bab iv hasil penelitian dan...

53

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini berisi pembahasan tentang pemeriksaan data dari hasil

pengujian yang telah dilakukan, yaitu pengujian komposisi, kekerasan,

pengamatan struktur mikro pada baja karbon rendah,baik yang dilakukan

penambahan karbon atau yang tidak.Temperatur pemanasan yang dilakukan dan

waktu tahan (holding time) sangat berpengaruh terhadap sifat mekanik dan

srtuktur mikro bahan tersebut, oleh karena itu makaakan terlihat perbedaan pada

masing-masing material dengan holding time yang sama dengan temperature yang

berbeda.

4.1 Pengujian Komposisi Pada Pisau Timbangan Meja

4.1.1. Tujuan Pengujian

Tujuan dari di lakukannya pengujian ini adalah untuk

mengetahui komposisi yang terkandung di dalam baja karbon rendah

pada pisau timbangan meja. Pengujian komposisi dilakukan di

laboratorium POLMAN ceper, klaten dengan metode pengujian IK

5.4-1-1.

4.1.2. Studi Pengujian Komposisi Kimia

Hasil uji komposisi menunjukkan bahwa material pisau

timbangan mempunyai unsur paduan seperti padaTabel 4.1.

Tabel 4.1 Hasil Uji Komposisi Material Pisau Timbangan.

Paduan Fe C Si Mn P S Cr Ni Mo

Pisau

Timbangan 90,3 0,35 1,01 0,21 0,045 0,031 5,25 0,132 1,301

Sumber : Pengujian di POLMAN Ceper Klaten

Hasil pengujian komposisi kimia menunjukkan bahwa

kandungan unsur besi 90,3 % wt Fe, karbon 0,35 % wt C, silikon 1,01

% wt dan mangan 0,21 % wt Mn. Dilihat dari kadar karbon pada

komposisi kimia tersebut maka tergolong dalam baja karbon

54

menengah dengan tipe AISI 1035 dengan komposisi kimia seperti

pada Tabel 4.2

Tabel 4.2 Hasil Uji Komposisi Material Pisau Timbangan Dan AISI 1035

Paduan C Si Mn P S

Pisau Timbangan 0.35 1,01 0,21 0,045 0,031

AISI 1035 0.32-0.39 0.40 0.50-0,80 0.045 0.045

Sumber : Pengujian di POLMAN Ceper Klaten

Berdasarkan hasil uji pada komposisi kimia, material pisau

timbangan unsur yang dominan adalah.(ASM vol.1 1995).

a. Unsur Silikon (Si)

Silikon merupakan unsur paduan yang ada pada setiap baja dengan

jumlah kandungan lebih dari 0,4% yang mempunyai pengaruh kenaikan

tegangan tarik dan menurunkan kecepatan pendinginan kritis (laju

pendinginan minimal yang dapat menghasilkan 100% martensite).

b. Unsur Mangan (Mn)

Unsur Mangan dalam proses pembuatan baja berfungsi sebagai

deoxider (pengikat O2) sehingga proses peleburan dapat berlangsung

baik. Kadar Mn yang rendah dapat menurunkan kecepatan pendinginan

kritis.

c. Nikel (Ni)

Nikel memberi pengaruh sama seperti Mn yaitu menurunkan suhu kritis

dan kecepatan pendinginan kritis. Ni membuat struktur butiran menjadi

halus dan menambah keuletan.

d. Unsur Krom (Cr)

Unsur krom meninggikan kekuatan tarik dan keplastisan, menambah

mampu keras, meningkatkan tahan korosi dan tahan suhu tinggi.

4.1.3 Pembahasan Komposisi kimia

Klasifikasi baja ditentukan berdasarkan pada unsur karbon yang

terkandung dalam suatu material yang dapat dibedakan menjadi

55

tiga.Pertama baja karbon rendah atau sering disebut baja ringan (mild

steel) merupakan baja dengan kandungan karbon kurang dari

0.3%.Kedua baja karbon sedang yaitu baja yang memiliki kandungan

karbon antara 0.3- 0.6%. Ketiga baja karbon tinggi, yaitu baja dengan

kandungan karbon 0,6 – 1.5%. (Amanto, 1999).

Komposisi kimia pada baja sangat mempengaruhi sifat-sifat baja

seperti keuletan, kekerasan, kekuatan dan lain sebagainya.Uji

komposisi dilakukan pada 1 spesimen, yaitu pada baja karbon rendah

(pisau timbangan meja), dari pengujian tersebut didapat komposisi

unsur-unsur kimia dalam bentuk prosentase.Hasil dari pengujian

komposisi kimia pada Tabel 4.1.

Hasil pengujian komposisi kimia untuk baja yang digunakan

dalam kondisi panas, kandungan karbon adalah faktor paling penting

dalam menentukan sifat mekanik, nilai-nilai besi 90,3 % Fe, sedangkan

unsur karbon 0,35 % C. Unsur Silikon 1,01% Si dan mangan 0, 21 %

Mn. Dari beberapa unsur yang paling berpengaruh terhadap sifat

mekaniknya yaitu unsur karbon, apabila mengalami penurunan unsur

maka sifat mekaniknya akan turun. (ASM Handbook1, 2005 )

4.2 Hasil Uji Struktur Mikro

Pengujian struktur mikro pada penelitian ini bertujuan untuk melihat

struktur dan karakteristik dari material pisau timbangan yang telah dilakukan

proses karburasi dan tidak dilakukan karburasi.

Struktur mikro logam dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop

logam untuk diambil gambar strukturnya dengan menggunakan foto mikro

yang sudah diperbesar beberapa kali, dengan perbesaran 100x, 200x, 300x,

dan 500x. pengujian ini dilakukan di lab POLMAN Ceper Klaten

4.2.1. Hasil Uji Struktur Mikro Pada Pisau TimbanganTanpa Perlakuan

Pada Gambar 4.1danGambar 4.2di bawah berikut adalah hasil

dari pengujian struktur mikro tanpa perlakuan.

56

Gambar 4.1 Foto Struktur Mikro Baja Karbon Tanpa Perlakuan (200x).

Gambar 4.2 Foto Struktur Mikro Baja Karbon Tanpa Perlakuan (300x).

4.2.2 Hasil Uji Struktur Mikro Pada Pisau Timbangan Dengan Temperatur

800 oC

Pada spesimen ketiga seperti ditunjukan pada Gambar 4.3dan

Gambar 4.4, dibawah dilakukan penahanan selama 6 jam pada

tempratur 800oC, kemudian dilakukan quenching dengan media oli

SAE 40.

Ferite Pearlite

Ferite

Pearlite

57

Gambar 4.3 Foto Struktur Mikro Baja Karbon Dengan Penahanan Selama 6 jam,

Pada Teperatur 800 oC, Perbesaran 300x

Gambar 4.4 Foto Struktur Mikro Baja Karbon Dengan Penahanan Selama 6 jam,

Pada Teperatur 800oC , Perbesaran 500x


850 oC


Gambar 4.6 dibawah dilakukan penahanan selama 6 jam pada

temperatur 850oC, kemudian dilakukan quenching dengan media oli

SAE 40.

Pearlite

Ferite

Pearlite

Ferite

58

Gambar 4.5 Foto Struktur Mikro Baja Karbon Dengan Penahanan

Selama 6 jam, Pada Teperatur 850 oC, Perbesaran 200x




950 oC


Gambar 4.8 dibawah dilakukan penahanan selama 6 jam pada

tempratur 950oC, kemudian dilakukan quenching dengan media oli

SAE 40.

martensite

Pearlite

Ferite

Ferite

Pearlite

martensite

59




Selama 6 jam, Pada Teperatur 950 oC Perbesaran 300x.

4.3 Pembahasan Hasil Pengujian Struktur Mikro Setelah Di Carburizing

Dari hasil penelitian tersebut diatas menunjukkan bahwa Pisau

Timbangan dengan tapa perlakuan Gambar 4.1 danGambar 4.2mempunyai

struktur mikro yang tampak adalah perlit dan ferit, dimana ferit lebih merata

dibanding perlit, dikarenkan belumadanya penambahan carbon.Hal ini

Ferite

martensite

Pearlite

Ferite

martensite

Pearlite

60

menunjukkan pada spesimen pisau timbangandapat dilakukan treatment

dikarenakan kandungan ferrite yang masih banyak.

Hasil pengujian dengan variasi temperatur yaitu 800oC, 850

oC dan

950oCdengan penahanan selama 6 jam dilanjutkan di quenching dengan oli

SAE 40 dengan hasil sebagai berikut :

Dari Gambar 4.3 danGambar 4.4menunjukkan bahwa struktur-

struktur perlit jumlahnya semakin banyak dan ukuran butirannya mulai

merata di sepanjang penetrasi walaupun pada sisi perlitnya masih terdapat

banyak ferit. Peningkatan jumlah pearlite yang lebih banyak dibandingkan

dengan struktur mikro material awal dapat terjadi karena adanya pengaruh

penambahan unsur karbon ke dalam material selama proses difusi intertisi

karbon dengan cara pemanasan pada material pada temperatur 800⁰C dengan

lama waktu penahan 6 jam serta adanya penambahan serbuk Natrium

karbonat 40 % sebagai energizer yang merupakan unsur untuk mempercepat

proses difusi karbon ke dalam baja sehingga dapat membentuk struktur pearlit

lebih banyak.Dari Gambar 4.5danGambar 4.6menunjukkan bahwa struktur-

struktur ferite jumlahnya semakin sedikit dan ukuran butirannya mulai merata

di sepanjang penetrasi walaupun pada sisi perlitnya masih terdapat banyak

ferit. Peningkatan jumlah pearlite yang lebih banyak dibandingkan dengan

struktur mikro material awal dapat terjadi karena adanya pengaruh

penambahan unsur karbon ke dalam material selama proses difusi intertisi

karbon dengan cara pemanasan pada material pada temperatur 850⁰C dengan

lama waktu penahan 6 jam serta adanya penambahan serbuk tempurung

kelapa 60% dan natrium karbonat 40% sebagai energizer yang merupakan

unsur untuk mempercepat proses difusi karbon ke dalam baja sehingga dapat

membentuk struktur pearlit lebih banyak. Sehingga menjadikan spesimen ini

menjadi lebih keras dari sebelumnya dan juga di pengaruhi oleh terjadinya

proses pendinginan yang cepat sehingga dapat merubah sifat fisis menjadi

martensite dari pada baja.Dari Gambar 4.7 dan Gambar 4.8 menunjukkan

bahwa peningkatan jumlah pearlite yang paling banyak dibandingkan dengan

struktur mikro yang lain, selai itu penetrasi dari karbon juga cukup dalam dan

butiran butiran pada perlit ukurannya lebih besar dibandingkan dengan

61

konsentrasi sebelumnya. Dengan ukuran butir yang lebih besar maka

kekerasan yang dihasilkan juga akan lebih besar. Ini terjadi karena adanya

perbandingan bahan tambahan yang berupa 60% arang tempurung kelapa dan

40% serbuk natrium karbonat sebagai energizer yang merupakan bahan

pembangkit tenaga dalam proses karburisasi, serta didukung dengan proses

quenching menggunakan media pendingin oli SAE 40. Hal ini dapat

meningkatkan jumlah karbon yang cukup banyak, sehinga pada saat

pemanasan berlangsung difusi karbon ke dalam baja menjadi lebih cepat

sehingga dapat merubah butir struktur mikro dan nilai kekerasan yang lebih

keras di bandingkan dengan material uji sebelumnya .

Struktur mikro pada permukaan bahan awal adalah fasa ferit (terang)

dan perlit (gelap).Fasa martensit yang terbentuk akibat pendinginan

mendadak hanya dapat terbentuk pada baja dengan kandungan karbon

medium dan tinggi (Callister, 2001).

Pada suhu 950 ⁰C material sudah berada pada suhu austenite (γ) yang

pada proses pendinginan akan kembali menjadi ferrite (α), struktur karbon

tersebut larut kedalam austenite, sedangkan ferrite hanya mampu melarutkan

0,025% karbon, maka terbentuklah struktur ferrite diperlebar atau karbon

dipaksa masuk atau larut dalam ferrite atau sering disebut struktur martensite.

(Van vlack :1984)

Spesimen yang mempunyai struktur martensite apabila dipanaskan

lagi maka akan membuat struktur martensite sangat labil dimana martensite

akan berubah warnanya dari putih menjadi hitam karena sudah mulai

terbentuk pearlite dan cementit yang halus. Pada waktu transformasi austenit

menjadi martensite akan ada austenite yang tidak dapat atau tidak sempat

mengadakan transformasi ke martensite ini disebut sisa austenite (retain

autenite) yang mempunyai sifat lunak (Palallo1995:50).

Pertumbuhan butir bertambah besar dengan bertambahnya waktu

apabila suhu menimbulkan gerakan atom yang cukup signifikan.Jika laju

pendinginan lambat atom karbon dapat berdifusi dan membentuk struktur

yang kasar.Pada suhu normal material berbutir halus lebih kuat dibandingkan

material yang berbutir kasar (Van vlack, 2001).Masukan panas dan waktu

62

pengelasan sangat tergantung dengan besar kecilnya temperatur, semakin

besar temperatur maka masukan panas akan semakin besar. Masukan panas

yang besar menyebabkan lambatnya pendinginan sehingga terbentuk struktur

ferit dan perlit yang kasar (Asfarizal, 2008).Kekuatan baja ferit – perlit

sangat tergantung pada besar kecilnya butir ferit, karena itu tindakan

memperhalus butir adalah tindakan tepat dalam usaha memperbaiki kekuatan

dan ketangguhan baja ferit – perlit (Wiryosumarto, 2008).

Martensit adalah struktur yang terbentuk akibat quenching yang

kekerasannya bergantung pada kadar karbon (Callister, 2001: 342).

Kekerasan dan kekuatan martensit tidak berkaitan dengan struktur mikro

yang terbentuk saat pendinginan cepat, tapi lebih berkaitan dengan efektivitas

atom-atom karbon yang terinterstisi dalam menghalangi gerak dislokasi

(seperti pada efek larutan padat) dan relatif sedikitnya sistem slip pada sel

satuan BCT. Hal ini berarti bahwa kekerasan yang semakin turun pada

pengujian kekerasan case depth merupakan fungsi jumlah atom karbon yang

terdifusi. Semakin tinggi jumlah atom karbon, maka akan semakin efektif

dalam menghalangi pergerakan dislokasi dan semakin sedikit sistem slip pada

sel satuan BCT pada struktur martensit.

4.3 Pengujian Kekerasan

Tujuan dari percoban pengujian kekerasan adalah untuk mengetahui

tingkat kekerasan baja karbon yang dicapai akibat penahanan selama 6

jamdengan berbagai variasi temperatur yaitu 800oC, 850

oC dan 950

oC antara

tanpa perlakuan dan yang di lakukan karburasikemudian di dinginkan dengan

menggunakan media oli. Pengujian kekerasan dilakukan dengan mengunakan

metode Vickers berskala dengan menggunakan skala HVN dengan beban

sebesar 200N dan Penetrator Kerucut Intan 120 o

4.4 Hasil Uji Kekerasan Pisau Timbangan

Pengujian kekerasan dilakukan dengan mengambil sebanyak 5 titik

dipermukaan pisau tibangan. Dengan menggunakan metode Vikers hardness

63

dengan beban 200N dan penetrator kerucut intan 120o.. Hasil nilai kekerasan

yang didapatkan seperti pada Tabel 4.3 dibawah ini :

Tabel 4.3.Hasil pengujian kekerasan material pisau timbagan

Spesimen Hasil Kekerasan (HVN)

Rata-

rata

(HVN)

Konversi

HRA

1 2 3 4 5

Tanpa Perlakuan 226,1 224,9 224,9 225,5 226,1 225,51 58,89

Pisau Timbangan 1 suhu 800

oC

261,6 262,3 261,5 262,9 262,3 262,14 63,21

Pisau Timbangan 2 Suhu 850

oC

556,6 557,1 559,2 557,1 559,2 557,84 77,53

Pisau Timbangan 3 Suhu 950

oC

660,2 660,2 660,2 662,9 662,9 661,27 80,67

4.5.1 Hasil kekerasan material pisau timbangan tanpa perlakuan

Data kekerasan spesimen pisau timbangan dalam bentuk grafik

ditunjukkan pada Gambar 4.9, yang berfungsi untuk menjelaskan

perubahan kekerasan disetiap area permukaan pisau timbangan

Gambar 4.9 Hasil kekerasan pisau timbangan dengan tanpa perlakuan

64

4.5.2 Hasil kekerasan material pisau timbangan setelah di karburasi

dengan temperature 800oC


ditunjukkan pada Gambar 4.10, yang telah dilakukan karburasi

dengan temperature 800oC dan waktu penahanan 6 jam.

Gambar 4.10 Hasil kekerasan pisau timbangan dengan temperature 800oC

dan waktu penahanan 6 jam

Dari grafik diatas menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kekerasan di

banding sebelum dikarburasi.

4.5.3 Hasil kekerasan material pisau timbangan setelah di karburasi

dengan temperature 850oC




65

Gambar 4.11 Hasil kekerasan pisau timbangan dengan temperature

850oC dan waktu penahanan 6 jam

Dari grafik diatas menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kekerasan

pada titik 4 dan 5 dibanding pada grafik pada temperature 850oC

4.5.4 Hasil Kekerasan Material PisauTimbangan Setelah di Karburasi

Dengan Temperature 950oC




Gambar 4.12 Hasil kekerasan pisau timbangan dengan temperature

850oC dan waktu penahanan 6 jam

66

4.5 Hasil Analisa Kekerasan Material Pisau Timbangan Sebelum dan

Setelah Di Karburasi

Data kekerasan spesimen pisau timbangan meja setelah dicarburizing

1,2 dan 3, dengan waktu penahan 6 jam dengan temperatur 800⁰C,850⁰Cdan

950⁰C, dalam bentuk grafik ditunjukkan pada Gambar 4.13

dibawahmenujukkan peningkatan kekerasan yang signifikan pada material

pisau timbangansetelah di carburizingbisa meningkatakan sifat mekaniknya.

Dari material sebelum dikalibrasi dan setelah di kalibrasi.Untuk temperatur

950⁰C, kekerasan pisau timbangan naik 3 kali lipat atau 193% dari sebelum

dikalibrasi nilai kekerasan rata-rata 225,51kg/mm2setelah dikalibrasi menjadi

661,27kg/mm2.

Gambar 4.13Hasil Kekerasan Timbangan Tanpa Perlakuan

dan Setelah Proses Karburasi

Dari hasil pengujian kekerasan yang telah digambarkan pada Gambar

4.13 dapat dilihat bahwa hasil pengujian pada pisau timbangan mejatanpa

perlakuan memiliki nilai kekerasan vickers sebesar 225,51 kg/mm2. Pada

spesimen dengan suhu pemanasan carburizing 800⁰C mengalami kenaikan

dengan nilai262,14kg/mm2

hal ini menandakan nilai kekerasannya lebih

67

tinggi dibandingkan dengan spesimen pisau timbangansebelum mengalami

quenching. selanjutnya pada setiap hasil pengujian mengalami kenaikan

prosentase secara terus menerus, sampai pada titik ke lima.

Pada spesimen suhu pemanasan carburizing 850⁰C memiliki nilai

kekerasan 357,84kg/mm2, hal ini menunjukkan nilai kekerasan yang lebih

tinggi dibandingkan dengan pisau timbangan mejadan spesimen dengan suhu

pemanasan 800⁰C naik 37%. selanjutnya pada setiap hasil pengujian

mengalami kenaiakan prosentase secara terus menerus, sampai pada titik ke

lima.

Nilai kekerasan dari specimen pisau timbangan mejapada spesimen

suhu pemanasan carburizing 950⁰C memiliki nilai kekerasan 661,27kg/mm2,

hal ini menunjukkan nilai kekerasan yang lebih tinggi 85% dibandingkan

dengan spesimen dengan suhu pemanasan 850⁰C Setelah pengujian ke lima

belas hasil dari pengujian ini pisau timbangan meja naik 3 kali lipat dari

sebelum dikalibrasi 225,51 kg/mm2 setelah dikalibrasi naik sebesar 661,27

kg/mm2 atau 193%. menunjukkan penambahan arang tempurung kelapa 60%

dan barium karbonat 40% berat media karburasi dengan variasi temperatur

950⁰Cdapat meningkatkan kekerasan pada pisau timbangan meja. Ketika

dipanaskan barium karbonat akan melepas gas CO2. Semakin banyak jumlah

barium karbonat yang ditambahkan, akan semakin banyak dilepaskan gas

CO2 yang akan mengikat atom-atom karbon dari arang bakau sehingga

sejumlah besar gas CO terbentuk. Hal ini akan meningkatkan gradien

konsentrasi yang akan menigkatkan fluks atau aliran atom pada baja(Budinski

dan Budinski, 1999)

Hasil penelitian menunjukkanbahwa karburasi dengan variasi

temperatur 950⁰Cmemberikan kekerasan permukaan yang tertinggi. Jika

dibandingkan dengan penelitian (Arianto Leman Soemowidagdo, 2009)

dengan judul Sekam Padi Untuk Proses Pack Karburising, dari hasil

penelitan. Baja KarbonRendah Kekerasan baja karbon rendah meningkat

sebesar 281% dari 122 VHN menjadi 465 VHN setelah dikarburising selama

6 jam dalam media arang sekam padi yang dilanjutkan dengan quenching

dalam air.(Syamsuir, 2002) yang menggunakan barium karbonat sebesar

68

10% berat media karburasi arang kayu pada temperatur karburasi 925⁰C

dilanjutkan dengan proses pengerasan menghasilkan kekerasan permukaan

sebesar 475 kg/mm2, (Jusuf Talaperu) degan judul Analisa Komperatif

Perubahan Nilai Kekerasan BajaST 42 Pada Pack Carburizing Dengan

Menggunakan Media Alternatif Penganti Bubuk Karbon Aktif. Dengan

perbandingan media padat dan barium karbonat sebesar (60:40) %.. Proses

karburasi dilakukan pada temperatur pemanasan sebesar 925⁰C dengan waktu

tahan selama 6 jam. Kemudian dicelupkan kedalam media berisi oli.Media

padat arang tempurung dapt digunakan sebagai pengganti bubuk karbon aktif.

Dengan besar kenaikan nilai kekerasan terhadap baja ST 42 adalah sebesar

52,88%.(Muhammad Sadat Hamzah dan Muh. Iqbal)media carburizing

digunakan serbuk arang batok kelapa dan material baja.Hasil pengujian

keausan menunjukaan bahwa semakin tinggi temperatur proses carburizing

akan menghasilkan ketahanan aus spesifik yang lebih baik dan Pada proses

carburizing dengan temperatur 950⁰C yang dilanjutkan dengan proses

pengerasan pada temperatur 840⁰C memberikan peningkatan ketahanan aus

tertingggi sebesar 83,6% dibandingkan dengan ketahanan aus raw material.

bab iv hasil penelitian dan...

Documents