetrasi. Nilai kekerasan berkaitan dengan kekuatan tarik atau luluh logam karena selama penjajakan, logam mengalami deformasi plastis sehingga terjadi regangan dengan persentasi tertentu. Kekerasan juga berhubungan dengan ketahanan aus dari logam.

(Smallman, 1991). Telah dilakukan penelitian sebelumnya (Rajagukguk, 2005), dan hasil penelitian mengenai pengaruh pendingin terhadap kekuatan tarik baja karbon menengah disimpulkan bahwa kekuatan tarik untuk bahan original, kekuatan tarik ratanya adalah 744,04 x 10⁶ N/m ². Untuk bahan yang dihardening, quenching dengan oli kekuatan rata – ratanya adalah 1306,73 x 10⁶ N/m ².

Untuk bahan yang dihardening, quenching dengan air kekuatan rata – ratanyaa dalah 98,85 x 10⁶N/m²Selanjutnya, penelitian mengenai pengaruh NaCl sebagai media pendingin pada perlakuan panas terhadap sifat mekanik baja karbon menengah memberikan hasil bahwa nilai kekerasannya meningkat dari 9,6 HRC untuk bahan yang original menjadi 58,4 HRC, 58,1 HRC, 57,4 HRC, 56,3 HRC, dan 55,8 HRC untuk masing masing konsentrasi yang berbeda. Dan nilai uji tarik nya juga meningkat dari 765,56MPa, 1132,56 MPa, dan 779,58 MPa untuk masing – masing konsentrasi yang berbeda (Agustina 2007). Setelah memperhatikan hasil dan

(13)

kesimpulan dari penelitian – penelitian di atas, penulis tertarik untuk melakukan penelitian dengan judul: “ Analisis Sifat Mekanik Baja Karbon Menengah yang dipanaskan 850⁰ C dengan Quenching Pada Larutan NaOH”.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang, maka rumusan masalah dalam penelitian ini yaitu:

1. Bagaimana pengaruh konsentrasi NaOH sebagai media pendingin terhadap kekerasan, dan kekuatan tarik baja karbon menengah setelah dilakukan proses perlakuan panas dan pendinginan.

2. Melihat mikro struktur dan struktur kristal baja karbon menengah setelah dilakukan proses perlakuan panas dan pendinginan.

1.3 BATASAN MASALAH

Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah yaitu melakukan variasi larutan NaOH dengan konsentrasi 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, menggunakan baja karbon menengah dengan perlakuan panas. Pengujian yang dilakukan yaitu kekerasan, kekuatan tarik, mengamati struktur mikro, struktur Kristal baja karbon menengah.

1.4 TUJUAN PENELITIAN

Adapun tujuan penelitian yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH sebagai media pendingin terhadap

kekerasan, dan kekuatan tarik baja karbon menengah setelah dilakukan proses perlakuan panas dan pendinginan.

2. Melihat mikro struktur Baja Karbon menengah setelah dilakukan proses perlakuan panas dan pendinginan.

3. Untuk mengetahui stuktur kristal dan parameter kisi a, b, c, Baja Karbon menengah dengan perlakuan panas 850⁰ C, quenching dengan NaOH pada konsentrasi 5%,10%, 15%, 20%, 25%.

1.5 MANFAAT PENELITIAN

1. Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat bagi penulis dalam mempelajari bagaimana pengaruh media pendingin terhadap bahan logam setelah melalui

(14)

proses perlakuan panas dan untuk menambah wawasan penulis dalam bidang material.

2. Diharapkan hasil dari penelitian ini dapat membantu masyarakat untuk membandingkan bahan logam setelah melalui proses perlakuan panas dan pendinginan dengan NaOH terhadap pendingin yang lain.

1.6 SISTEMATIKAPENULISAN

Sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah sebagai berikut:

Bab I Pendahuluan

Bab ini mencakup latar belakang penelitian, rumusan penelitian, manfaat penellitian, dan sistematika penulisan.

Bab II Tinjauan Pustaka

Bab ini membahas tentang landasanteori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan Bab III Metodologi Penilitian

Bab ini membahas tetang waktu dan tempat penelitian dan prosedur penelitian.

Bab IV Hasil dan Pembahasan

Bab ini membahas tentang hasil penilitian dan analisa data yang diperoleh dari hasil penelitian.

Bab V Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan memberikan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.

(15)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Baja

Baja termasuk logam fero dan logam karbon. Dimana komposisi dasar terdiri sari besi (Fe) dan karbon. Walaupun baja dapat didefenisikan sebagai campuran karbon dan besi, tetapi tidak ada satu jenis baja pun yang hanya terdiri dari dua elemen ini. Karena proses pembuatan dan sifat-sifat alamiah dari bahan-bahan mentah yang digunakan, semua baja mengandung bahan-bahan mentah yang digunakan, semua baja mengandung bahan-bahan lain yang tidak murni dalam jumlah kecil yang bervariasi, seperti fosfor (P), mangan (Mn), silikon (Si), dan sulfur (S) bercampur dengan elemen-elemen sisa lainnya (Love, 1982).Persentase dari unsur-unsur tersebut sangat mempengaruhi sifat dasar lolgam baja yang dihasilkan sebelum baja digunakan, perlu diketahui komposisi dari unsur-unsur baja tersebut agar tidak terjadi kesalahan dalam penggunaannya (Amanto, 1999).

Ada beberapa cara mengklasifikasikan baja, yaitu :

1. Menurut cara pembuatannya : Baja Bessemer, Baja Siemen Martin, Baja Listrik.

2. Menurut pemakaiannya : Baja perkakas, Baja Mesin, Baja Konstruksi, Baja Pegas, dan Baja Tahan Karat.

3. Menurut kekuatan atau sifat mekanisnya : Baja Kekuatan Lunak, Baja Kekuatan Tinggi.

4. Menurut struktur mikronya : Baja Eutektoid, Baja Hipoeutektoid, Baja Hipereutektoid, Baja Austenit, Baja Ferrit, dan Baja Martensit.

5. Menurut komposisi kimianya : Baja Larbon, Baja paduan.

6. Menurut proses laku panasnya : Baja Keras Air, dan Baja Keras Minyak ( Surdia, 1995) 2.1.1 Baja Karbon

Baja karbon merupakan salah satu jenis baja paduan yang terdiri atas unsur besi(Fe) dan karbon (C). Dimana besi merupakan unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Dalam proses pembuatan baja akan ditemukan pula

(16)

penambahankandungan unsur kimia lain seperti sulfur (S), fosfor (P), slikon (Si), mangan (Mn)dan unsur kimia lainnya sesuai dengan sifat baja yang diinginkan.

Baja karbonmemiliki kandungan unsur karbon dalam besi sebesar 0,2% hingga 2,14%, dimanakandungan karbon tersebut berfungsi sebagai unsur pengeras dalam struktur baja.Menurut komposisi kimianya, baja dapat dibagi dua kelompok besar, yaitu : baja karbon dan baja paduan. Baja karbon bukan berarti baja yang sama sekali tidak mengandung unsur lain, selain besi dan karbon.

Baja karbon masih mengandung sejumlah unsur lain tetapi masih dalam batas- batas tertentu yang tidak banyak berpengaruh terhadap sifatnya. Unsur-unsur ini biasanya merupakan ikatan yang berasal dari proses pembuatan baja seperti mangan dan silikon dan beberapa unsur pengotoran, seperti belerang, fosfor, oksigen, dan nitrogen yang biasanya ditekan sampai kadar yang sangat kecil.

Baja karbon dapat digolongkan menjadi tiga bagian berdasarkan jumlah kandungan karbon, yaitu :

1. Baja Karbon Rendah ( Low Carbon Steel )

Baja ini disebut baja ringan ( mild steel ) atau abaj perkakas, baja karbon rendah bukan baja yang keras, karena kandungan karbonnya rendah kurang dari 0,3%. Baja ini mempunyai sifat seperti lunak, mudah dibentuk, dilas, dan dikerjakan dengan mesin sehingga dapat dijadikan mur, baut, batang tarik dan perkakas silinder.

2. Baja Karbon Menengah ( Medium Carbon Steel )

Baja karbon menengah menagndung karbon 0,3 - 0,6% dan kandungan karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan pengerjaan panas (Heat – Treatment) yang sesuai. Baja karbon menengah digunakan untuk sejumlah peralatan mesin seperti roda gigi otomotif, batang torak, rantai, dan pegas

3.Baja Karbon Tinggi ( High Carbon Steel )

Baja karbon tinggi mengandung karbon 0,6 – 1,5% dibuat dengan cara, digiling panas. Pembentukan baja ini dilakukan dengan cara menggerinda

permukaannya, misalnya bor dan batang dasar.Baja ini digunakan untuk peralatan mesin- mesin berat, batang pengontrol.(Amanto,1999).

(17)

2.1.2 Baja Paduan

Baja paduan yaitu baja yang dicampur denga satu atau lebih unsur campuran.

Seperti nikel, kromium, molibem, vanadium, mangan, dan wolfram yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat baja yang dikehendaki ( kuat, keras, liat ), tetapi unsur karbon tidak dianggap sebagai salah satu unsur campuran.

Kombinasi antara dua atau lebih unsur campuran memberikan sifat khas dibandingkan dengan menggunakan satu unsur campuran, misalnya baja yang dicampur dengan unsur kromium dan nikel akan menghasilkan baja yang mempunyai sifat keras dan kenyal (sifat logam ini membuat baja dapat dibentuk dengan cara dipalu, ditempa, digiling dan ditarik tanpa mengalami patah atau retak-retak). Jika baja yang dicampur dengan kromium dan molibden ,akan mengahasilkan baja yang mempunyai sifat keras yang baik dan sifat kenyal yang memuaskan serta tahan terhadap panas.

2.1.3 Unsur Campuran Pada Baja 1. Unsur Campuran Dasar (Karbon)

Unsur karbon adalah unsur campuran yang paling penting dalam pembentukanbaja. Jumlah persentase dan bentuknya membawa pengaruh yang amat besar terhadap sifatnya. Tujuan utama penambahan unsur lain ke dalam baja adalah untuk mengubah pengaruh dari karbon. Unsur karbon dapat bercampur dalam besi dan baja setelah didinginkan secaa perlahan-lahan pada temperatur kamar dalam bentuk sebagai berikut :

a. Larut dalam besi untuk membentuk larutan pada ferit yang mengandung karbon di atas 0,006 pada temperatur sekitar 725 ºC. Ferit bersifat lunak, tidak kuat dan kenyal.

b. Sebagai campuran kimia dalam besi, campuran ini disebut sebagai sementit (Fe3C) yang mengandung 6,67% karbon. Sementit bersifat keras dan rapuh.

2. Unsur Campuran Lain

Di samping campuran kimia dan besi, juga terdapat unsur-unsur campuran lainnya yang jumlah persentasenya dikontrol. Unsur-unsur tersebut adalah

(18)

forpor (P), sulfur(S), mangan (Mn) dan silikon (Si). Pengaruh unsur tersebut pada baja adalah sebagai berikut :

1 Unsur posfor

Unsur fosfor membentuk larutan besi fosfida. Baja yang mempunyai titik cair yang rendah tetap menghasilkan sifat yang keras dan rapuh. Baja mengandung unsur fosfor sekitar 0,05%.

2 Unsur Sulfur

Unsur sulfur membahayakan sulfida yang mempunyai titik cair rendah dan rapuh. Kandungan sulfur harus dijaga agar serendah-rendahnya sekitar 0,05%.

3 Unsur Silikon

Silikon membuat baja tidak stabil, tetapi unsur ini menghasilkan lapisan grafit yang menyebabkan baja tidak kuat. Baja mengandung silikon sekitar 0,1 – 0,3%.

4 Unsur Mangan

Unsur mangan yang bercampur dengan sulfur akan menghasilkan mangan sulfida dan diikuti pembentukan besi sulfida. Baja mengandung mangan lebih dari 1%.

2.2 Perlakuan Panas (Heat Treatment)

Untuk memperbaiki sifat – sifat mekanis suatu logam perlu adanya suatu perlakuan panas.Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat – sifat fisis logam tersebut. Melalui perlakuan panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan besar butir dapat diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan keras disekeliling inti yang ulet (Amstead,1992).

Proses yang dilakukan dalam perlakuan panas terdiri dari empat bagian seperti, Pelunakan, (Annealing), Penormala, (Normalising), Mengeraskan, (Hardening), dan Menemper (Tempering).

• Pelunakan (Annealing) merupakan proses pemanasan yang diikuti dengan pendinginan perlahan-lahan di dalam tungku.

• Penormalan (Normalising) adalah proses pemanasan di atas suhu kritis atas dan dikeluarkan dari tungku untuk didinginkan di udara terbuka.

(19)

• Mengeraskan (Hardening) adalah perlakuan panas pada baja dari titik kritis atas kemudian dilakukan pendinginan cepat ( quenching ).

• Menemper (Tempering) merupakan pemanasan kedua dimana baja dipanaskan sampai di bawah titik kritis bawah kemudian dilakukan pendinginan ( Love, 1982 ).

Perlakuan panas pada baja dapat dilakukan sebagai berikut:

1. Pemanasan pada temperatur rendah

Pengerjaan ini adalah tidak akan menghasilkan suatu perubahan dalam struktur baja. Yang terjadi hanya perubahan kecil pada sifat mekaniknya. Apabila dalam pengerjaan ini dihasilkan suatu permukaan baja yang keras, maka dapat dihilangkan dengan cara penuangan. Pengerjaan penuangan dapat dilakukan di dalam mesin perkakas.

2. Pemanasan dalam suhu tinggi

Apabila baja dipanaskan terus-menerus yang mengakibatkan suhu pemanasan naik dan mencapai suhu tertentu, maka terjadi pembentukan butiran-butiran baru yang bentuk dan ukurannya kecil dan halus. Pembentukan butiran dapat terjadi walaupun ukuran original sebelumnya besar dan kasar, karena perubahan terjadi sebelum pengerjaan dingin.

Proses tersebut dikenal dengan proses pengkristalan kembali.

Temperatur pengkristalan kembali untuk beberapa logam dapat dilihat pada tabel 2.1. Pengkristalan dapat dikatakan kompleks apabila seluruh struktur logam terdiri dari butir-butir halus.

(20)

Tabel 2.1 Pengkristalan kembali pada beberapa Logam

(Love,G.1982)

2.3 Media pendingin

Media pendingin adalah merupakan suatu sarana akan suatu zat, baik berupa larutan, padatan maupun gas yang sifatnya sebagai pendingin terhadap bahan logam setelah melalui proses perlakuan panas yang juga sangat mempengaruhi perubahan fisis atau sifat-sifat mekanik dari bahan logam.

Pada umumnya media pendinngin yang dipakai pada proses perlakuan panas tergantung pada pemanasan apa yang dilakukan serta pembentukan sifat baru yang ingin didapatkan sehingga diperlukan adanya variasi pada media pendingin yang juga merupakan faktor pengendali jenis serta sifat bahan logam yang akan dihasilkan.

Proses perlakuan panas yang biasanya dilakukan untuk media pendingin dilakukan dengan temperatur yang berbeda serta dengan adanya variasidari konsentrasi media pendingin. Dimana dengan meningkatnya konsentrasi larutan akan mengurangi kecepatan pendinginan.Sebagai media pendingin yangumum dipakai tergantung dari

Jenis Logam Temperatur (⁰C)

Pengkristalan kembali Titik Cair Wolfram

Molideum Nikel Besi Kuningan Tembaga Perak Aluminium Magnesium Seng Timbal Timah Perunggu

1200 900 600 450 400 200 200 150 150 70 20 20 400

3410 2620 1458 1535 900 – 1050

1083 960 660 651 419 327 232 900 - 1050

(21)

pembentukan sifat serta sesuai dengan proses pemanasan yang dilakukan, adalah sebagai berikut

a. Udara

Pendinginan di udara adalah merupakan suatu pendinginan secara perlahan- lahan di ruangan terbuka yang bertujuan untuk menormalkan kembali struktur logam karena adanya efek pengerjaan terhadap bahan baja, pada pendinginan di udara terjadi pada fasa austenisasi, 50⁰C – 60⁰C di dalam daerah austenit murni. Pendinginan di udara mencegah terjadinya segresi proetekrad yang berlebihan dan terbentuknya struktur mikro perlit yang halus, dan proses ini disebut dengan Normalising. Pendinginan secara perlahan-lahandengan media pendinginan adalah udara terjadi pada proses Annealing dimana pada proses ini terjadi pada pendinginan secara perlahan- lahan daripada proses Normalising, pada proses pendinginan secara Annealing pendinginan dilakukan pada tungku ( furnance ) atau di ruang yang agak tertutup sehingga jumlah udara yang masuk agak terbatas yang akan mempengaruhi kecepatan pendinginan.

b. Oli, NaCl, NaOH, dan Air

Pendinginan di oli, NaCl, NaOH, dan air merupakan suatu pendinginan dengan kecepatan setelah dilakukan pemanasan sampai temperatur 50⁰C di atas temperatur titik kritis selama beberapa waktu, proses pendinginan biasanya juga disebut dengan celup langsung. Pendinginan dengan kecepatan akan menghasilkan martensit yang keras dan agak rapuh. Pada proses pendinginan ini akan terbentuk austensit yang lebih padat daripada martensit dan juga lebih padat dari ferit ditambah dengan karbida, hal ini yang merupakan masalah pada pendinginan secara celup langsung dari autensit ke martensit.

Karena bagian tengah yang lebih lambat pendinginannya bertransformasi dan muai, setelah permukaannya lebih cepat pendinginannya menjadi martensit yang rapuh jadi retak dapat terjadi pada baja dengan ukuran lembaran atau kawat khususnya bila kadar karbon lebih besar dari 0,5%.

(22)

c. Larutan NaOH

Logam natrium sangat reaktif dengan air, sehingga reaksinya dapat menimbulkan ledakan. Jika natrium direndam dalam air, natrium bereaksi dengan cepat menghasilkan gelembung gas hidrogen yang dapat terbakar dan suatu zat yang disebut Natrium Hidroksida ( NaOH ) atau disebut sebagai Lindi.Larutan NaOH merupakan penghantar listrik yang baik dan juga larutan NaOH merupakan basa kuat dari natrium.

2 Na + 2H₂O 2 NaOH + H₂

Kegunaan Logam Alkali dan Senyawanya Kegunaan natrium ( Na )

• Sebagai pendingin pada reaktor nuklir

• Natrium digunakan pada pengolahan logam-logam tertentu

• Natrium digunakan pada industri pembuatan bahan anti ketukan pada bensin yaitu TEL (tetraetillead)

• Uap natrium digunakan untuk lampu natrium yang dapat menembus kabut

• Untuk membuat senyawa natrium seperti Na2O2 (natrium peroksida) dan NaCN (natrium sianida)

• Natrium juga digunakan untuk foto sel dalam alat-alat elektronik.

Kegunaan Senyawa Natrium Natrium Klorida

Senyawa natrium yang paling banyak diproduksi adalah natrium klorida (NaCl).Natrium klorida dibuat dari air laut/dari garam batu. Kegunaan senyawa natrium klorida antara lain :

• Bahan baku untuk membuat natrium (Na), klorin (Cl2), hydrogen (H2), hydrogen klorida (HCl) serta senyawa- senyawa natrium seperti NaOH dan Na₂CO₃.

• Pada industri susu serta pengawetan ikan dan daging.

• Di negara yang bermusim dingin, natrium klorida digunakan untuk mencairkan salju di jalan raya.

• Regenerasi alat pelunak air.

(23)

• Pada pengolahan kulit.

Pengolahan bahan makanan yaitu sebagai bumbu masak atau garam dapur.

Natrium Hidroksida (NaOH), Natrium hidroksida dihasilkan melalui elektrolisis larutan NaCl. Natrium hidroksida disebut dengan nama kaustik soda atau soda api yang banyak digunakan dalam industri berikut :

• Industri sabun dan deterjen. Sabun dibuat dengan mereaksikan lemak atau minyak dengan NaOH.

• Industri pulp dan kertas. Bahan dasar pembuatan kertas adalah selulosa (pulp) dengan cara memasak kayu, bambu dan jerami dengan kaustik soda (NaOH).

• Pada pengolahan aluminium Kaustik soda digunakan untuk mengolah bauksit menjadi Al₂O₃ (alumina) murni.

• NaOH juga digunakan dalam industri tekstil, plastik, pemurnian minyak bumi, serta pembuatan senyawa natrium lainnya seperti NaClO.

2.4 Pengerasan (Hardening)

Pengerasan adalah proses pemanasan baja samapai suhu di atas daerah kritis, disusul dengan pendinginan yang cepat. Bila kadar karbon diketahui, suhu pemanasannya dapat dibaca dan diagram keseimbangan seperti gambar 2.1.Akan tetapi, bila komposisi baja tidak diketahui perlu dilakukan percobaan untuk mengetahui daerah pemanasannya.

(24)

Austanite Dan camenitite

Carmentite Dan Pearlite Ferrite

Dan Pearlite

Ferrite Dan austanite

Titik kritis 0C

% Karbon dalam Besi Austanite

Pearlite sepenuhnya

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

700 900

800

600

Gambar 2.1 Diagram Keseimbangan

Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada persentase kadar karbon dalam baja Kekerasan juga tergantung pada temperatur pemanasan (autenintisin temperature), holding time dan laju pendinginan yang dilakukan serta seberapa tebal bagian penampang yang menjadi keras bergantung pada hardenability. Untuk memperoleh kekerasan yang baik (martensit yang keras) maka pada saat pemanasan harus dapat dicapai struktur austenit, karena hanya austenit yang dapat bertransformasi menjadi martensit. Bila pada saat pemanasan masih terdapat struktur lain maka pada saat didinginkan akan diperoleh struktur yang tidak seluruhnya terdiri dari martensit. Bila struktur lain itu bersifat lunak, misalnya ferit maka tentunya kekerasan yang tercapai juga tidak akan maksimum.

Untuk menentukan temperatur pemanasan yang baik untuk proses pengerasan yang dilakukan terhadap suatu baja perlu dilakukan suatu percobaan pemanasan dan quenching pada beberapa temperatur dan dianalisis struktur yang terjadi.Pada beberapa literatur dan juga pada brosur dari pabrik pembuatan baja dapat diperoleh daerah temperatur pemanasan untuk hardening yang juga akan saling tergantung pada beberapa faktor lain, antara lain holding time (Dalil dkk, 1999).

(25)

2.4.1 Pengerasan Baja

Pengerasan yang dilakukan secara langsung adalah baja dipanaskan untuk menghasilkan struktur austenit dan selanjutnya didinginkan. Pembentukan sifat-sifat dalam baja bergantung pada kandungan karbon, temperatur pamanasan, sistem pendinginan serta bentuk dan ketebalan bahan.

1. Pengaruh unsur karbon

Supaya dihasilkan suatu perubahan sifat-sifat baja, maka unsur karbon yang larut dalam padat harus secukupnya setelah dilakukan pendinginan untuk menghasilkan perubahan lapisannya. Jika kandungan karbon kurang dari 0,15%, maka tidak terjadi perubahan sifat-sifat baja setelah didinginkan.

Kenaikan kandungan karbon berhubungan dengan kenaikan kekuatan dan kekerasan sebagai hasil dari pendinginan. Tetapi kenaikan tersebut akan mengurangi kekenyalan pada baja seperti gambar 2.2.

2. Pengaruh suhu pemanasan

Supaya terjadi palarutan yang lengkap sebagai hasil dari pendinginan, maka penting adanya pelarutan unsur karbon dalam jumlah yang cukup laruatan padat sebgai hasil dari pemanasan. Baja yang mengandung karbon kurang dari 0,83% dipanaskan di atas titik kritis atas (tertinggi). Seluruh unsur karbon masuk ke dalam larutan padat dan selanjutnya didinginkan. Baja dengan kandungan karbon lebih dari 0,83% biasanya dipanaskan hanya sedikit di atas titik kritis terndah (bawah). Dalam hal ini tidak terjadi perubahan perlit menjadi austenit.

3. Pengaruh pendinginan

Jika baja didinginkan dengan kecepatan minimum yang disebut dengan kecepatan pendingin kritis, maka seluruh austenit akan berubah ke dalam bentuk martensit, sehingga dihasilkan kekerasan baja yang maksimum.

Metode pencelupan secara cepat yang di sebut quenching pada proses ini diperoleh struktur martensit akibat penurunan temperature dan suhu austenite kesuhu kamar yang menyebabkan logam menjadi keras.

Pendinginan yang dilakukan pada suhu itu akan membentuk martensit, seperti gambar 2.3. Sewaktu kandungan karbon di atas 0,83% tidak terjadi perubahan sementit bebas menjadi austenit karena larutannya telah menjadi keras.

(26)

Sehingga perlu dilakukan pemanasan pada suhu tinggi untuk mengubahnya dalam bentuk austenit.Austenit akan menghasilkan struktur berbentuk kasar tanpa mengalami penambahan yang cukup besar pada kekerasan dan kekuatannya. Akan tetapi menyebabkan baja menjadi lebih rapuh setelah didinginkan.Lamanya pemanasan tergantung pada ketebalan bahan, tetapi bahan tidak berukurn panjang karena akan menghasilkan struktur yang kasar.

200 1000

400 800

600

0 2 4 6 8 10 12

% KARBON

KEKERASAN

Setelah dikeraskan

Sebelum dikeraskan

Gambar 2.2 Hubungan antara kandungan Karbon dengan Kekerasan Baja

200 1000

400 800

600

0 2 4 6 8 10 12

% KARBON SUHU (⁰C)

TITIK KRITIS ATAS

TITIK KRITIS BAWAH 20 ⁰C 30 ⁰C

Gambar 2.3 Suhu Pemanasan

(27)

2.5 Sifat Mekanik Logam

Sifat mekanik suatu logam adalah kemampuan atau kelakuan logam untuk menahan beban yang diberikan baik bebas statis atau dinamis pada suhu kamar, suhu tinggi maupun di bawah suhu 0ºC. Beban statis adalah beban yang tetap besar dan arahnya setiap saat. Sedangkan beban dinamis adalah beban yang besar dan arahnya bisa berubah meurut waktu.Beban statis dapat berupa beban tarik, tekan lentur, puntir, geser, dan kombinasi dari beban tersebut. Sementara itu, beban dinamis dapat berupa beban yang tiba-tiba berubah-ubah. Sifat mekanik logam meliputi : kekuatan, kekerasan, kegetasan, keuletan, aus dan lain-lain.

2.5.1 Kekerasan (Hardness)

Kekerasan adalah ketahanan bahan terhadap deformasi plastis, karena pembebanan setempat pada permukaan berupa goresan atau penekanan. Sifat ini banyak berhubungan dengan kekuatan, daya tahan aus dan kemampuan dikerjakan dengan mesin (mampu mesin). Cara pengujian kekerasan ada tiga yaitu dengan menggores, menjatuhkan dan dengan melakukan penekanan (uji tekan). Kekerasan suatu bahan dapat berubah bila dikerjakan dengan pengerjaan dingin (cold worked) seperti pengerolan, penarikan, serta kekerasan dapat dicapai sesuai kebutuhan dengan perlakuan panas (Surdia, 1995)Kekerasan suatu bahan dapat diketahui dengan pengujian kekerasan memakai mesin uji kekerasan (hardness tester)menggunakan tiga cara atau metode yang telah banyak dilakukan yaitu metode brinel, rockwell dan vicker.

2.5.2 Kuat Tarik (Tensile Strength)

Kuat Tarik merupakan sifat mekanik yang sangat penting dari suatu logam, terutama untuk perhitungan-perhitungan konstruksi. Untuk memperoleh informasi tentang kekuatan tarik dilakukan pengujian tarik. Dalam pengujian tarik, batang uji dikenai beban aksial yang ditambah secara berangsur-angsur secara kontinu. Pada saat yang bersamaan dilakukan pengukuran-pengukuran yang diperlukan untuk menentukan besarnya tegangan dan regangan.

Bila suatu logam dibebani beban tarik maka akan mengalami deformasi, yaitu perubahan ukuran atau bentuk karena pengaruh beban yang dikenakan pada benda tersebut. Deformasi ini dapat terjadi secara elastis dan secara plastis (Sumanto, 1996).

(28)

Deformasi elastis adalah suatu perubahan yang segera hilang kembali apabila beban ditiadakan. Deformasi plastis adalah suatu perubahan bentuk yang tetap ada meskipun benda yang menyebabkan deformasi ditiadakan.

2.5.3 Prinsip Pengujian Tarik

Pengujian tarik biasanya dilakukan terhadap spesimen atau batang uji yang standar. Batang uji tarik tersebut dipasang pada mesin tarik, dijepit dengan mesin tarik pada kedua ujung bahan dan ditarik memanjang secara perlahan-lahan. Selama penarikan setiap saat dicatat dengan grafik yang tersedia dalam mesin tarik. Besarnya gaya pertambahan panjang yang terjadi adalah sebagai akibat dari gaya tarik tersebut.

Penarikan terus dilakukan sampai benda terputus.

2.5.4 Kuat Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)

Kuat Tarik maksimum dinyatakan sebagai beban maksimum yang dapat diterima oleh bahan dibagi luas penampang semula bahan uji tanpa menjadi rusak atau putus. Kekuatan tarik maksimum (UTS) dinyatakan dengan rumus :

UTS = σ_u=

(2.1)

Dimana :

σu = KuatTarik bahan (N/m²) Fmaks = beban maksimun (N)

AO = luas penampang semula batang uji (m²) 2.5.5 Regangan (𝜀)

Akibat tarikan, bagian panjang batang L mengalami ulur atau perpanjangan sebesar L. Perpanjangan relatif yaitu pertambahan panjang persatuan panjang awal, didefinisikan sebagai regangan (Strain) normal dan dapat ditulis sebagai berikut:

𝜀 = =

(2.2)

dimana:

𝜀 = rengangan

Lo = panjang batang uji mula-mula (m)

L = panjang batang uji setelah menerima beban (m)

(29)

2.5.6 Modulus Elastisitac (E)

Modulus elastisitas adalah kemiringa kurva dari diagram tegangan dan regangan dalam daerah elastisitas linier. Modulus elastisitas dapat dihitung dengan membagi tegangan (σu) dan regangan (𝜀).

E = σu / 𝜀 (2.3)

Dimana:

E = modulus elastisitas (N/m²) σu = kekuatan tarik (N/m²) 𝜀= rengangan

2.6 Pengaruh Suhu Terhadap Benda

Suhu atau temperatur merupakan ukuran panas atau dinginnya suatu benda Benda mempunyai suhu lebih tinggi dikatakan lebih panas. Benda mempunyai suhu lebih dikatakan lebih dingin. Banyak sifat-sifat zat yang berubah terhadapperubahan suhunya. Sebagai contoh, sebagian besar zat akanmemuai bila dipanaskan. Kecuali air bila dipanaskan dari 0ºC - 4ºC akan menyusut dan setelah 4ºC memuai. Gejala ini disebut anomali air. Sebatang besi akan lebih panjang ketika panas dari pada saat besi itu dingin (Tim Fisika Dasar, 2002).

Ada beberapa sifat zat yang berubah bila dipanaskan. Di antara sifat-sifatnya yang berubah itu adalah warnanya (besi yang panas pijar), volumnya, tekanannya dan daya hantar listriknya atau hambatannya (Kertiasa, 1994). Sifat-sifat zat yang berubah bila dipanaskan itu disebut sifat termometrik zat. Sifat termometrik ini dapat digunakan sebagai dasar untuk pengukuran suhu. Misalnya, pada besi menggunakan warna pijaran besi sebagai ukuran cukup atau tidak cukupnya suhu besi untuk ditempah.

(30)

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini telah dilakukan di Laboratorium Material Test PTKI Medan. Pada bulan mei 2016 sampai dengan selesai.

3.1 ALAT DAN BAHAN PENELITIAN

Alat yang dipakai dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

3.1.1 Alat

1. Mesin uji tarik : strength testing machine (STM) 2. Mesin uji kekerasan : Rockwell Hardness 3. Mikroskop optic

4. Tunggku pemanas kapasitas 1200⁰C 5. Mesin bubut

6. Jangka sorong 7. XRD

3.1.2 Bahan

1. Larutan NaOH : konsentrasi 5%,10%,15%, 20%, 25%

2. Baja karbon Menengah : NS 1045 3. Meta Polis : alumina podwer 4. Kertas pasir

3.2 PROSEDUR PERCOBAAN 3.2.1 Prosedur Untuk Perlakuan Panas

1. Menyediakan bahan uji sebanyak 12 buah dengan perincian : 6 buah untuk pengujian kekerasan, 6 buah pengujian tarik, sedangkan untuk pengujian struktur mikro diambil dari bahan pengujian kekerasan.

2. Memberi perincian pada bahan uji sebagai berikut :

(31)

a.Untuk bahan tanpa perlakuan : pengujian kekerasan 1, dan pengujian tarik 1 b. Untuk bahan dengan perlakuan panas 850⁰C menggunakan media pendingin sebagai berikut:

 Larutan NaOH 5% ; pengujian kekerasan 1, dan pengujian tarik 1

3. Menyediakan larutan NaOH dengan variasi konsentrasi 5%, 10%, 15%, 20%, 25% dengan volume air masing-masing 10 liter.

4. Memasukkan bahan kedalam tungku pemanasan, lalu dipanaskan sampai temperatur 850 ⁰C dan dibiarkan selama 15 menit.

5. Setelah bahan dipanaskan sampai temperature 850 ⁰C, angkat bahan dan langsung didinginkan secara cepat di larutan NaOH dengan konsentrasi yang berbeda untuk masing-masing bahan.

6. Setelah bahan dingin dilakukan pencucian terak dan melakukan pengeringan pada mesin SpecimentDriyer .

3.2.2 Prosedur Untuk Pengujian Bahan

1. Melakukan pengujian kekerasan bahan menggunakan alat Rockwell Hardness Test dengan beban sebesar 10 kg setiap bahan uji dilakukan penekanan sebanyak 1 kali.

2. Membaca nilai kekerasan secara langsung pada alat berdasarkan kedalaman yang diukur oleh alat tersebut.

3. Melakukan pengujian kekuatan tarik untuk masing- masing bahan uji dengan alat Strength Test.

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

3.4 Diagram Alir Penelitian

Adapun diagram alir penelitian ini adalah sebagai berikut :

Baja Karbon Menengah

Analisis Stuktur Mikro dan XRD Pembentukan bahan uji JIS 2201 – 8A

Perlakuan Panas 850 ⁰C

Quenching Larutan NaOH 5%, 10%, 15%, 20%, 25%

Pengujian

Uji Kekerasan Uji Tarik

Analisis Data

Kesimpulan Data Tanpa Perlakuan

( Original)

(37)

BAB 4

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 HASIL PENELITIAN

Pengujian sifat mekanik dari beberapa bahan uji telah dilakukan dengan adanya variasi kosentrasi NaOH untuk baja karbon menengah. Hasil pengujian yang telah dilakukan adalah kekerasan (Hardness), kuat Tarik (Tensile Strength).

Pengamatan Struktur Mikro dan Pengamatan struktur Kristal dengan variasi konsentrasi NaOH sebagai media pendingin untuk baja karbon menengah. Data yang didapat dari hasil pengujian diperoleh dengan perhitungan dan hasil yang tertera pada tabel berikut.

4.1.1 Kekerasan (Hardness)

Nilai kekerasan bahan uji dari hasil pengukuran dapat dilihat pada table 4.1, dimana nilai kekerasan tersebut dapat terlihat pada alat uji kekerasan yang secara langsung mengukur kekerasan bahan uji berdasarkan kedalaman yang diukur. Data hasil pengujian dibawah ini dilakukan satu kali pengujian untuk masing –masing bahan uji.

Tabel 4.1 Hasil uji kekerasan Baja Karbon menengah dengan diameter 8 mm dan h = 10mm²

No

Quenching pada Larutan NaOH (%)

KekerasanRockwell (HRC) 1

2 3 4 5 6

Original 5%

10%

15%

20%

25%

9,4 57 58,3 58,5 60 57,5

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

4.1.4 Data hasil XRD Baja Karbon menengah

Data dibawah ini merupakan hasil pengujian XRD pada Baja Karbon Menengah, dimana sampel uji tanpa pelakuan (original),dan penambahan konsentrasi NaOH 5%, 10%, 15%, 20%,dan 25%. Dibawah ini merupakan grafik hasil X- Ray Difraction yang ditunjukkan seperti gambar dibawah ini.

Gambar 4.7 Pola Difraksi baja karbon menengah (Fe3C) dengan T= 850⁰ C original Dari grafik diatas kita melihat tiga titik puncak pada sampel uji Baja karbon menengah dengan pelakuan panas dan tanpa Quenching, seperti ditunjukan pada tabel dibawah ini.

Tabel 4.3 Data peak Tertinggi untuk Baja Karbon menengah denganT= 850⁰Original No No

Peak

2 Theta (deg)

d (A)

I/II FWHM (deg)

Intensity (count)

Integrated (count) 1

2 3

7 26 16

44.8856 82.4466 65.1264

2.01777 1.16890 1.43117

100 19 11

0.30500 0.37330 0.47510

960 183 108

17053 4184 2750

(44)

Dibawah ini merupakan grafik hasil X- Ray Difraction Baja Karbon menengah dengan perlakuan panas dan Quenching NaOH 5% yang ditunjukkan seperti gambar dibawah ini.

Gambar 4.8 Pola Difraksi baja karbon menengah (Fe3C) dengan T= 850⁰ C, Quenching 5% NaOH

Dari grafik diatas kita melihat tiga titik puncak pada sampel uji Baja karbon menengah dengan pelakuan panas dan tanpa Quenching NaOH 5%, seperti ditunjukan pada tabel dibawah ini.

Tabel 4.4 Data peak Tertinggi untuk Baja Karbon menengahdengan T= 850⁰ C, Quenching NaOH 5%

No No Peak

2 Theta (deg)

d (A)

I/II FWHM (deg)

Intensity (count)

2 3

4 21 11

44.8305 82.3198 64.9453

2.02011 1.17038 1.43473

100 18 12

0.51150 0.74620 0.51930

971 171 114

27398 4440 2436

(45)

Gambar 4.9 Pola Difraksi baja karbon menengah (Fe₃C) dengan T= 850⁰ C, Quenching 10% NaOH

Dari grafik diatas kita melihat tiga titik puncak pada sampel uji Baja karbon menengah dengan pelakuan panas dan tanpa Quenching NaOH 10%, seperti ditunjukan pada tabel dibawah ini.

Tabel 4.5 Data peak Tertinggi untuk Baja Karbon menengah dengan T= 850⁰ C, Quenching NaOH 10%

No No Peak

2 Theta (deg)

d (A)

I/II FWHM (deg)

Intensity (count)

2 3

3 12 5

44.7294 82.2183 64.8866

2.02444 1.17157 1.43588

100 19 10

0.53020 0.82330 0.74670

832 155 83

23931 5888 3030

(46)

Gambar 4.10 Pola Difraksi baja karbon menengah (Fe3C) dengan T= 850⁰ C, Quenching 15% NaOH

Tabel 4.6 Data peak Tertinggi untuk Baja Karbon menengah dengan T= 850⁰ C, Quenching NaOH 15%

No No Peak

2 Theta (deg)

d (A)

I/II FWHM (deg)

Intensity (count)

2 3

1 14 8

44.9096 82.4454 65.0710

2.01673 1.16891 1.43226

100 15 10

0.43840 0.78910 0.63800

1074 160 105

28155 5670 3190

(47)

Gambar 4.11 Pola Difraksi baja karbon menengah (Fe3C) dengan T= 850⁰C, Quenching 20% NaOH

Tabel 4.7 Data peak Tertinggi untuk Baja Karbon menengah denganT= 850⁰ C, Quenching NaOH 20%

No No Peak

2 Theta (deg)

d (A)

I/II FWHM (deg)

Intensity (count)

2 3

9 31 17

44.9334 82.4395 65.43096

2.01572 1.16898 1.43096

100 16 12

0.46810 0.78760 0.46080

821 131 96

21581 4597 2837

(48)

Gambar 4.12 Pola Difraksi baja karbon menengah (Fe3C) denganT= 850⁰ C, Quenching 25% NaOH

Dari grafik diatas kita melihat tiga titik puncak pada sampel uji Baja karbon menengah dengan pelakuan panas dan tanpa Quenching NaOH 25%, seperti ditunjukan pada tabel dibawah ini

Tabel 4.8Data peak Tertinggi untuk Baja Karbon menengah dengan T= 850⁰ C, Quenching NaOH 25%

No No Peak

2 Theta (deg)

d (A)

I/II FWHM (deg)

Intensity (count)

2 3

2 12 8

44.8117 82.3614 65.0283

2.02091 1.16989 1.43310

100 20 11

0.36040 0.37620 0.50330

1256 247 142

25103 5824 5219

(49)

(50)

(51)

Hasil pengamatan struktur mikro yang dilakukan menunjukkan bahwa struktur mikro baja karbon menengah mengalami perubahan setelah dilakukan proses perlakuan panas. Struktur ferit dan perlit terlihat pada baja karbon menengah menengah tanpa proses perlakuan panas,sedangkan struktur perlit dan martensit terlihat pada baja karbon menengah yang dilakukan proses perlakuan panas (hardening) pada suhu 850⁰C dan didinginkan kedalam larutan NaOH.

Proses perlakuan panas dan pendinginan yang dilakukan menyebabkan terjadinya perubahan struktur butiran dan ukuran yang menunjukkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik baja karbon menengah. Pembentukan butiran yang semakin kasar dan semakin besar menunjukkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik lebih rendah dibandingkan dengan butiran yang lebih halus dan berukuran lebih kecil.

Struktur ferit dan perlit terlihat pada baja karbon menengah tanpa proses perlakuan panas dengan struktur butiran yang kasar dan ukuran yang besar.Ini menunjukkan bahwa kekerasan dan kekuatan tariknya rendah, sedangkan struktur perlit dan martensit terlihat pada baja karbon menengah yang dilakukan proses perlakuan panas dan di dinginkan kedalam larutan NaOH pada konsentrasi 5%, 10%, 15% dengan struktur butiran yang halus dan ukurannya yang kecil yang menunjukkan nilai kekerasan dan kekuatan tariknya meningkat.

Dan struktur butiran yang lebih halus dan ukuran yang lebih kecil terlihat pada pendinginan ke dalam larutan NaOH dengan konsentrasi 20% yang menunjukkan bahwa nilai kekerasan dan kekuatan tariknya lebih besar. Sedangkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik mengalami penurunan pada pendinginan ke dalam larutan NaOH dengan konsentrasi 25%.

(52)

Dari hasil analisis XRD pada Baja Karbon Menengah dengan Perlakuan panas 850⁰ C dengan sampel uji tanpa perlakuan (original) dan quenching NaOH dengan konsentrasi 5%, 105, 15%, 20%, 25%. Pada baja karbon menengah Original dari tiga peak tertinggi didapat bahwa struktur kristalnya orthrocombic dimana parameter kisi a

= 4,5130 Å, b = 5,0480 Å, dan c = 6,7310Å dan massa jenis (𝜌) = 7,77700 g/cm³. Pada Baja Karbon menengah dengan NaOH 5% dimana dari tiga peak tertinggi didapat bahwa struktur kristal nya orthrocombic dimana parameter kisi a = 4,5170 Å, b = 5,0700 Å, dan c = 6,7300Å dan massa jenis (𝜌) = 7,73800 g/cm³. Pada Baja Karbon menengah dengan NaOH 10% dimana dari tiga peak tertinggi didapat bahwa struktur kristal nya orthrocombic dimana parameter kisi a = 4,5180 Å, b = 5,0690 Å, dan c = 6,7360Å dan massa jenis (𝜌) = 7,73000 g/cm³. Pada Baja Karbon menengah dengan NaOH 15% dimana dari tiga peak tertinggi didapat bahwa struktur kristal nya orthrocombic dimana parameter kisi a =5,0920 Å, b = 6,7410 Å, dan c = 4,5270Å dan massa jenis (𝜌) = 7,67400 g/cm³.Pada Baja Karbon menengah dengan NaOH 20%

dimana dari tiga peak tertinggi didapat bahwa struktur kristal nya orthrocombic dimana parameter kisi a = 4,5310 Å, b = 5,0480 Å, dan c = 6,7310Å dan massa jenis (𝜌) = 7,77700 g/cm³. Pada Baja Karbon menengah dengan NaOH 25% dimana dari tiga peak tertinggi didapat bahwa struktur kristal nya orthrocombic dimana parameter kisi a =4,5144 Å, b = 5,0787 Å, dan c = 6,7360Å dan massa jenis (𝜌) = 7,72900 g/cm³.

(53)

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan pengaruh konsentrasi NaOH sebagai media pendingin terhadap kekerasan kekuatan tarik baja karbon menengah, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Proses perlakuan panas (heat-treatment) dan peendingin tiba-tiba (quenching) pada baja karbon menengah ke dalam larutan NaOH 5%, 10%, 15%, 20%, 25% menghasilkan kekerasan sebesar 57 HRC; 58,3 HRC; 58,5 HRC; 60 HRC dan 57,5 HRC untuk konsentrasi yang berbeda pada baja karbon menengah.

2. Nilai kekerasan dan kekuatan tarik baja karbon menengah mencapai nilai maksimum sebesar 60 HRC dan 1035,28 Mpa pada saat dilakukan pemansan dan pendinginan ke dalam larutan NaOH dengan konsentrasi 20%.

3. Dari hasil analisi XRD pada baja karbon menengah dengan perlakuan panas 850⁰ C dengan hasil sampel uji tanpa perlakuan (original) dan dengan penambahan konsentrasi NaOH 5%, 10%, 15%, 20%, 25%. Pada original dimana tiga tertinggi didapat bahwa stuktur Kristal orthocombik

4. Struktur ferit dan perlit terlihat pada baja karbon menengah tanpa proses perlakuan panas (heat-treatment) dan struktur perlit danmartensit terlihat pada baja karbon menengah dengan proses perlakuan panas (heat-treatment) dan proses pendinginan tiba - tiba (quenching).Struktur perlit dan martensit yang terlihat menunjuk kan nilai kekerasan dan kuat tarik baja karbon menengah meningkat atau menurun.

(54)

1. Untuk peneliti berikutnya dapat memvariasaikan larutan NaOH dengan konsentrasi yang lebih kecil.

2. Untuk mendapatkan kekerasan yang besar sebaiknya menggunakan larutan NaOH sebagai media pendingin.

3. Untuk peneliti selanjutnya semoga peneniti lain bisa lebih bagus meneliti hasil hasil analisis bahan.

(55)

Agustina,D,S., (2007), Pengaruh konsentrasi NaCl Sebagai Media Pendingin Terhadap sifat Mekanik Dan Sifat Fisis Baja Karbon Menengah, Skripsi, Unimed.

Alexander, W.O., Davies, Heslop, S., (1991), Dasar Metaluargi untuk Rekayasawan, terjemahan : Dr.Ir.Sriati Djaprie, M.Met, Penerbit PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

Amanto, H., dan Daryanto, (1999), Ilmu Bahan, penerbit Bumi Aksara, Jakarta Amstead, B, H., Philip, F.O., dan Myron, L.,B, (1999), Teknologi Melanik, Edisi

Ketujuh, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Dalil, M., Prayitno,A., Innou,I., (1999), Pengaruh Perbedaan Waktu Penahanan Suhu Stabil (Holding Time) Terhadap Kekerasan Logam, Jurnal nature Indonesia II, UNRI.

Kertiasa, N., (1994), Fisika I, Pnerbit Balai Pustaka, Jakarta

Love,G., (1982), Teori dan Praktek Kerja Logam, edisi ketiga, terjemahan Harun A.R, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Rajagukguk, J., (2005), Pengaruh Media Pendingin Pada Proses Perlakuan Panas Terhadap kekuatan Tarik Baja Karbon Menengah, Sikripsi, Unimed.

Smallman, R.E., (1991), Metalurgi Fisik Modern, Edisi ke empat, Penerbit Gramedia, Jakarta.

Sumanto, (1996), Pengetahuan Bahan, Penerbit Andi Offset, Yokyakarta.

Surdia Tata, (1995), Bahan Teknik Pengetahuan, Penerbit Pradya Paramita,

Jakarta. Tim FisikaDasar., (2002), FisikaDasar I, Fmipa Universitas Negeri Medan

(56)

(57)

A1.1 Kekerasan

Nilai kekerasan Rockwell dapat dilihat secara langsung pada alat uji kekearasan dimana hasilnya dapat dilihat pada lampiran hasil penelitian dibawah ini.

 Untuk bahan uji original (Tanpa Perlakuan Panas) : Nilai kekerasan = 9,4 HRC

 Untuk bahan uji dengan 5% NaOH :

Nilai kekerasan = 57 HRC

 Untuk bahan uji dengan 10% NaOH : Nilai kekerasan = 58,3 HRC

 Untuk bahan uji dengan 15% NaOH :

Nilai kekerasan = 58,5 HRC

 Untuk bahan uji dengan 20% NaOH : Nilai kekerasan = 60 HRC

 Untuk bahan uji dengan :

Nilai kekerasan = 57,5HRC

A1.2 Kekuatan Tarik

Dari data yang diperoleh dari hasil pengujian, maka dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut :

• Luas Penampang Bahan : A₀ =

= ( )( )

= 50.24 mm²

(58)

Kekuatan tarik (UTS) =

=

= 656,85 N/mm

²

= 656,85 .10⁶ N/m²

= 656,85 Mpa

 Untuk bahan uji dengan 5% NaOh Kekuatan tarik (UTS) =

=

= 728,50 N/mm

²

= 728,50 .10⁶ N/m²

= 728,50 Mpa

=

= 835,99 N/mm

²

= 835,99 .10⁶ N/m²

= 835,99 Mpa

=

= 987,26 N/mm

²

(59)

=

= 1035,28 N/mm

²

= 1035,28 .10⁶ N/m²

= 1035,28 Mpa

=

= 855,89 N/mm

²

= 855,89.10⁶ N/m²

= 855,89 Mpa

A.2 PERHITUNGAN PERSENTASE NaOH ( Dalam Massa/Volume)

 Untuk konsentrasi 5% NaOH

% =

x 100%

5% =

x 100%

5 =

50000 cm = 100 gr gr = 500

(60)

10% =

x 100%

10 =

100000 cm = 100 gr gr = 1000

% =

x 100%

15% =

x 100%

15 =

150000 cm = 100 gr gr = 1500

% =

x 100%

20% =

x 100%

20 =

200000 cm = 100 gr gr = 2000

% =

x 100%

(61)

25 =

250000 cm = 100 gr gr = 2500

(62)

Gambar B1.Sampel uji kekerasan dan uji tarik

Gambar B2.Alat uji Kekerasan rockwell

(63)

Gambar B3.Alat analisis struktur mikro

Gambar B4. Alat uji Tarik

(64)

LAMPIRAN

(65)