51
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Isi bab 4 hasil dan pembahasan meliputi: pengujian komposisi kimia, pengujian kekerasan permukaan dan pengujian struktur mikro.
4.1 Pengujian Komposisi Kimia
Setelah dilakukan pengujian spektrometer emisi sesuai gambar 3.7 diperoleh persentase komposisi kimia dari material sebelum dan material sesudah proses pack carburizing. Hasil ini dapat dilihat pada tabel 4.1.
Tabel 4.1 Komposisi Kimia Sebelum dan Sesudah Pack Carburizing
Dari perbedaan nilai komposisi baja St.41 sebelum dan sesudah proses pack carburizing pada tabel 4.2 nilai karbon tersebut meningkat hampir 2 kali lebih dari komposisi awal. Pada laju difusi karbon ke dalam baja ini setiap waktu penahanan tidak terjadi perubahan yang sangat signifikan, ada beberapa faktor yang mempengaruhi yaitu komposisi massa dari karbon aktif dan BaCO3 yang sedikit.
Karena media pack carburizing relatif kecil sehingga difusi atom karbon dari karbon aktif hanya mampu mencapai batas maksimal yaitu 0.31910% karbon.
Peningkatan karbon makasimal mencapai 0.31910% hal ini menunjukkan bahwa campuran karbon aktif dan BaCO3 telah berhasil meningkatkan kadar karbon pada baja St.41. Menurut Kuswanto, 2010 pada proses pack carburizing karbon tersebut bereaksi dengan panas yang diberikan sehingga terjadi difusi dalam baja tersebut.
NO Spesimen Komposisi Kabon (%C) Sebelum Sesudah
1. A1 0.1546 0.1546
2. N1 0.1546 0.30258
3. N2 0.1546 0.31910
4. N3 0.1546 0.30760
5. Q1 0.1546 0.30173
6. Q2 0.1546 0.30230
7. Q3 0.1546 0.30501
52
Panas
BaCO3 BaCO + CO2 ……….…(1)
2C + O2 CO2 (g).……….…………(2)
CO2 + C 2CO ……….…….(3)
Panas
2CO CO2 + C (Berdifusi dalam baja)…………(4)
4.2 Pengujian Metalografi (Struktur Mikro)
Pengamatan struktur mikro pada baja St.41 dilakukan pada sampel menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran 50x, pengamatan ini bertujuan untuk mengetahui struktur mikro baja St.41 sebelum dan sesudah proses pack carburizing dengan pemanasan hingga temperatur 920°C. Adapun hasil pengamatan sebagai berikut:
(A1)
53
(N1) (Q1)
(N2) (Q2)
(N3) (Q3)
Gambar 4.1 Struktur Mikro Spesimen (A1, N1, N2, N3, Q1, Q2 dan Q3) Perbesaran 50x)
54
Kemudian diperoleh kadar komposisi antara ferrit, perlit dan martensit sebagai berikut:
Tabel 4.3 Komposisi Fasa Pada Spesimen
Kode Spesimen Komposisi Fasa (%)
A1 Ferrit (50,86%) dan Perlit (49.14%) N1 Ferrit (54,89%) dan Perlit (45,11%) N2 Ferrit (55,89%%) dan Perlit (44,11%) N3 Ferrit (58,58%) dan Perlit (41,42%) Q1 Ferrit (51,96%) dan Perlit (48,04%) Q2 Ferrit (28,82%) dan Perlit Halus (71,18%) Q3 Ferrit (25,97%) dan Perlit Halus (74,03%)
Tabel di atas sampel A1 tanpa perlakuan yang merupakan parameter perbandingan. Terdapat fasa ferrit (putih) dan perlit (hitam) terlihat fasa ferrit berukuran sedang, tidak terlalu kasar dan tidak terlalu halus. Tetapi fasa perlit lebih dominan dibandingkan fasa ferrit, telah dilakukan perhitungan jumlah fasa ferrit beriksar 50,86% dan fasa perlit 49.14% pada gambar di atas.
Pada pendinginan normalizing pada spesimen N1 dengan perlakuan panas waktu penahanan 1 jam diperoleh jumlah fasa ferrit 54,89% dan perlit 45,11%.
Selanjutnya sampel N2 perlakuan panas dengan waktu penahanan 2 jam diperloeh jumlah fasa ferit sebesar 55,89% sedangkan perlit 44,11%. Kemudian sampel N3 perlakuan panas dengan waktu penahanan 3 jam diperloeh jumlah fasa ferrit sebesar 58,58% dan perlit sebesar 41,42%. Berdasarkan diagram Fe-Fe3C pada saat baja hypoeutektoid mencapai temperatur austenit didinginkan secara lambat maka fasa yang dihasilkan yaitu ferrit dan perlit. Sehingga hasil penelitian ini sesuai dengan teori. Diperkuat penelitian Nugroho, 2014 dengan memanaskan baja NP-42 dengan variasi temperatur 775, 800, 825 dan 850 pendinginan normalizing diperoleh hasil bahwa semakin banyak fasa ferrit yang dihasilkan dibandingkan ferrit pada daerah base metal pengelasan.
Berikutnya pendinginan quenching pada spesimen Q1 perlakuan panas waktu penahanan 1 jam diperoleh jumlah ferit 51,96% dan perlit 48,04%.
Selanjutnya Q2 perlakuan panas dengan waktu penahanan 2 jam diperloeh jumlah
55 fasa ferit 28,82% dan perlit halus 71,18%. Kemudian sampel Q3 dengan perlakuan panas waktu penahanan 3 jam diperloeh jumlah fasa ferit 25,97% dan fasa perlit halus 74,03%. Komposisi fasa ferit dan perlit dapat dianlisis dengan diagram CCT sebagai berikut:
Gambar 4.2 Analisis Diagram CCT Pada Spesimen Q1, Q2 dan Q3 (Avner, 1974) Pada sampel Q1 mengalami penurunan jumlah perlit dibandingkan A1, berdasarkan diagram CCT sampel Q1 mengalami difusi jauh ke arah kanan sehingga terbentuk fasa ferrit lebih banyak dibandingkan perlit. Ini dipengaruhi oleh waktu yang sangat lama saat sampel diambil dari furnace lalu membuka media pack carburizing, sehingga terjadi penurunan temperatur terlebih dahulu sebelum pencelupan sampel terjadi. Jika dikorelasikan dengan diagram CCT pencelupan dilakukan melebihi waktu 60 detik sehingga banyak fasa ferrit terbentuk. Pada sampel Q2 dan Q3 terjadi peningkatan jumlah fasa perlit yang signitifikan dibandingkan sampel A1. Dimana terbentuk perlit halus pada sampel ini. Laju waktu pendinginannya di atas 1-40 detik sehingga tidak ada fasa martensit
56
terbentuk. Pada sampel ini hanya terbentuk fasa ferrit dan perlit halus. Perlit halus terbentuk akibat laju pendinginan yang cepat diawali dengan keluarnya inti sementit dari austenit kemudian austenit kehabisan karbon sehingga berdifusi keluar dari austenit menjadi ferrit. Sehingga bentuknya berselang-seling sementit (Fe3C) + Ferit. Pada pendinginan quenching semakin banyak karbon yang berdifusi maka semakin banyak perlit yang terbentuk. Sehingga hasil mikro struktur pada sampel quenching sesuai dengan teori.
Menurut Gerrie, 2014 lama waktu penahanan (holding time) bergantung kepada kedalaman difusi karbon yang diinginkan. Tujuan dari holding time yaitu untuk mendifusikan karbon secara homogen pada permukaan baja. Semakin lama holding time, semakin dalam difusi karbon yang terjadi. Berdasarkan penelitian Eka, 2011 semakin lama penahan waktu (holding time), semakin cepat proses penyerapan karbon. Kecepatan laju proses karburasi yang semakin meningkat ini terjadi karena semakin lama waktu penahanan. Bertambah lamanya waktu penahanan menyebabkan fasa austenit pada pelat baja S35C semakin merata, sehingga karbon terserap semakin banyak dan semakin cepat. Berdasarkan pernyataan tersebut pada saat kadar karbon meningkat makan semakin banyak perlit yang terbentuk pada saat pendinginan quenching. Berdasarkan suherman, 1987 menyatakan bahwa makin tinggi kadar karbon dalam baja makin banyak perlitnya, maka sedikit ferritnya. Sehingga semakin lama waktu penahanan maka semakin banyak karbon yang berdifusi pada baja, maka semakin banyak fasa perlit yang dihasilkan. Jadi hasil penelitian ini sesuai dengan teori.
Sehingga diperoleh kesimpulan bahwa pengaruh holding time (waktu penahanan) terhadap pendinginan normalizing yaitu semakin lama waktu penahanan yang dilakukan maka semakin banyak fasa ferit yang dihasilkan.
Sedangkan untuk pendinginan quenching semakin lama waktu penahanan yang dilakukan maka semakin sedikit fasa ferit dan semakin banyak fasa perlit yang dihasilkan berbanding terbalik.
57 4.3 Pengujian Kekerasan
Setelah dilakukan pengujian kekerasan dengan titik indentasi jarak 1 mm, 2 mm, 3 mm dan 4 mm dari tepian sesuai gambar 3.8 dengan metode rockwell tipe b.
Diperoleh hasil tabel di bawah sebagai berikut:
Tabel 4.4 Nilai Kekerasan Dari Tepian Sampel Perlakuan
Sampel
Nilai Kekerasan Jarak Dari Tepian Sampel (HRB)
1 mm 2 mm 3 mm 4 mm
A1 98.13 ± 1,3 97.7 ± 0 96.73 ± 1,3 91.2 ± 0,3 N1 77.4 ± 2,6 73.8 ± 1,6 72.6 ± 2,0 67.5 ± 2,6 N2 66.56 ± 2,0 63.86 ± 6,5 62.1 ± 2,5 58.03 ± 1,8 N3 63.6 ± 2,2 60.96 ± 6,6 55.16 ± 1,5 54.53 ± 1,7 Q1 97.6 ± 5,5 95.9 ± 0,9 86.83 ± 3,8 84.16 ± 3,7 Q2 115.83 ± 0,6 115.56 ± 0,3 114.23 ± 0,6 104.46 ± 0,1 Q3 121.1 ± 0,8 119.5 ± 1,1 119.26 ± 0,6 117.43 ± 1,1
Dari tabel di atas pengujian kekerasan dilakukan pada 4 titik di permukaan baja untuk mengetahui kekerasan permukaan baja sebelum dan setelah proses pack carburizing. Setelah dilakukan uji kekerasan permukaan, didapatkan hasil nilai kekerasan pada 4 titik indentasi sesuai gambar 3.8 dari material tanpa perlakuan, waktu penahanan dan variasi pendinginan pada proses pack carburizing menggunakan uji kekerasan rockwell tipe b pada gambar 4.1 dan 4.2 di bawah ini.
Gambar 4.3 Grafik Nilai Kekerasan Tanpa Perlakuan dan Normalizing
98.13 97.7 96.73
91.2
77.4 73.8 72.6
66.56 63.86 67.5
62.1 58.03
63.6 60.96
55.16 54.53
1 mm 2 mm 3 mm 4 mm
Nilai Kekerasan (HRB)
Jarak Dari Tepian
Grafik Nilai Kekerasan Tanpa Perlakuan dan Normalizing
A1 N1 N2 N3
58
Pada gambar di atas dapat dilihat beberapa sampel yang dilakukan pengujian kekerasan sampel tanpa perlakuan dan pendinginan normalizing pada jarak indentasi 1 mm, 2mm, 3mm dan 4 mm dari tepian sampel. Sampel A1 nilai kekerasan 98.13 HRB, 97.7 HRB, 96.73 HRB dan 91.2 HRB pada spesimen tidak ada perlakuan panas yang diberikan. Sampel N1 merupakan sampel dengan waktu penahanan 1 jam dan pendingainan normalizing nilai kekerasannya 77.4 HRB, 73.8 HRB, 72.6 HRB dan 67.5 HRB. Sampel N2 merupakan sampel dengan waktu penahanan 2 jam dan pendingainan normalizing nilai kekerasannya 66.56 HRB, 63.86 HRB, 62.1 HRB dan 58.03 HRB. Sampel N3 merupakan sampel dengan waktu penahanan 3 jam dan pendingainan normalizing nilai kekerasannya 63.6 HRB,60.96 HRB,55.16 HRB dan 54.53 HRB.
Penurunan kekerasan ini terjadi seiring dengan penurunan komposisi fasa perlit pada sampel (N1, N2 dan N3) dapat dilihat pada tabel 4.3. Pada sampel (N1, N2 dan N3) jumlah perlit menurun seiring dengan kekerasan. Berdasarkan penelitian Rudi, 2012 semakin rendah perlit yang dihasilkan maka semakin rendah nilai kekerasan.
Gambar 4.4 Grafik Nilai Kekerasan Tanda Perlakuan dan Quenching Selanjutnya gambar di atas dapat dilihat beberapa sampel yang dilakukan pengujian kekerasan tanpa perlakuan dan pendinginan quenching dengan daerah indentasi 1 mm, 2mm, 3mm dan 4 mm dari tepian sampel. Sampel A1 nilai kekerasan 98.13 HRB, 97.7 HRB,96.73 HRB dan 91.2 HRB pada spesimen tidak
98.13 97.7 96.73
97.6 95.9 86.83 91.284.16
115.83 115.56 114.23
104.46
121.1 119.5 119.26 117.43
1 mm 2 mm 3 mm 4 mm
Nilai Kekerasan (HRB)
Jarak Dari Tepian
Niali Kekerasan Tanpa Perlakuan dan Quenching
A1 Q1 Q2 Q3
59 ada perlakuan panas yang diberikan. Sampel Q1 merupakan sampel dengan waktu penahanan 1 jam dan pendingainan quenching nilai kekerasannya 97.6 HRB, 95.9 HRB, 86.83 HRB, 84.16 HRB. Sampel Q2 merupakan sampel dengan waktu penahanan 2 jam dan pendingainan nilai kekerasannya 115.83 HRB, 115.56 HRB, 114.23 HRB, 104.46 HRB. Sampel Q3 merupakan sampel dengan waktu penahanan 3 jam dan pendingainan quenching nilai kekerasannya 121.1 HRB, 119.5 HRB, 119.26 HRB, 117.43 HRB.
Berdasarkan tabel 4.3 sampel Q1 kadar perlitnya lebih rendah dibandingkan sampel A1 sehingga menurunkan nilai kekerasan. Tetapi seiring dengan penambahan waktu penahanan, pada sampel Q2 dan Q3 kadar perlitnya lebih tinggi dibandingkan A1 lalu diperoleh kenaikan nilai kekerasan seiring dengan kenaikan komposisi perlitnya.
Sehingga diperoleh kesimpulan bahwa pada pendinginan normalizing semakin lama waktu penahanan menurunkan kadar perlit, maka semakin rendah nilai kekerasannya ketika menjauhi tepian spesimen. Kemudian pendinginan quenching dapat dilihat semakin lama waktu penahanan menaikan kadar perlit maka semakin tinggi nilai kekerasan pada spesimen. Sehingga penelitian ini sesuai dengan teori.
60
