TUGAS AKHIR Penelitian Sifat Fisis Dan Mekanis Baja Karbonisasi Arang Kayu Sengon.

(1)

i

TUGAS AKHIR

PENELITIAN SIFAT FISIS DAN MEKANIS

BAJA KARBONISASI ARANG KAYU SENGON

Diajukan untuk Memenuhi Tugas dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun :

YUD SETIYONO

NIM: D.200.04.0050

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

KATA MUTIARA

٢

ٍﺮْﺴُﺧ ﻲِﻔَﻟ َﻥﺎَﺴْﻧﻹﺍ ﱠﻥِﺇ

١

ِﺮْﺼَﻌْﻟﺍَﻭ

ِّﻖَﺤْﻟﺎِﺑ ﺍْﻮَﺻﺍَﻮَﺗَﻭ ِﺕﺎَﺤِﻟﺎﱠﺼﻟﺍ ﺍﻮُﻠِﻤَﻋَﻭ ﺍﻮُﻨَﻣﺁ َﻦﻳِﺬﱠﻟﺍ ﻻِﺇ

٣

ِﺮْﺒﱠﺼﻟﺎِﺑ ﺍْﻮَﺻﺍَﻮَﺗَﻭ

“Demi masa. Sesungguhnya manusia itu benar-benar dalam kerugian, kecuali orang-orang yang beriman dan mengerjakan amal saleh dan

nasehat menasehati supaya mentaati kebenaran dan nasehat menasehati supaya menetapi kesabaran.”

(7)

vii

PENELITIAN SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA

KARBONISASI ARANG KAYU SENGON

Yud Setiyono, Supriyono, Bibit Sugito

Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura

Email : bdugulson@yahoo.com

ABSTRAKSI

Pengerasan permukaan dibutuhkan untuk poros yang mengalami beban kerja berat, karena membutuhkan kekerasan di permukaan tetapi didalam (inti) bajanya tetap ulet. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perubahan sifat-sifat dari baja, baik sifat fisis maupun sifat mekanis setelah menagalami proses pack carburizing dengan bahan karbon arang kayu sengon.

Pemilihan bahan dilakukan dengan cara menguji baja karbon rendah sebagai raw material dengan alat Optical Emission Spectrometer. Specimen bersama campuran arang kayu sengon dan BaCO3

dimasukkan dalam gerabah, kemudian dipanaskan dalam dapur pemanas pada temperatur 900ºC dengan variasi waktu penahanan selama 2 jam dan 4 jam. Specimen hasil pack carburizing diuji kekerasannya dengan metoda micro Vickers menggunakan alat Micro Hardness Tester, sebanyak 9 titik. Untuk pengamatan struktur mikro digunakan alat Inverted Metallurgical Microscope.

Dengan proses karbonisasi, harga kekerasan yang semula 247,0 VHN (raw material) meningkat menjadi 250,2 VHN (karbonisasi 2 jam) dan 260,3 VHN (karbonisasi 4 jam). Dengan demikian waktu penahan pada proses karbonisasi mempengaruhi kekerasan material. Pemasukan (difusi) atom karbon pada specimen karbonisasi 4 jam jauh lebih dalam dari pada specimen karbonisasi 2 jam, yaitu ± 480 µm = 0,48 mm (karbonisasi 4 jam) dan ± 310 µm = 0,31 mm (karbonisasi 2 jam). Dari hasil pengamatan tersebut maka dapat diambil kesimpulan bahwa semakin lama penahanan waktu pada proses pack carburizing, maka akan semakin jauh dan semakin banyak atom karbon yang masuk kedalam struktur material sehingga kekerasanya meningkat.

(8)

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr.Wb

Syukur alahamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian dapat terselesaikan.

Tugas akhir berjudul “Penelitian Sifat Fisis Dan Mekanis Baja Karbonisasi Dengan Bahan Karbon Arang Kayu Sengon”, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ir. Agus Riyanto, M.T., sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Ir. Sartono Putro, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.

3. Dr. Supriyono, selaku Dosen Pembimbing Utama dengan ikhlas meluangkan banyak waktu guna memberikan saran serta arahan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini dengan sangat baik, teliti, sabar serta ramah.

4. Ir. Bibit Sugito, M.T., selaku Dosen Pembimbing Pendamping, dengan segala kesabarannya telah bersedia memberikan ilmu, pengalaman dan bimbingan yang sangat berguna.

5. Teman-teman seperjuangan dan semua keluarga yang telah turut memberikan semangat untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

(9)

ix

DAFTAR ISI

Halaman Judul...i

Pernyataan Keaslian Skripsi... ii

Halaman Persetujuan... iii

1.2. Tujuan Penelitian...2

1.3. Manfaat Penelitian...3

1.4. Batasan Masalah...3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI...5

2.1. Tinjauan Pustaka...5

2.2. Landasan Teori ...6

2.2.1. Baja ... 6

2.2.2. Baja Karbon...7

2.2.3. Klasifikasi Baja Karbon... 8

2.2.4. Struktur Mikro ...9

2.2.5. Perlakuan Panas (Heat Treatment)...11

2.2.6. Pengerasan permukaan... 19

(10)

2.2.8. Uji Komposisi Kimia (Standar ASTM E 415) ... 20

2.2.9. Uji Struktur Mikro (Standar ASTM E 3)... 22

2.2.10. Uji Kekerasan Kekerasan Vickers (Standar SNI 05-0719-1989)...27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 31

3.1. Rancangan Penelitian ...31

3.1.1. Pemilihan Bahan...32

3.1.2. Penyiapan Tempat Carburizing...32

3.1.3. Pembuatan Bubuk Arang dan Penyiapan BaCO3...33

3.1.4. Pembuatan Specimen...33

3.1.5. Mencampur Arang Kayu Sengon dengan Barium Karbonat...34

3.1.6. Proses Pack Carburizing...34

3.1.7. Menguji Specimen Hasil Pack Carburizing...35

3.2. Bahan dan Alat... 35

3.2.1. Bahan Penelitian...35

3.2.2. Peralatan Penelitian... 37

3.3. Intalasi Pengujian...42

3.3.1. Uji Komposisi Kimia... 42

3.3.2. Uji Struktur Mikro ... 43

3.3.3. Uji Kekerasan ...44

3.4. Sampel... 44

3.5. Lokasi Penelitian...45

3.6. Prosedur Penelitian...45

3.7. Rancangan Analisis Data ... 50

3.8. Kesulitan ... 51

BAB IV DATA HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN...52

4.1. Hasil dan Pembahasan Uji Komposisi Kimia...52

4.2. Hasil dan Pembahasan Uji Struktur Mikro ...53

(11)

xi

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...62

5.1. Kesimpulan ... 62

5.2. Saran... 62

DAFTAR PUSTAKA... 64

(12)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Baja karbon C = 0,25 % baja dinormalkan pada suhu

930o_{C perbesar 500x...10}

Gambar 2.2 Baja Karbon 0,45% baja dinormalkan pada suhu 840o_C perbesaran 500 x ...10

Gambar 2.3 Baja dengan kadar karbon C=1% dirol panas 1050o_C, pendinginan udara, matrik ferit, sementit pada butir (garis putih) perbesar 500 x...11

Gambar 2.4 Diagram fase kesetimbangan besi-karbida...12

Gambar 2.5 Isothermal transformation diagram for 0.2% C. 0.9% Mn steel ...15

Gambar 2.6 Continuos cooling transformation diagram...16

Gambar 2.7 Diagram besi-karbida (sebagian), indikasi temperatur perlakuan panas...17

Gambar 2.8 Metoda pemilihan lokasi pengujian... 24

Gambar 2.9 Prinsip uji keras Vickers ...27

Gambar 2.10 Sudut puncak penetrator... 29

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian...31

Gambar 3.2 Material dasar (raw materials) ... 32

Gambar 3.3 Potongan material untuk specimen...34

Gambar 3.4 Arang kayu sengon...36

Gambar 3.5 Barium karbonat (BaCO3)... 36

Gambar 3.6 Gerabah dari tanah liat...37

Gambar 3.7 Dapur pemanas...38

Gambar 3.8 Mesin pemotong (metacut)... 38

Gambar 3.9 Mesin poles (Grinder-Polisher)... 39

Gambar 3.10 Gergaji mesin... 39

Gambar 3.11 Sarung tangan tahan api ... 40

Gambar 3.12 Penjepit ... 40

Gambar 3.13 Timbangan digital...41

(13)

xiii

Gambar 3.15 Autosol ... 42

Gambar 3.16 Optical emission spectrometer ...43

Gambar 3.17 Inverted metallurgical microscope ...43

Gambar 3.18 Micro hardness tester...44

Gambar 3.19 Potongan specimen yang akan diuji ... 48

Gambar 4.1 Struktur mikro material dasar dengan pembesaran 200x.. 53

Gambar 4.2 Struktur mikro pada tepi-transisi (a) specimen pack carburizing 2 jam, (b) specimen pack carburizing 4 jam, pembesaran 100x...54

Gambar 4.3 Struktur mikro pada transisi (a) specimen pack carburizing 2 jam, (b) specimen pack carburizing 4 jam, pembesaran 200x...55

(14)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Jumlah specimen (sampel) ... 45 Tabel 4.1 Hasil uji komposisi kimia sepecimen dasar

...

52 Tabel 4.2 Hasil uji kekerasan permukaan material dasar dengan

metoda Micro Vickers...56 Tabel 4.3 Hasil uji kekerasan permukaan material sesudah pack

carburizing dengan waktu penahanan 2 jam menggunakan metoda micro Vickers...57 Tabel 4.4 Hasil uji kekerasan permukaan material sesudah pack

carburizing dengan waktu penahanan 4 jam menggunakan metoda micro Vickers...58 Tabel 4.5 Perbedaan harga kekerasan material dasar, carburizing 2

(15)

xv

DAFTAR SIMBOL

Simbol

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Laporan pengujian komposisi kimia... xviii

Lampiran 2 Harga kekerasan micro Vickers specimen mild steel...xxi

Lampiran 3 Harga kekerasan micro Vickers specimen carburizing 2 jam dan specimen carburizing 4 jam...xxii

Lampiran 4 Tabel konversi harga kekerasan... xxiii

Lampiran 5 Klasifikasi baja... xxv

Lampiran 6 Mechanical properties ...xxix

Lampiran 7 Kartu konsultasi Tugas Akhir... xxxi

Lampiran 8 The Fe-Mn (Iron-Manganese) System...xxxii

Lampiran 9 ASTM E 415-99, Standard Test Method for Optical Emission Vacuum Spectrometric Analysis of Carbon and Low-Alloy Steel...xxxiii Lampiran 10 ASTM E 3-01, Standard Guide for Preparation of

Metallographic Specimens...xlii Lampiran 11 SNI 05-0719-1989, Mikro Vickers Beban 0,0098 sampai