A. PENDAHULUAN
Sproket sepeda motor merupakan bagian penting dari sepeda motor.
Sproket adalah roda bergerigi yang berpasangan dengan rantai. Sproket berbeda dengan roda gigi atau pulley. Sproket berfungsi untuk mentransmisikan gaya putar antara dua poros di mana roda gigi tidak mampu menjangkaunya [1]. Sprocket selalu bergesekan dengan rantai sehingga akan mengalami keausan.
PENGARUH PROSES PACK CARBURIZING – QUENCHING PADA KEKERASAN BAJA AISI 1020
Dody Prayitno 1, Siti Budi Hengki2
1,2 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti , Jakarta 11440, Indonesia
*Penulis koresponden: [email protected]
ABSTRAK
Salah satu aplikasi baja AISI 1020 adalah sproket sepeda motor. Baja ini masuk kategori baja karbon rendah dan masih memiliki peluang untuk di tingkatkan kekerasan permukaannya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pack-carburizing yang dilanjutkan dengan pendinginan cepat (quenching) di dalam minyak goreng terhadap kekerasan Baja AISI 1020. Metode penelitian diawali dengan memotong Baja AISI 1020 menjadi 7 sampel. Sampel kemudian dibenamkan di dalam serbuk arang batok kelapa pada sebuah container baja (50 x 50 x 70 (mm)). Kontainer ditutup lalu dimasukkan dalam tungku untuk dipanaskan 900 oC selama 2 jam. Sampel lalu dikeluarkan dari timbunan dan langsung di quenching ke dalam minyak goreng. Sampel kemudian di uji kekerasan dan metalografi. Hasil penelitian. Pack-Carburizing yang dilanjutkan dengan quenching di dalam minyak goreng akan meningkatkan kekerasan permukaan baja AISI.”Struktur mikro baja AISI 1020 yang mengalami pack-carburizing- quenching akan berubah dari perlit-ferrit menjadi martensit.”Proses karburasi dengan pendinginan media udara normal akan meningkatkan kadar karbon dari 0,217%
menjadi 0,769%, 0,967%, 0,936%. Proses karburasi dengan quenching minyak goreng akan meningkatkan kadar karbon menjadi 1,21%, 1,08%, dan 1,04%. Kesimpulan. Pack- carburizing-quenching akan meningkatkan kekerasan permukaan.
SEJARAH ARTIKEL
● Diterima
20 September 2021
● Revisi
22 Oktober 2021 Disetujui
10 Desember 2021
● Terbit online 30 Januari 2022
KATA KUNCI
● Baja AISI 1020,
● Pack carburizing,
● Quenching,
● kekerasan,
● Baja
46
Salah satu aplikasi baja AISI 1020 adalah sproket sepeda motor. Baja ini masuk kategori baja karbon rendah dan masih memiliki peluang untuk di tingkatkan kekerasan permukaannya. [2,3]
Kekerasan yang cukup tinggi akan mengurangi keausan material [4]. Pack carburizing – quenching merupakan proses peningkatan kekerasan permukaan dengan cara carburisasi yang dilanjutkan dengan proses pendinginan cepat (quenching) dalam sebuah media cair [5,6].
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui efek karburasi yang dilanjutkan dengan proses quenching di media minyak goreng terhadap kekerasan baja sproket AISI 1020.
B. STUDI PUSTAKA
Penambahan karbon akan meningkatkan kekerasan permukaan. Penambahan karbon yang disebut carburizing atau karburasi dilakukan dengan cara memanaskan baja pada temperatur 900oC atau suhu austenit dalam lingkungan yang mengandung atom karbon aktif sehingga atom karbon akan berdifusi dan masuk ke dalam lapisan permukaan pada permukaan baja yang mencapai kedalaman tertentu pada waktu tertentu (waktu penahanan).
Gambar 1. Atom Karbon Berdifusi Secara Interstisi [7]
Martensit merupakan bentuk besi karbon dengan BCT (body centered tetragonal) yang terdapat di sudut bagian atom dimana terdapat karbon larut. Martensit akan terjadi selama pendinginan, ketika kisi-kisi austenite kubus yang berpusat pada sisi distorsi ke dalam struktur tetragonal yang terpusat pada bagian sudut atom tanpa kehilangan atom karbon yang
terkandung di dalamnya menjadi sementit dan ferit. Sebaliknya, karbon dipertahankan dalam struktur Kristal besi [8].
Gambar 2. Struktur Mikro Martensit [8]
C. METODOLOGI PENELITIAN
Diagram alir penelitian diperlihatkan pada gambar 1. Baja Aisi 1020 dipotong menjadi 7 sampel (tebal 5 mm, Panjang 40 mm, lebar 20 mm). 1 sampel digunakan sebagai acuan. 6 sampel kemudian dibenamkan didalam serbuk arang batok kelapa. Dan kemudian di tumbuk perlahan.
Kontainer (50 x 50 x 70 (mm)) ditutup lalu dimasukkan kedalam tungku untuk dipanaskan. Pack carburizing dilakukan pada suhu 900 oC selama 2 jam. 3 sampel dikeluarkan dari container untuk didinginkan di udara terbuka. 3 sampel lainnya di quenching didalam minyak goreng. Seluruh sampel lalu diuji kekerasan mikro Vickers dan metalografi.
48
Gambar 3. Diagram Alir Penelitian
D. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Uji Komposisi Kimia
Tabel 1. Hasil uji komposisi kimia
Komposisi Kimia
Kode sampel
(RM (C+MK) (C+U)
1 1 2 3 1 2 3
Cy f0,217% 1,21% 1,08% 1,04% 0,769% 0,967% 0,936%
Siu y0,018% 0,005% 0,005% 0,005% 0,005% 0,005% 0,005%
Mn y0,788% 0,585% 0,716% 0,605% 0,624% 0,623% 0,634%
Pu r0,014% 0,019% 0,016% 0,017% 0,019% 0,018% 0,020%
S e0,005% 0,100% 0,100% 0,100% 0,100% 0,077% 0,038%
Cry e0,006% 0,032% 0,047% 0,027% 0,020% 0,026% 0,020%
Mo 0,003% 0,009% 0,005% 0,009% 0,007% 0,013% 0,011%
Ni 0,005% 0,029% 0,032% 0,027% 0,025% 0,030% 0,029%
Ale 0,026% 0,035% 0,048% 0,039% 0,036% 0,039% 0,031%
Ti 0,010% 0,001% 0,001% 0,001% 0,001% 0,001% 0,001%
Perubahan kandungan carbon menjadi sangat penting mengingat proses yang dilakukan adalah Pack-Carburizing sehingga elemen lainnya menjadi kurang diperhatikann. Berdasarkan hasil uji komposisi terihat bahwa pack-carburizing – quenching menyebabkan kandungan carbon di permukaan atas meningkat dari 0,127 % menjadi 1,0 – 1,2 % Carbon. Sementara itu pack- carburizing hanya mampu meningkatkan kandungan karbon dari 0,217 % menjadi 0,7 -0,9 % carbon.
4.2 Hasil Uji Kekerasan
Pengujian kekerasan dilakukan pada potongan melintang. Pengujian dimulai dari permukaan atas kearah yang jaraknya semakin menjauh dari permukaan. Hasil kekerasan mikro rata-rata dari setiap grup sampel diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2 memperlihatkan bahwa raw material (RM) memiliki kekerasan pada permukaan yaitu (180 HV). Kekerasannya semakin menurun dengan semakin jauhnya jarak dari permukaan.
Pada jarak 370 mm kekerasannya adalah terendah (101 HV). Hal ini menunjukkan bahwa sproket telah mengalami proses pengerasan permukaan.
Pack karburising dengan pendinginan udara (kode sample C+ U). Pack-carburising berhasil meningkatkan kekerasan pemukaan dari 180 Hv menjadi 256 HV Kekerasan menurun secara landai dengan bertambah jauhnya jarak dari permukaan. Namun demikian kekerasannya masih tetap lebih tinggi (203 HV) dibandingkan dengan Raw Material.
Pack-Carburizing – quenching (kode sampel C+MK). Pengerasan permukaan Pack- carburizing yang dilanjutkan dengan proses Quenching dalam minyak goreng sangat berhasil meningkatkan kekerasan permukaan dari 180 Hv menjadi 638 Hv. Dengan bertambahnya jauhnya jarak dari permukaan, kekerasan menurun dengan dratis. Kekerasan menurun menjadi 439 Hv pada jarak 170 mm dari permukaan. Penurunan kekerasan secara dratis ini disebabkan Pada permukaan atas proses pendinginan sangat cepat dibandingan pada lokasi yang jauh dari permukaan atas. Penambahan jarak berikutnya (>170 mm) kekerasannya haimpir tidak berubah secara signifikan.
50
Gambar 4. Kekerasan mikro (HV) sesuai jarak dari permukaan atas sampel 4.3 Hasil Mikrostruktur
Gambar 3. a. mikrostruktur baja AISI 1020 sebagai raw material (RM) dengan pembesaran 500 x, hanya terdiri dari perlit dan ferrit. Ferrit terlihat dominan. Berdasarkan uji komposisi kimia, Raw material mengandung 0,2 % Karbon, oleh karenanya mikrostruktur yang dominan adalah ferrit. Mikrostruktur permukaan atas juga terdiri dari ferrit dan perlit.
Gambar 3b. kode sampel (C+U) dimana sampel mengalami pack-carburizing dan pendinginan udara. Pada pembesaran 100 x, terlihat adanya mikrostruktur lapisan atas yang terkarburisasi dan mikrostruktur base metal. Lapisan terkarburisasi terbentuk karena adanya atom atom karbon dari arang batok kelapa yang berdifusi ke dalam permukaan atas baja AISI 1020. Berdasarkan hasil uji komposisi kimia terjadi peningkatan karbon dari 0,2 menjadi 0,7 – 0,9 %. Mikrostruktur lapisan terkaburisai (Gambar 3c.) mirip seperti ferit dan perlit anum berukuran lebih kecil dibandingkan mikrostruktur base metalnya. Mikrostruktur base metal terdiri dari menjadi ferit dan perlit, dimana perlit terlihat dominan. Dengan adanya pendinginan udara mikrostruktur raw material (RM), ferrit dan perlit dimana yang dominan adalah ferrit berubah manjadi ferit dan perlit , dimana yang dominan adalah perlit.
(a) RM (500 x)
(b) (C+U) 100 x. (c) (C+U) 500 x
(d) (C+MG) 100 x (e). (C+MG) 500 X
Gambar 5. Mikrostruktur
Pada Gambar 5.d kode sampel (C+MG), sampel mengalami pack-carburizing yang dilanjutkan dengan Quenching dalam minyak goreng. Pada pembesaran 100 x, terlihat adanya mikrostruktur lapisan terkarburisai dan mikrostruktur base metal. Lapisan terkarburisasi terbentuk karena atom karbon dari arang batok kelapa berdifusi ke permukaan atas baja AISI
Base metal
Lapisan terkarbirisasi
Base metal
Lapisan terkaburisau
52
1020. Mikrosutruktur base metal terlihat sebagai martensit. Mikrostruktur ini terbentuk karena pendinginan cepat akibat dari proses quenching dalam minyak goreng.
E. KESIMPULAN
Kesimpulan berisi sebagai berikut :
a. Pack-carburizing dapat meningkatkan kekerasan permukaan baja AISI 1020 dari 180 Hv menjadi 256 HV. Sementara Pack-carburizing yang dilanjut dengan Quenching dalam minyak goreng mampu mencapai 638 HV.
b. Proses Pack-carburizing saja dan pack carburizing-quenching meningkatkan kandungan karbon pada permukaan .
c. Struktur Mikro spesimen Raw material adalah perlit dan ferit (dimana ferit adalah dominan). Proses pack-carburizing dengan pendinginan udara, mikrostruktur base metalnya adalaha ferit perlit dengan perlit yang mendominasi. Proses pack-carburizing- Quenching menyebabkan base metal struktur baja AISI 1020 adalah mirip martensit.
F. DAFTAR PUSTAKA
1. https://id.wikipedia.org/wiki/Sproket
2. M. Nasution, dan R. Halila Nasution, “Analisa Kekerasan dan Struktur Mikro Baja AISI 1020 Terhadap Perlakuan Carburizing Dengan Arang Batok Kelapa”, Jurusan Teknik Mesin.
Universitas Islam Sumatera Utara, 2020
3. Karim. Abdul, “Analisis Peningkatan Kualitas Sproket Sepeda Motor Buatan Lokal Dengan Metode Karburasi”, Jurusan Teknik Mesin. Politeknik Negeri Bandung, Bandung.2012]
4. Dody Prayitno, “Teknologi Rekayasa Material”, penerbit Universitas Trisakti. Jakarta- Indonesia, 2010.
5. Bakti, Ramala Wila, “Pengaruh Waktu Carburizing Dengan Media Quenching Oli Terhadap Kekerasan Sproket Sepeda Motor”, Jurusan Teknik Mesin. Universitas Sanata Darma, Yogyakarta. 2007
6. Erlanka Heling, Dody Prayitno,”Pengaruh Karburisasi Yang Dilanjutkan Dengan Proses Quenching Dalam Media Air Terhadap Kekerasan Baja S45c”, Jurnal Penelitian dan Karya Ilmiah Lembaga Penelitian Universitas Trisakti Vol. 4, No. 2, Juli 2019, ISSN (p): 0853-7720, ISSN (e): 2541-4275, ;
https://www.trijurnal.lemlit.trisakti.ac.id/lemlit/article/view/5224/4000
7. Smallman, R. E. dan Bishop, R. J, “Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material,” 2000, Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta
8. Callister, William D., “ Material Science And Engineering, An Introduction “, seventh edition, John Willey and Sons, 2007
