Studi Komparasi Pengaruh Holding Time Pada Proses Carburizing Steering Gear
Dwi Arif Hidayanto (10320091)
Mahasiswa PTM Otomotif IKIP Veteran Semarang
Abstrak
Pertanian adalah salah satu kebudayaan manusia yang telah lama ada di muka bumi. Berbicara mengenai alat-alat pertanian tentu akan sangat dekat dengan alat pembajak tanah. Alat pembajak ini tentu terus-menerus berevolusi sesuai dengan perkembangan zaman namun dengan tujuan yang tetap. Sehingga pemilihan produk harus memenuhi kebutuhan dan kualitas yang handal. Kehandalan suatu produk salah satunya ditentukan oleh sifat mekanik dari bahan yang digunakan. Sifat suatu bahan dapat diketahui seluruhnya dengan melakukan serangkaian pengujian. Dengan penelitian ini diharapkan dapat diketahui sejauh mana mekanical properties material steering gear sebelum dan sesudah proses carburizing antara holding time (holding time) 2 jam dan 4 jam khususnya mengenai pengujian struktur mikro, kekerasan dan komposisi kimia sehingga dapat dibandingkan produk-produk tersebut. Hasil Penelitian pada pengamatan struktur mikro merk Yanmar dan Quick, bahwa proses carburizing akan menambah unsur C bertambah sehingga akan lebih keras serta fase perlit lebih banyak. Fasa ferit lebih banyak di bagian dalam daripada di tepi. Dari hasil pengujian kekerasan didapatkan harga kekerasan tertinggi spesimen Yanmar tanpa heat treatment = 719,8 VHN dan terendah spesimen Yanmar tanpa heat treatment = 427,6 VHN. Harga kekerasan tertinggi spesimen Yanmar dengan carburizing holding time 2 jam = 334,5 VHN dan carburizing holding time 4 jam = 241 VHN serta harga kekerasan terendah spesimen Yanmar dengan carburizing holding time 2 jam = 178,4 VHN dan carburizing holding time 4 jam = 208,3 VHN. Harga kekerasan tertinggi untuk spesimen Quick tanpa heat treatment = 668,7 VHN dan terendah untuk spesimen Quick tanpa heat treatment = 283,8 VHN. Harga kekerasan tertinggi Quick dengan carburizing holding time 2 jam = 333,5 VHN dan carburizing holding time 4 jam = 255,4 VHN serta harga kekerasan terendah Quick dengan carburizing holding time 2 jam = 161,6 VHNI dan carburizing holding time 4 jam = 221,3 VHN. Penurunan harga kekerasan dari tepi sampai ke dalam gigi terjadi pada spesimen tanpa heat treatment dan spesimen dengan carburizing dengan holding time 2 jam. Hal ini terjadi karena spesimen tersebut mengalami proses pengerasan kulit (carburizing). Kenaikan harga kekerasan dari tepi sampai ke dalam gigi terjadi pada spesimen dengan carburizing dengan holding time 4 jam. Hal ini terjadi karena spesimen mengalami pendinginan yang lebih lama dari spesimen carburizing dengan holding time 2 jam di dalam tungku pemanas.
Kata Kunci : Carburizing holding, Spesimen Yanmar PENDAHULUAN
Pertanian adalah salah satu kebudayaan manusia yang telah lama ada di muka bumi. Cara pengerjaan dan alat yang digunakan tentu saja sudah banyak berkembang. Di sini saya bermaksud untuk membahas sedikit tentang perkembangan peralatan di dunia pertanian. Berbicara mengenai alat-alat
pertanian tentu akan sangat dekat dengan alat pembajak tanah. Alat pembajak ini tentu terus-menerus berevolusi sesuai dengan perkembangan zaman namun dengan tujuan yang tetap, yaitu:
1. Menciptakan struktur tanah yang dibutuhkan untuk persemaian atau tempat tumbuh benih. Tanah yang padat diolah sampai menjadi gembur sehingga mempercepat penyerapan air dan zat hara, berkemampuan baik menahan curah hujan memperbaiki sirkulasi udara dalam tanah dan memudahkan perkembangan akar.
2. Menghambat atau mematikan tumbuhan pengganggu.
3. Membenamkan tumbuhan-tumbuhan atau sampah-sampah yang ada diatas tanah kedalam tanah, sehingga menambah kesuburan tanah.
4. Membunuh serangga, larva, atau telur-telur serangga melalui perubahan tempat tinggal dan terik matahari.
Sehingga pengolahan tanah menjadi awal kegiatan budidaya pertanian sebelum kegiatan lainnya dilakukan sehingga pada kegiatan ini perlu diupayakan secara efektif dan efisien. Pengolahan tanah secara efektif dan efisien bisa ditempuh dengan cara mekanis yaitu menggunakan tenaga penggerak selain binatang.
Alat tersebut harus dapat memberikan beberapa kemudahan-kemudahan dan hasil yang dicapai dapat maksimal, serta dapat dioperasikan oleh setiap orang. Untuk itu diperlukan suatu alat pembajak sawah dengan tenaga penggerak mekanis diesel yaitu traktor pertanian.
Traktor pertanian mentransmisikan sumber penggerak dengan yang digerakkan menggunakan sistem transmisi. Salah satu komponen dalam sistem transmisi pada traktor sawah yaitu steering gear. Komponen ini memungkinkan traktor pertanian dibelokkan dengan mudah. Steering gear meneruskan daya dari pengemudi ke roda depan lewat poros penggerak yang digerakkan, tapi karena kondisi tanah yang tidak rata, sering timbul belokan roda mendadak sehingga steering gear mendapat beban kejut dan benturan dengan roda gigi pasangannya. Steering gear dapat mengalami kerusakan berupa keausan atau lubang permukaannya dan tergores permukaannya, gigi patah yang mungkin disebabkan oleh pecahnya selaput minyak pelumas. Kekuatan steering gear terhadap benturan, tekanan permukaan serta kekuatan terhadap goresan merupakan hal yang terpenting untuk diperhatikan.
Pemilihan produk harus memenuhi kebutuhan dan kualitas yang handal. Kehandalan suatu produk salah satunya ditentukan oleh sifat mekanik dari bahan yang digunakan. Sifat yang penting untuk diperhatikan dari suatu bahan adalah kekuatan, kekerasan, kekakuan, ketangguhan dan sifat lain yang dibutuhkan. Selain itu perlu dipertimbangkan bentuk produk, cara memproduksinya dan memperhatikan sifat material ideal seperti bahan baku dan cadangannya yang mudah didapat, harga yang murah, dapat didaur ulang, hemat energi, tahan korosi, banyak penggunaannya dan sebagainya.
Sifat suatu bahan dapat diketahui seluruhnya dengan melakukan serangkaian pengujian. Dalam hal ini serangkaian pengujiaan yang akan dilakukan seperti pengujian kekerasan agar diketahui
kekerasannya, terutama pada permukaannya supaya tahan aus dan tidak mudah patah, pengamatan struktur mikro agar diketahui kualitas material dengan pengerjaannya supaya didapat material yang di bagian dalam liat atau ulet dan di bagian luar keras serta pengujian komposisi kimia agar diketahui material yang kurang baik supaya diperbaiki dengan penambahan unsur-unsur yang diperlukan.
TINJAUAN PUSTAKA
Steering gear adalah roda gigi lurus dengan letak poros sejajar roda gigi yang berfungsi meneruskan daya dari pengemudi ke roda depan lewat poros penggerak ke poros yang digerakkan agar traktor dapat dengan mudah dikendalikan. Ada dua buah tuas kopling kemudi pada setiap traktor tangan, masing-masing ada di sebelah kanan dan kiri. Tuas ini digunakan untuk mengoperasikan kopling kemudi (kanan dan kiri). Saat membelok, apabila tuas kopling kemudi kanan ditekan, maka putaran gigi persneleng tidak tersambung dengan poros roda kanan, karena steering gear tidak meneruskan daya dari roda gigi penggerak. Sehingga roda kanan akan berhenti, dan traktor akan berbelok ke kiri. Begitu juga sebaliknya apabila kopling kiri ditekan.
Struktur Mikro
Baja yang berupa ferit pada temperatur kamar (dalam kesetimbangan), dapat diproses menjadi berbagai struktur dengan jalan perlakuan panas. Struktur tersebut dapat ditunjukkan pada tabel fasa yang terdapat pada baja. Fasa-fasa tersebut memiliki sifat-sifat khas. Ferit mempunyai sel satuan kubus pusat badan atau Body Centered Cubic (BCC), menunjukkan titik mulur yang jelas dan menjadi getas pada temperatur rendah.
Gambar 1. BCC (Body Centered Cubic) pada ferit
Austenit mempunyai sel satuan kubus pusat muka atau Face Centered Cubic (FCC), menunjukkan titik mulur yang jelas dan tidak menjadi getas pada temperatur rendah.
Gambar 2. FCC (Face Centerd Cubic) pada austenit
Akan tetapi dapat berupa metastabil bisa berubah martensit pada temperatur rendah akibat proses pengerjaan. Martensit adalah fasa larutan padat lewat jenuh dari karbon yang mempunyai sel satuan tetragonal pusat badan atau Body Centered Tetragonal (BCT).
Gambar 3. Body Centered Tetragonal pada martensit
Pengujian Struktur Mikro
Pengujian mikroskopik dari suatu benda uji yang mewakili suatu logam, setelah dipoles dan kemudian dietsa dengan bantuan larutan kimia yang sesuai dapat memberikan banyak gambaran seperti keteraturan dan ukuran butir, distribusi fase, hasil deformasi plastis dan eksistensi dari
pengotor dan cacat-cacat. Proses kimia atau etsa permukaan, mula-mula memperlihatkan batas butir, tetapi lebih lanjut etsa akan memperlihatkan bayangan yang berbeda antara satu butir dengan butir yang lain, hal ini menunjukkan bahwa larutan etsa tidak mengikis permukaan logam seluruhnya melainkan sepanjang bidang kristalografi tertentu. Bagian yang memiliki orientasi yang sama kemudian terdapat dalam satu butir, dan karena setiap butir memiliki orientasi yang berbeda dari butir sekitar. Setiap butir akan memantulkan sinar ke lensa obyektif pada mikroskop dan hasilnya akan timbul sinar, sementara butir-butir di sekitarnya memantulkan semua sinar ke lain arah dan tampak lebih gelap.
Gambar 4. Susunan skematik sistem mikroskop
METODE PENELITIAN Pendekatan Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen. Dengan cara melakukan pengujian struktur mikro, kekerasan Vickers dan komposisi kimia sebelum dan sesudah dilakukan carburizing dengan holding time 2 dan 4 jam.
Benda Uji
Spare part yang digunakan pada penelitian ini adalah dua buah steering gear yang dibeli pada toko-toko spare part traktor sawah, artinya menggunakan benda-benda yang sudah jadi. Spare part tersebut yaitu :
1. Steering gear YZC : produksi Yanmar 2. Steering gear G600 : produksi Quick
Steering gear G600 (Quick) Steering gear YZC (Yanmar) Gambar 5. Spesimen steering gear
S Sumber c ahaya J Spesi men Obyekti f Refl ektor verti kal E Q P R O A' A Mikroskop objek tif
Arah buti ran
A A'
HASIL PENELITIAN
Gambar 6. Foto struktur mikro produk steering gear merk Yanmar bagian tepi luar (tanpa heat treatment) pada perbesaran 200
Gambar 7. Foto struktur mikro produk steering gear merk Yanmar bagian transisi (tanpa heat treatment) pada perbesaran 200 x
Gambar 8. Foto struktur mikro produk steering gear merk Yanmar bagian dalam (tanpa heat treatment) pada perbesaran 200 x
Spesimen merk Yanmar tanpa heat treatment pada gambar 6, gambar 7 dan gambar 8 terdiri dari fasa perlit dan ferit yang tersebar merata pada bagian ujung tepi. Sedangkan bagian tengah terlihat fasa perlit dan ferit tersebar lebih berkelompok, dimana fase ferit lebih dominan.
50 m Ferit Perlit Ferit Perlit 50 m Ferit Perlit
Gambar 9. Foto struktur mikro produk steering gear merk Quick bagian tepi luar (tanpa heat treatment) pada perbesaran 200
Gambar 10. Foto struktur mikro produk steering gear merk Quick bagian transisi (tanpa heat treatment) pada perbesaran 200
Gambar 11. Foto struktur mikro produk steering gear merk Quick bagian dalam (tanpa heat treatment) pada perbesaran 200
Spesimen merk Quick tanpa heat treatment pada gambar 9, gambar 10 dan gambar 11 terdiri dari fasa ferit dan fasa perlit yang tersebar yang tersebar merata pada bagian ujung gigi, sedangkan bagian tengah dan dalam tersebar berkelompok. Bagian tepi perlit lebih banyak dari pada di tengah.
50 m Ferit Perlit 50 m Ferit Perlit 50 m Ferit Perlit
Gambar 12. Foto struktur mikro produk steering gear merk Yanmar bagian tepi luar (dengan Holding Time 2 jam) pada perbesaran 200
Gambar 13. Foto struktur mikro produk steering gear merk Yanmar bagian transisi (dengan Holding Time 2 jam) pada perbesaran 200
Gambar 14. Foto struktur mikro produk steering gear merk Yanmar bagian dalam (dengan Holding Time 2 jam) pada perbesaran 200
Spesimen merk Yanmar dengan Holding Time 2 jam pada gambar 12, gambar 13 dan gambar 14 terdiri dari fasa perlit dan ferit yang tersebar merata pada bagian ujung tepi. Sedangkan bagian tengah terlihat fasa perlit dan ferit tersebar lebih berkelompok, dimana fase ferit lebih dominan.
50 m Ferit Perlit 50 m Ferit Perlit 50 m Ferit Perlit
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil data penelitian dan hasil analisa maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Pengaruh carburizing terhadap perubahan sifat mecanical properties
a. Penurunan harga kekerasan dari tepi sampai ke dalam gigi terjadi pada spesimen tanpa heat treatment dan spesimen dengan carburizing dengan holding time 2 jam. Hal ini terjadi karena spesimen tersebut mengalami proses pengerasan kulit (carburizing).
b. Kenaikan harga kekerasan dari tepi sampai ke dalam gigi terjadi pada spesimen dengan carburizing dengan holding time 4 jam. Hal ini terjadi karena spesimen mengalami pendinginan yang lebih lama dari spesimen carburizing dengan holding time 2 jam di dalam tungku pemanas.
2. Pengaruh holding time terhadap perubahan sifat mecanical properties.
Spesimen carburizing dengan holding time 4 jam mempunyai nilai kekerasan terendah yang lebih tinggi daripada spesimen carburizing dengan holding time 2 jam.
3. Pengaruh perubahan suhu terhadap perubahan sifat mecanical properties.
Perubahan suhu pada saat carburizing sangat mempengaruhi perubahan fasa material, seperti yang terlihat pada diagram kesetimbangan besi karbon (Fe-C).
4. Pengaruh perlakuan pendinginan terhadap perubahan sifat mecanical properties.
a. Harga kekerasan tertinggi dan terendah spesimen Yanmar dan Quick tanpa heat treatment dan carburizing dengan holding time 2 jam menurun dari kedua merk tersebut, disebabkan pendinginan setelah carburizing prosesnya secara perlahan-lahan di dalam dapur pemanas. b. Harga kekerasan tertinggi dan terendah spesimen carburizing Yanmar dan Quick dengan
holding time 4 yang hampir sama dari kedua merk tersebut, disebabkan pendinginan setelah carburizing prosesnya lebih lama dari spesimen carburizing dengan holding time 2 jam di dalam tungku pemanas.
c. Pada pengamatan struktur mikro dengan melihat hasil pengujian, bahwa dengan dilakukannya proses carburizing menyebabkan fase perlit dan ferit strukturnya lebih kasar, karena pendinginan dalam dapur pemanas. Dimana fasa ferit lebih banyak di bagian dalam daripada di tepi.
DAFTAR PUSTAKA
ASM Committee, 1985, ASM Hand Book Committee, Metallografi and Microstructure, nineth edition, America Sosiety for Metallurgi, New York
Beumer, B.J.M.; Anwir, B.S. (Alih Bahasa), 1978, Ilmu Bahan Logam, Jilid III , Cetakan ke-2, CV. Bhratara, Jakarta
Dieter, G.E.; Djaprie, S. (Alih Bahasa), 1990, Metalurgi Mekanik, Jilid I, Edisi ke-3, PT. Erlangga, Jakarta
Paul De Garmo, E., 1969, Materials and Processes in Manufacturing, Mac Millan Company, New York
Smallman, R. E, 1991., Metalurgi Fisik Modern,. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta
Sularso, 1983, Dasar Perencanaan dan Pemiihan Elemen Mesin, PT. Pradnya Paramita, Jakarta Surdia, T.; Chijiwa, K., 2000, Teknik Pengecoran Logam, Cetakan ke-6, PT. Pradnya Paramita,
Jakarta
Surdia, T.; Shinroku, S., 2000, Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya Paramita, Jakarta Van Vlack; Djaprie, S., 1995, Teknologi Mekanik, PT. Erlangga, Jakarta
Van Vlack; Djaprie, S., 1992, Ilmu dan Teknologi Bahan, PT. Erlangga, Jakarta
Van Vliet, G.L.J, 1984, Teknologi untuk Bangunan Mesin Bahan-bahan I, PT. Erlangga, Jakarta
http://sonzainochikara.wordpress.com/2009/03/24/teknologi-dalam-dunia-pertanian-if-310108092/
(Tanggal, 12 Mei 2012)
http://www.ideelok.com/alat-dan-mesin/traktor-tangan (Tanggal, 12 Mei 2012)
http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=313 (Tanggal, 12 Mei 2012)
