peningkatan kekerasan sprocket imitasi melalui …

PENINGKATAN KEKERASAN SPROCKET IMITASI

MELALUI PROSES KARBURASI CAIR

DENGAN SUHU 850°C

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh:

Richard Michael Prapto

NIM 145214070

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

i

PENINGKATAN KEKERASAN SPROCKET IMITASI

MELALUI PROSES KARBURASI CAIR

DENGAN SUHU 850°C

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh:


NIM 145214070

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018


ii

THE INCREASING OF HARDNESS OF IMITATION SPROCKET

THROUGH LIQUID CARBURIZING PROCESS

AT 850°C TEMPERATURE

A THESIS

Presented as Partial Fulfillment of the

Requirement to Obtain the Degree of Sarjana Teknik

Mechanical Engineering Study Program

Written by:


Student ID 145214070

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


vii

ABSTRAK

Karburasi bertujuan untuk mengeraskan permukaan sprocket dengan

meningkatkan sifat mekanik dan kimia. Karburasi yang dilakukan adalah karburasi

cair dengan menggunakan Potassium Hexacyanoferrat sebagai alternatif sumber

karbon yang akan berdifusi dengan permukaan sprocket.

Penelitian ini dilakukan pada dua jenis sprocket imitasi, yang nantinya akan

dibandingkan dengan sprocket orisinal dari Honda Revo. Variabel dalam penelitian

ini adalah waktu penahanan, yaitu 15 menit, 30 menit dan 45 menit dengan suhu

dalam tungku 850°C kemudian didinginkan secara cepat dengan media oli. Hasil

sprocket yang telah dikarburasi selanjutnya dilakukan pengujian yang meliputi,

pengujian komposisi, pengujian kekerasan dan observasi struktur mikro.

Dari hasil pengujian kedua jenis sprocket imitasi didapatkan kekerasan

tertinggi pada waktu penahanan 45 menit, sprocket imitasi hitam dengan nilai

kekerasan rata-rata 106,48 HRB dan nilai kekerasan rata-rata pada sprocket imitasi

putih 102,90 HRB. Hasil peningkatan kekerasan terendah pada waktu penahanan

15 menit, yaitu 97,15 HRB untuk nilai kekerasan rata-rata pada sprocket imitasi

hitam dan nilai kekerasan rata-rata sprocket imitasi putih, yaitu 88,22 HRB. Dengan

hasil ini maka pengerasan sprocket imitasi menggunakan Potassium

Hexacyanoferrat sebagai sumber karbon cair dapat meningkatkan kekerasan

permukaan sprocket imitasi.

Kata kunci: Kekerasan, Sprocket, Karburasi dan Potassium Hexacyanoferrat.


viii

ABSTRACT

Carburizing aims to harden the surface of the sprocket by improving its

mechanical and chemical properties. Carburizing is Liquid Carburizing using

Potassium Hexacyanoferrat as an alternative carbon source that will diffuse with

the surface of the sprocket.

The experiment performed on two types of imitation sprocket, which will

be compared with the original sprocket from Honda Revo. Variables in this research

were holding time, i.e. 15 minutes, 30 minutes and 45 minutes with the temperature

in the furnace 850°C then quenching with oil media. The result of the experimented

sprocket is then tested which includes, composition testing, hardness testing and

microstructure observation.

The result from the test of both imitation sprocket types was found the

highest hardness at 45 minutes holding time, black imitation sprocket with mean

hardness value 106,48 HRB and mean hardness value on white imitation sprocket

102,90 HRB. The result of the lowest hardness increase at 15 minutes holding time,

i.e. 97,15 HRB for mean hardness value on black imitation sprocket and mean

hardness value on white imitation sprocket, i.e. 88,22 HRB. From this result

hardening imitation sprocket using Potassium Hexacyanoferrat as a source of liquid

carbon can increase the surface hardness of imitation sprocket.

Keywords: Hardness, Sprocket, Carburizing and Potassium Hexacyanoferrat.


xi

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i

HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGRIS ....................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................................ iii

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................ v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN .................................................. vi

ABSTRAK ......................................................................................................... vii

ABSTRACT ....................................................................................................... viii

KATA PENGANTAR ....................................................................................... ix

DAFTAR ISI ...................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xvi

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ................................................................................ 1

B. Rumusan Masalah ........................................................................... 2

C. Tujuan Penelitian ............................................................................ 2

D. Batasan Masalah ............................................................................. 3

E. Sistematika Penulisan ..................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI

A. Sprocket ........................................................................................... 5

B. Baja Karbon (Alloy Carbon Steel) .................................................. 7


xii

C. Proses Perlakuan Panas ................................................................... 16

D. Surface Treatment ........................................................................... 18

E. Difusi ............................................................................................... 23

F. Pengujian Bahan ............................................................................. 24

G. Tinjauan Pustaka ............................................................................. 35

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

A. Bagan Alir Penelitian ...................................................................... 38

B. Bahan dan Peralatan ........................................................................ 40

C. Proses Perlakuan Panas ................................................................... 49

D. Pengujian Kekerasan Rockwell ...................................................... 50

E. Pengamatan Struktur Mikro ............................................................ 50

F. Analisa Data .................................................................................... 51

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Pengujian Komposisi ...................................................................... 52

B. Pengamatan Struktur Mikro ............................................................ 53

C. Pengujian Kekerasan Rockwell ...................................................... 64

BAB V PENUTUP

A. Kesimpulan ..................................................................................... 75

B. Saran ............................................................................................... 76

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 77

LAMPIRAN ....................................................................................................... 80


xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sprocket .......................................................................................... 7

Gambar 2.2 Bentuk geometris kristal ................................................................ 10

Gambar 2.3 Diagram Besi-Karbon (Fe-C) ......................................................... 11

Gambar 2.4 Struktur mikro baja pada fase ferrite ............................................. 12

Gambar 2.5 Struktur mikro baja pada fase pearlite ........................................... 12

Gambar 2.6 Struktur mikro baja pada fase cementite ........................................ 13

Gambar 2.7 Struktur mikro baja pada fase austenite ......................................... 14

Gambar 2.8 Struktur mikro baja pada fase martensite ...................................... 15

Gambar 2.9 Skema karburasi padat ................................................................... 21

Gambar 2.10 Skema karburasi cair .................................................................... 22

Gambar 2.11 Skema karburasi gas ..................................................................... 23

Gambar 2.12 Kurva tegangan-regangan pada pengujian tarik ........................... 26

Gambar 2.13 Skema pengujian impact Charpy .................................................. 27

Gambar 2.14 Parameterdasar pada pengujuan kekerasan Brinell ...................... 30

Gambar 2.15 Skema pengujian Brinell .............................................................. 30

Gambar 2.16 Tipe-tipe lekukan piramid intan ................................................... 32

Gambar 2.17 Skema pengujian Vikers .............................................................. 32

Gambar 2.18 Skema pengujian Rockwell .......................................................... 33


xiv

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ................................................................... 39

Gambar 3.2 Sprocket .......................................................................................... 40

Gambar 3.3 Potassium Hexacyanoferrat ........................................................... 41

Gambar 3.4 Sodium Carbonate .......................................................................... 42

Gambar 3.5 Kalium Cloride ............................................................................... 43

Gambar 3.6 Oven atau tungku api ..................................................................... 43

Gambar 3.7 Mangkuk termal ............................................................................. 44

Gambar 3.8 Alat uji kekerasan Rockwell .......................................................... 44

Gambar 3.9 Termometer dan termokopel .......................................................... 45

Gambar 3.10 Stopwatch ..................................................................................... 45

Gambar 3.11 Mikroskop digital ......................................................................... 46

Gambar 3.12 Neraca digital ............................................................................... 46

Gambar 3.12 Gelas beaker ................................................................................. 47

Gambar 3.14 Dial caliper .................................................................................. 47

Gambar 3.15 Tang penjepit ................................................................................ 48

Gambar 3.16 Penjepit benda uji ......................................................................... 48

Gambar 3.17 Magic saw .................................................................................... 48

Gambar 4.1 Sprocket imitasi putih ..................................................................... 54

Gambar 4.2 Sprocket imitasi hitam .................................................................... 54

Gambar 4.3 Sturktur mikro permukaan sprocket imitasi putih dengan waktu

penahanan selama 15 menit .......................................................... 55


xv

Gambar 4.4 Struktur mikro permukaan sprocket imitasi putih dengan waktu


Gambar 4.5 Struktur mikro permukaan sprocket imitasi putih dengan waktu


Gamabr 4.6 Struktur mikro permukaan sprocket imitasi hitam dengan waktu


Gambra 4.7 Struktur mikro permukaan sprocket imitasi hitam dengan waktu


Gambar 4.8 Struktur mikro permukaan sprocket imitasi hitam dengan waktu


Gambar 4.9 Lapisan karbon sprocket imitasi putih dengan waktu penahanan

selama 15 menit ............................................................................ 60


selama 30 menit ............................................................................ 60


selama 45 menit ............................................................................ 61

Gambar 4.12 Lapisan karbon sprocket imitasi hitam dengan waktu penahanan

selama 15 menit ............................................................................ 61


selama 30 menit ............................................................................ 62


selama 45 menit ............................................................................ 62

Gambar 4.15 Grafik pengaruh waktu penahanan terhadap kedalaman difusi

karbon ........................................................................................... 63

Gambar 4.16 Pengujian kekerasan Rockwell .................................................... 64

Gambar 4.17 Grafik pengaruh waktu penahanan terhadap kekerasan ............... 73


xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Skala kekerasan Rockwell dan huruf awalannya ............................... 34

Tabel 4.1 Data uji komposisi sprocket sebelum dikenai proses

karburasi cair ..................................................................................... 52

Tabel 4.2 Hasil uji komposisi sprocket imitasi hitam setelah dikenai proses

karburasi cair ..................................................................................... 52

Tabel 4.3 Data kekerasan spesimen sprocket original ...................................... 65

Tabel 4.4 Data kekerasan spesimen sprocket imitasi putih .............................. 66

Tabel 4.5 Data kekerasan spesimen sprocket imitasi hitam ............................. 67

Tabel 4.6 Data kekerasan spesimen sprocket imitasi putih setelah karburasi ... 69

Tabel 4.7 Data kekerasan spesimen sprocket imitasi hitam setelah karburasi .. 71


1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Di Indonesia jumlah pengguna kendaraan bermotor semakin meningkat

seiring dengan berkembang pesatnya bidang industri. Tidak bisa dipungkiri dengan

adanya hal tersebut kebutuhan komponen atau onderdil kendaraan bermotor juga

sangat dibutuhkan terutama pada komponen atau onderdil yang mempunyai usia

habis pakai. Pada umumnya material yang digunakan untuk komponen atau

onderdil adalah baja karbon. Baja karbon rendah termasuk salah satu jenis baja yang

banyak digunakan oleh industri yang memproduksi komponen-komponen mesin,

seperti roda gigi, batang piston, poros, mur, baut, rangka kendaraan, ring piston dan

lain-lain. Karakteristik baja karbon rendah adalah mempunyai ketangguhan dan

keuletan yang tinggi, mudah dibentuk tetapi kekerasannya rendah dan sulit untuk

dikeraskan. Apabila kekerasan baja karbon rendah dapat ditingkatkan, maka baja

karbon rendah sangat baik untuk dimanfaatkan sebagai bahan komponen mesin.

Namun baja karbon rendah mudah mengalami kelelahan yang disebabkan oleh

keausan permukaan akibat beban bekerja bolak-balik.

Dalam pasar industri terdapat dua jenis komponen yang berbeda yaitu,

orisinal dan imitasi. Salah satu komponen kendaraan tersebut adalah sprocket.

Sprocket tersebut harus memiliki sifat kekerasan yang tinggi pada bagian luar atau

permukaan dan memiliki sifat keuletan pada bagian dalam, agar sprocket tersebut

dapat bekerja secara maksimal. Pada komponen imitasi keadaan tersebut akan sulit

tercapai, karena dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu pemilihan material yang

tidak tepat, tidak dikenai perlakuan lanjutan dan biaya produksi yang terbatas. Salah

satu cara yang dapat meningkatkan kualitas komponen imitasi pada kendaraan

bermotor adalah surface treatment dengan proses karburasi. Proses karburasi

biasanya dilakukan untuk material baja karbon rendah yang memiliki sifat lunak


2

dan keuletan yang tinggi. Dari proses karburasi ini dapat diperoleh sifat fisik

peningkatan kekerasan pada bagian permukaan benda, sehingga menghasilkan

komponen yang mengalami peningkatan kekuatan terhadap gesekan. Pada

komponen bagian dalam tetap mempunyai sifat keuletan yang baik dan memiliki

nilai ketangguhan yang tinggi.

B. Rumusan Masalah

1. Apakah proses karburasi cair dapat meningkatkan kualitas sifat mekanik dan

sifat fisik dari sprocket tersebut?

2. Bagaimana spesifikasi dan karakteristik sprocket imitasi setelah diberi

perlakuan karburasi cair jika dibandingkan dengan sprocket orisinal?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Memberikan perlakuan karburasi cair terhadap sprocket imitasi.

2. Mengetahui nilai kekerasan sprocket imitasi yang telah dikenai proses

karburasi cair.

3. Membandingkan sprocket imitasi hasil proses karburasi cair dengan sprocket

orisinal.

4. Mengetahui perubahan struktur mikro pada sprocket imitasi yang telah

dikenai proses karburasi cair dengan suhu 850°C.


3

D. Batasan Masalah

Judul dari tugas akhir yang disusun penulis masih dapat mencakup

permasalahan yang luas. Maka dari itu agar pembahasan tidak terlalu banyak dan

lebih terarah, penulis memberikan batasan permasalahan sebagai berikut:

1. Material yang akan diuji berasal dari komponen sprocket sepeda motor Honda

Revo jenis orisinal dan imitasi (dua jenis).

2. Sifat mekanik yang akan diteliti adalah kekerasan (hardness).

3. Proses surface treatment yang akan dilakukan adalah karburasi cair.

4. Suhu karburasi yang digunakan adalah konstan 850°C.

5. Variasi waktu penahanan saat proses karburasi cair yang digunakan adalah 15

menit, 30 menit dan 45 menit.

6. Karbon aktif yang digunakan adalah Potassium Hexacyanoferrat.

7. Katalisator yang digunakan adalah Sodium Carbonate dan Kalium Cloride.

E. Sistematika Penulisan

Penulisan tugas akhir ini akan dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu:

1. Bab I membahas mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan

penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.

2. Bab II membahas tentang landasan teori yang berisi klasifikasi baja dan

karbon, struktur mikro, perlakuan panas yang diberikan dan jenis-jenis

pengujian.

3. Bab III membahas mengenai metodologi penelitian yang berisi diagram alir

penelitian, peralatan dan bahan, proses perlakuan panas, pengujian kekerasan,

pengamatan struktur mikro dan analisa data.


4

4. Bab IV membahas mengenai hasil penelitian dan pembahasan yang berisi

hasil uji komposisi, gambar struktur mikro permukaan dan lapisan karbon

benda uji dan hasil uji kekerasan Rockwell untuk masing-masing benda uji

beserta grafik.

5. Bab V membahas mengenai kesimpulan yang diambil dari data yang

diperoleh dan saran-saran yang diajukan oleh penulis.


5

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Sprocket

Sprocket merupakan komponen yang sangat vital pada sebagian jenis

sepeda motor untuk mentransmisikan tenaga dan putaran. Sprocket digunakan pada

setiap sistem transmisi sepeda motor yang menggunakan rantai. Pada sistem

transmisi sepeda motor umumnya terdapat sepasang sprocket, yakni sprocket depan

dan sprocket belakang. Putaran sprocket depan berhubungan langsung dengan gear

box. Selanjutnya, sprocket depan mentransmisikan putaran dan tenaga menuju

sprocket belakang yang dihubungkan menggunakan rantai.

Sprocket dapat dihasilkan melalui beberapa proses manufaktur. Proses

manufaktur tersebut meliputi proses milling, hobbing, sintering, punching,

pengecoran dan lain sebagainya. Pemilihan proses dalam pembuatan sprocket

tentunya didasarkan pertimbangan, antara lain jenis material, ketersediaan peralatan

dan biaya. Pemilihan jenis material menjadi faktor utama dalam proses manufaktur

yang tepat.

Pemilihan jenis material untuk sprocket mempengaruhi banyak faktor, salah

satunya yaitu harga yang sesuai dengan performa material yang dibutuhkan.

Berdasarkan kondisi kerja sprocket, kekerasan dan biaya merupakan faktor penting

untuk dipertimbangkan ketika memilih jenis material. Hampir semua jenis sprocket

menggunakan jenis material kelompok baja karbon sedang (medium carbon steel).

Baja (steel) merupakan perpaduan antara besi dan karbon. Selain karbon, terdapat

unsur-unsur yang ditambahkan untuk meningkatkan kekerasan. Unsur paling sering

ditambahkan pada paduan adalah nickel, chromium dan molybdenum. Unsur-unsur

tersebut membuat baja paduan lebih mudah dikenai proses perlakuan panas untuk

menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi.

Jenis material dalam kelompok baja karbon sedang yang digunakan untuk

sprocket adalah AISI 1045. Pada umumnya, AISI 1045 memiliki kekuatan tarik

antara 570-700 MPa dan nilai kekerasan antara 7-17 HRC (Rockwell Hardness


6

Number On C Scale), (American Standart for Material Handbook Vol. 4). Selain

itu, AISI 1045 memiliki karakter mampu las (weldability) dan mampu mesin

(machinability) yang baik, serta sifat kekerasan dan nilai impact yang tinggi,

sehingga sangat sesuai untuk material pembuatan sprocket.

Berdasarkan pengaplikasiannya, standar nilai kekerasan sprocket yang

diperlukan berkisar antara 13-45 HRC setelah melalui proses perlakuan panas

(Ebhota, 2014). Nilai kekerasan tersebut dibutuhkan selain karena permukaan

sprocket yang selalu bersinggungan dengan rantai, juga karena secara fungsi

sprocket harus mampu bekerja mentransmisikan tenaga dan putaran dengan beban

tertentu. Namun demikian, perlu diperhatikan bahwa nilai kekerasan 13-45 HRC

merupakan nilai kekerasan yang cukup tinggi. Material dengan nilai kekerasan

tersebut merupakan material yang cukup getas, sedangkan sprocket harus tetap

memiliki sifat ulet untuk menjaganya dari patah (crack) pada saat bekerja. Oleh

karena itu, diperlukan proses perlakuan panas (heat treatment) yang tepat agar

sprocket dapat mencapai nilai kekerasan antara 13-45 HRC pada permukaan dan

tetap memiliki sifat yang lebih ulet pada bagian dalamnya.

Proses perlakuan panas (heat treatment) merupakan proses penting untuk

memperoleh karakteristik akhir dari benda kerja yang sesuai dengan fungsinya,

termasuk sprocket. Seperti yang telah dijelaskan bahwa sprocket harus memiliki

nilai kekerasan tinggi pada bagian permukaan dan nilai yang lebih rendah pada

bagian dalam untuk mempertahankan sifat keuletannya. Oleh karena itu, tidak

semua jenis proses pengerasan akan sesuai untuk menghasilkan sprocket yang

berkualitas. Proses pengerasan yang paling sesuai untuk sprocket adalah jenis

proses pengerasan permukaan (surface hardening). Surface hardening merupakan

salah satu jenis pengerasan dalam proses perlakuan panas yang dapat mengeraskan

benda kerja hanya pada bagian permukaannya. Dengan demikian, kekerasaan benda

kerja pada bagian dalam akan lebih rendah sehingga tetap memiliki sifat yang ulet.

Surface hardening sangat tepat untuk diterapkan pada proses pengerasan sprocket.

Pada Gambar 2.1 disajikan ilustrasi sprocket.


7

Gambar 2.1 Basic Sprocket

(Sumber: revrobotics.com)

B. Baja Karbon (Alloy Carbon Steel)

Baja karbon (alloy carbon steel) adalah baja yang terdiri dari besi (Fe) dan

karbon (C), tanpa bahan pemadu yang lain. Akan tetapi, pada umumnya terdapat

beberapa unsur lain dengan persentase yang sangat kecil. Unsur yang terkandung

pada baja karbon adalah Si, Mn, S dan P. Keikutsertaan material di dalam baja

karbon seringkali disebut impurities.

1. Sifat-Sifat Baja Karbon

a. Mampu Tempa (Meallability)

Kemampuan dapat mudah dibentuk, baik dalam keadaan dingin maupun

panas tanpa mengalami kegagalan (failure). Misalnya saat melalui proses

pengerolan atau tempa.

b. Ulet (Ductility)

Kemampuan untuk menahan beban tarik sampai mengalami patah (fracture).

c. Ketangguhan (Toughness)

Kemampuan suatu material untuk menyerap energi yang diakibatkan dari

pembebanan sampai material tersebut mengalami patah (fracture). Untuk

memperoleh nilai ketangguhan suatu material biasanya digunakan pengujian

impact. Pada umumnya terdapat dua tipe pengujian impact, yakni pengujian

dengan metode Izod dan Charpy.


8

d. Kekerasan (Hardness)

Kemampuan suatu material untuk menerima beban sampai sebelum material

tersebut mengalami deformasi. Nilai kekerasan suatu material diperoleh

dengan melakukan pengujian kekerasan. Terdapat beberapa jenis pengujian

kekerasan, antara lain pengujian kekerasan Brinell, Vickers, Knop, dan

Rockwell.

e. Kekuatan (Strength)

Kemampuan material untuk menerima gaya atau beban sampai sebelum

material tersebut mengalami patah (fracture). Nilai kekuatan suatu material

dapat diperoleh dengan menggunakan pengujian tarik.

f. Mampu las (Weldability)

Kemampuan suatu material untuk dapat dilas, baik menggunakan las busur

listrik, maupun las gas.

g. Tahan Korosi (Corrosion Resistance)

Kemampuan suatu logam untuk menahan korosi atau karat akibat

kelembaban udara, zat-zat kimia dan lain-lain.

h. Mampu Mesin (Machinability)

Kemampuan suatu material untuk dapat dikerjakan pada proses permesinan.

Sebagai contoh proses pada mesin bubut, milling, cnc, dan lain-lain.

i. Kelenturan (Elasticity)

Kemampuan suatu material untuk kembali ke bentuk semula tanpa

mengalami deformasi plastis.

j. Kerapuhan (Britlleness)

Sifat material yang mudah retak, patah atau pecah. Sifat ini berhubungan

dengan kekekerasan material.


9

2. Klasifikasi Baja Karbon Berdasarkan Kadar Karbon

Berdasarkan jumlah kadar karbon yang terkandung di dalamnya, baja

karbon diklasifikasikan menjadi baja karbon rendah (low carbon steel), baja karbon

sedang (medium carbon steel) dan baja karbon tinggi (high carbon steel). Kadar

karbon yang terkandung memberikan sifat dan karakteristik yang berbeda-beda.

a. Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel)

Baja karbon rendah memiliki kandungan karbon 0,05% sampai 0,25%. Unsur

karbon yang rendah menyebabkan baja karbon memiliki sifat yang identik

dengan besi murni. Baja karbon rendah ditinjau dari kekuatannya memiliki

sifat sedang, ulet dan tangguh. Baja jenis ini memiliki sifat mampu mesin dan

mampu las yang tinggi. Baja karbon rendah memiliki kekuatan yang rendah

sehingga mudah dibentuk, namun untuk meningkatkan kekerasan pada

permukaannya dapat dilakukan dengan proses karburasi.

b. Baja Karbon Sedang (Medium Carbon Steel)

Baja karbon sedang memiliki kandungan karbon 0,26% sampai 0,54%. Baja

karbon sedang memiliki keuletan dan kekuatan yang dapat dikatakan

berimbang. Selain itu baja jenis ini memiliki sifat tahan aus yang baik

sehingga digunakan pada sebagian besar komponen mesin dan kendaraan

bermotor.

c. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel)

Baja karbon tinggi memiliki kandungan karbon 0,55% sampai 0,95%. Baja

jenis ini sangat kuat dan pada umumnya digunakan untuk material pegas

(spring) serta kabel-kabel dengan kekuatan tinggi. Sifat kekuatan yang tinggi

secara otomatis menyebabkan sifat ketangguhannya rendah. Dengan kata

lain, baja karbon tinggi merupakan material yang getas. Untuk meningkatkan

sifat keuletannya dapat dilakukan melalui proses tempering.


10

3. Struktur Mikro

Sifat-sifat yang dimiliki logam akan berpengaruh dalam penggunaan logam,

hal ini yang merupakan dasar dari pemilihan bahan. Sifat-sifat yang dimiliki setiap

logam berbeda karena adanya perbedaan unsur penyusun serta paduan yang akan

membentuk struktur mikronya. Unsur adalah material yang independen dan murni

tanpa pengotor. Unsur tersusun atas atom-atom yang mempunyai inti dan elektron.

Inti atom bermuatan positif (+) yang terdiri dari proton dan neutron, sedangkan

elektron bermuatan negatif (-). Setiap unsur muatan ini akan saling tarik menarik

sehingga mencapai kondisi yang stabil atau netral (Supardi, 1999). Karena adanya

gaya tarik menarik antar atom, maka atom-atom logam akan membentuk

persenyawaan satu dengan yang lain. Persenyawaan ini akan membentuk suatu

bagan geometrik tertentu dalam keadaan padat yang disebut sebagai kristalit.

Bentuk geometri pada logam besi dan baja biasanya berupa kubus, yang tersusun

dari atom-atomnya. Bentuk geometri inti seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Bentuk geometris kristal

(Sumber: Supardi, 1999)

a. Diagram Besi-Karbon (Fe-C)

Struktur mikro baja dapat dipahami melalui metalurgi baja karbon dengan

diagram besi-karbon (Fe-C). Transformasi fase yang terjadi sebagai akibat dari

perlakuan panas pada baja, yakni pemanasan dan pendinginan. Pada pendinginan

di bawah A1 akan mempengaruhi struktur mikro baja (Higgins, 1999). Berikut

disajikan diagram besi-karbon pada Gambar 2.3.


11

Gambar 2.3 Diagram Besi-Karbon (Fe-C) (Sumber: Anver, 1974)

b. Ferrite

Fase ini disebut alpha (α). Ruang antar atomnya kecil dan rapat sehingga

akan sedikit menampung atom karbon. Batas maksimum kelarutan karbon 0,025%

pada suhu 723°C, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic). Pada suhu ruang,

kadar karbonnya 0,008% sehingga dapat dianggap besi murni. Ferrite bersifat

magnetik sampai suhu 768°C. Sifat-sifat ferrite adalah ketangguhan rendah,

keuletan tinggi, ketahanan korosi medium dan memiliki struktur paling lunak

diantara diagram Fe3C. Struktur mikro baja pada fase ferrite ditunjukkan pada

Gambar 2.4.


12

Gambar 2.4 Struktur mikro baja pada fase ferrite (Sumber: infometrik.com)

c. Pearlite

Fase Pearlite merupakan campuran mekanis yang terdiri dari dua fase, yaitu

ferrite dengan kadar karbon 0,025% dan cementite dalam bentuk lamellar (lapisan)

dengan kadar karbon 6,67%. Pearlite merupakan struktur mikro dari reaksi

eutektoidlamellar. Pearlite memiliki struktur yang lebih keras daripada ferrite,

terutama disebabkan oleh fase cementite atau carbide dalam bentuk lamel-lamel.

Pada Gambar 2.5 ditunjukkan struktur mikro baja pada fase pearlite.

Gambar 2.5 Struktur mikro baja pada fase pearlite

(Sumber: infometrik.com)


13

d. Cementite

Cementite atau carbide dalam sistem paduan berbasis besi adalah

stoichiometric inter-metallic compund Fe3C yang keras dan getas. Nama cementite

berasal dari kata caementum yang berarti stone chip atau lempengan batu.

Cementite sebenarnya dapat terurai menjadi bentuk yang lebih stabil, yaitu Fe dan

C sehingga sering disebut sebagai fase metastabil. Namun, untuk keperluan praktis,

fase ini dapat dianggap sebagai fase stabil. Cementite sangat penting perannya di

dalam membentuk sifat-sifat mekanik akhir baja.

Cementite dapat berada di dalam sistem besi baja dalam berbagai bentuk,

seperti bentuk bola (sphere), bentuk lembaran (berselang-seling dengan alpha-

ferrite) atau partikel-partikel carbide kecil. Bentuk, ukuran dan distribusi karbon

dapat direkayasa melalui siklus pemanasan dan pendinginan. Jarak rata-rata antar

karbida yang dikenal sebagai lintasan ferrite rata-rata (ferrite mean path)

merupakan parameter penting yang dapat menjelaskan variasi sifat-sifat baja.

Variasi sifat luluh baja diketahui berbanding lurus dengan logaritmik lintasan

ferrite rata-rata. Pada Gambar 2.6 ditunjukkan struktur mikro baja pada fase

cementite.

Gambar 2.6 Struktur mikro baja pada fase cementite



14

e. Austenite

Fase austenite memiliki struktur atom FCC (face centered cubic). Dalam

keadaan setimbang fase austenite ditemukan pada suhu tinggi. Fase ini bersifat non

magnetik dan ulet (ductile) pada suhu tinggi. Kelarutan atom karbon di dalam

larutan padat austenite lebih besar jika dibandingkan dengan kelarutan atom karbon

pada fase ferrite. Secara geometri, dapat dihitung perbandingan besarnya ruang

intertisi di dalam fase austenite (kristal FCC) dan fase ferrite (kristal BCC).

Perbedaan ini dapat digunakan untuk menjelaskan fenomena transformasi fase pada

saat pendinginan austenite yang berlangsung secara cepat. Selain pada suhu tinggi,

austenite pada sistem ferrous dapat pula direkayasa agar stabil pada suhu ruang.

Elemen-elemen seperti mangan dan nickel, misalnya dapat menurunkan laju

transformasi dari gamma-austenite menjadi alpha-ferrite. Dalam jumlah tertentu

elemen-elemen tersebut akan menyebabkan austenite stabil pada suhu ruang. Pada

Gambar 2.7 ditunjukkan struktur mikro baja pada fase austenite.

Gambar 2.7 Struktur mikro baja pada fase austenite



15

f. Martensite

Martensite adalah mikro konstituen yang terbentuk tanpa melalui proses

difusi. Konstituen ini terbentuk saat austenite didinginkan secara sangat cepat,

misalnya melalui proses quenching pada medium air. Transformasi berlangsung

pada kecepatan sangat cepat, mendekati orde kecepatan suara, sehingga tidak

memungkinkan terjadi proses difusi karbon. Transformasi martensite

diklasifikasikan sebagai proses transformasi tanpa difusi yang tidak tergantung

waktu (diffusionless time-independent transformation). Martensite ini berbentuk

seperti jarum yang bersifat sangat keras dan getas.

Fase martensite adalah fase metastabil yang akan membentuk fase yang

lebih stabil apabila diberikan perlakuan panas. Martensite yang keras dan getas

diduga terjadi karena proses transformasi secara mekanik (geser). Hal ini

diakibatkan karena adanya atom karbon yang terperangkap pada struktur kristal saat

terjadi transformasi polimorf dari FCC ke BCC. Hal ini dapat dipahami dengan

membandingkan batas kelarutan atom karbon di dalam FCC dan BCC serta ruang

intertisi maksimum pada kedua struktur kristal tersebut. Pada Gambar 2.8

ditunjukkan struktur mikro baja pada fase martensite.

Gambar 2.8 Struktur mikro baja pada fase martensite



16

g. Bainite

Bainite merupakan fase yang terjadi akibat transformasi pendinginan yang

sangat cepat pada fase austenite ke suhu antara 250-550°C dan ditahan pada suhu

tersebut (isothermal). Bainite adalah strukur mikro dari reaksi eutektoid (γ ⇾ α +

Fe3C) non lamellar. Bainite merupakan struktur mikro campuran fase ferrite dan

cementite (Fe3C). Kekerasan bainite kurang lebih berkisar antara 300-400 VHN

(Yogantoro, 2010)

C. Proses Perlakuan Panas (Heat Treatment Proccess)

Dalam rangkaian proses manufaktur, proses perlakuan panas dilakukan

setelah benda kerja melewati berbagai rangkaian proses permesinan. Proses

perlakukan panas merupakan proses untuk menentukan sifat dan karakteristik akhir

dari suatu benda kerja. Proses perlakuan panas dilakukan dengan memanaskan

material hingga mencapai suhu tertentu, dan kemudian mendinginkannya pada

media dan kurun waktu tertentu. Proses tersebut dilakukan untuk merubah sifat-

sifat sesuai dengan fungsi dan kegunaan tanpa merubah bentuk dan dimensi benda

kerja yang telah ada. Proses perlakuan panas dapat digunakan untuk

mengembalikan dan memperbaiki sifat-sifat material yang hilang akibat proses

manufaktur sebelumnya, seperti proses bending, welding, forming, rolling, dan lain

sebagainya.

Sebagian besar proses perlakuan panas dilakukan dengan pendinginan yang

lambat atau memperpanjang waktu pada saat peningkatan suhu. Kondisi tersebut

dilakukan untuk mencapai keseimbangan struktur dengan berpatokan pada diagram

keseimbangan fase. Parameter yang mempengaruhi proses perlakuan panas antara

lain suhu pemanasan (heating temperature), waktu penahanan (holding time) dan

media pendinginan (quenching media).


17

1. Annealing

Proses anealling dilakukan untuk mengurangi kekerasan atau kekuatan

material, menghilangkan tegangan dalam, memperbaiki ketangguhan,

mengembalikan keuletan serta mengembalikan sifat elektrik dan magnetik dari

material. Dalam proses annealing, baja hypotectoid (kadar karbon kurang dari

0,77%) dipanaskan hingga mencapai suhu 30-60°C di atas suhu perubahan A3 pada

diagram Fe-C. Sedangkan untuk baja hyepertectoid, material dipanaskan pada suhu

perubahan yang ditunjukan oleh garis Acm pada diagram Fe-C. Secara umum, proses

annealing dilakukan agar material dapat lebih mudah dikerjakan pada proses

permesinan.

2. Normalizing

Normalizing dilakukan untuk memperbaiki atau menghilangkan struktur

butiran kasar pada baja. Pada proses normalizing, baja dipanaskan hingga mencapai

suhu 60°C di atas garis perubahan A3 (hypotectoid) atau Acm (hypertectoid),

kemudian ditahan pada suhu tersebut untuk menghasilkan struktur austenite yang

seragam. Setelah itu material dikeluarkan dari oven agar pendinginan terjadi secara

perlahan dengan media udara. Struktur dan sifat yang dihasilkan sangat tergantung

pada kecepatan pendinginan yang terjadi. Selain itu, struktur dan sifat yang

dihasilkan juga sangat bervariasi bergantung pada ukuran dan bentuk dari material

tersebut, namun pada sebagian besar baja dihasilkan struktur pearlite yang baik

dengan kelebihan ferrite atau cementite.

3. Quenching atau Hardening

Proses ini dilakukan untuk memperoleh kekerasan pada baja dengan cara

memanaskan baja di atas suhu kritis dan kemudian mendinginkannya secara cepat.

Proses tersebut akan merubah struktur mikro menjadi martensite. Terdapat

beberapa faktor yang mempengaruhi nilai kekerasan akhir. Faktor pertama adalah

suhu pemanasan. Suhu pemanasan pada baja karbon ditentukan berdasarkan

persentase kadar karbon. Berdasarkan diagram Fe-C, untuk baja hypotectoid (<

0,8% C) suhu pemanasan harus mencapai suhu kritis di atas garis A3, sedangkan

untuk baja hypertectoid (> 0,8% C) suhu pemanasan harus mencapai suhu kritis di


18

atas garis Acm. Dengan kata lain, suhu kritis tersebut dibutuhkan untuk

menghasilkan struktur austenite pada baja.

Faktor selanjutnya yang menentukan nilai kekerasan akhir adalah proses

pendinginan (quenching). Proses pendinginan akan mengubah struktur austenite

pada baja menjadi struktur martensite. Kecepatan pendinginan untuk baja

dipengaruhi oleh media pendinginan. Media pendinginan dapat berupa air, soda,

solar, oli dan minyak. Pemilihan media pendinginan yang tepat sangat bergantung

pada persentase kadar karbon yang terkandung. Kesalahan pada pemilihan kadar

karbon dapat menyebabkan pecah (crack) pada material atau justru dapat

menyebabkan nilai kekerasan tidak tercapai.

4. Stress Relieving

Proses stress relieving dilakukan untuk menghilangkan tegangan sisa pada

baja akibat proses pengelasan atau proses cold forming. Material dipanaskan hingga

mendekati suhu perubahan A1 atau sekitar 550-650°C, tahan periode waktu

tertentu, kemudian didinginkan secara perlahan. Waktu penahanan suhu sangat

bergantung pada dimensi dan bentuk, beberapa sumber menyatakan untuk baja

karbon waktu yang diperlukan adalah satu jam pada material dengan ketebalan satu

inci. Akan tetapi, proses stress relieving tidak dapat diaplikasikan untuk

menghilangkan tegangan sisa dari proses quenching yang dilakukan setelah proses

hardening dan tempering. Proses stress relieving yang dilakukan pada material

tersebut dapat merusak kekerasan yang telah terbentuk.

D. Surface Treatment

Surface treatment merupakan suatu proses untuk menghasilkan sifat-sifat

tertentu pada lokasi berbeda untuk sebuah benda kerja. Sebagai contoh pada kasus

sprocket. Sprocket membutuhkan sifat keras dan tahan aus pada bagian permukaan

yang selalu bersinggungan dengan komponen lain, namun sifat tangguh dan ulet

juga harus dipertahankan pada bagian inti agar sprocket mampu menerima beban

tarik, tekan dan kejut saat bekerja.


19

Terdapat beberapa jenis metode yang diklasifikasikan sebagai proses

surface treatment, antara lain flame hardening, induction hardening, laser beam

hardening, karburasi dan nitriding. Nilai kekerasan maksimal yang dapat dicapai

tergantung pada kandungan karbon sedangkan kedalaman kekerasan bergantung

pada waktu penahanan.

1. Flame Hardening

Flame hardening menggunakan api gas oxyacetylene (oksigen + asitelin)

untuk mencapai suhu permukaan yang cukup tinggi sehingga struktur austenite

kembali terbentuk. Area permukaan tersebut kemudian didinginkan menggunakan

media air sehingga akan dihasilkan permukaan yang lebih keras. Kedalaman

pemanasan dipengaruhi suhu api yang digunakan. Suhu api yang dipancarkan dapat

mencapai suhu 320°C, tergantung rasio konsumsi antara oksigen dan asitelin.

2. Induction Hardening

Pada proses induction hardening, material ditempatkan di dalam sebuah

kumparan konduktor, dialiri listrik dengan arus AC. Perubahan medan magnet akan

menginduksi permukaan material tersebut dan kemudian dipanaskan menggunakan

hambatan listrik. Tingkat pemanasan akan sangat cepat berlangsung dan dengan

efisiensi yang tinggi. Induction hardening sangat cocok untuk mengeraskan

permukaan karena tingkat pemanasan dan kedalamannya dapat dikontrol secara

langsung melalui pengaturan arus dan frekuensi dari generator.

3. Laser Beam Hardening

Proses ini digunakan untuk menghasilkan permukaan yang keras pada

material yang memiliki geometri bervariasi. Pada proses ini biasanya seng atau

mangan ditambahkan untuk melapisi bagian permukaan baja sehingga dapat

meningkatkan efisiensi ketika energi cahaya yang dipancarkan pada baja berubah

menjadi panas. Sinar laser (laser beam) dipancarkan pada permukaan material, di

mana ukuran sinar, intensitas sinar dan kecepatan pemancaran ditentukan

berdasarkan besar panas yang dimasukkan dan kedalaman pemanasan itu sendiri.

Sedangkan untuk proses pendinginan, pada umumnya menggunakan media air atau

oli, sekalipun pendinginan menggunakan udara pada dasarnya sudah cukup efektif.


20

4. Nitriding

Pada prinsipnya, nitriding merupakan proses pelapisan permukaan baja

dengan nitrogen lewat pemanasan baja pada suhu 480-650°C. Nitrogen yang

digunakan merupakan hasil dari penguraian senyawa NH3 (amonia). Tebal lapisan

baja dapat mencapai 0,2-0,44 mm. Selain menghasilkan permukaan yang lebih

keras dan tahan aus, proses ini juga akan meningkatkan ketahanan terhadap karat

dan korosi baik di lingkungan air ataupun uap air. Nitriding biasanya dilakukan

pada baja paduan dengan kadar karbon sedang dan juga pada baja paduan Al, Cr,

dan Mo. Nitriding memerlukan waktu yang lebih lambat dibandingkan dengan

karburasi.

5. Karburasi

Karburasi merupakan metode yang paling sering digunakan dalam proses

surface treatment. Karburasi merupakan penambahan karbon secara difusi dari

sumber karbon yang tinggi. Tujuan utama dari proses karburasi adalah untuk

menambah kekerasan dan ketahanan aus pada lapisan permukaan. Baja karbon

rendah (low carbon steel) yang mengandung karbon antara 0,1% hingga 0,18%

merupakan jenis baja yang sesuai dengan proses ini. Berdasarkan sumber karbon,

karburasi diklasifikasikan menjadi karburasi padat, karburasi gas dan karburasi cair.

a. Karburasi Padat

Pada proses karburasi padat, komponen dibungkus bersama dengan media

padat yang mengadung karbon tinggi seperti arang, serbuk karbon atau tatal besi,

dan kemudian dipanaskan pada oven selama 6-72 jam pada suhu 900°C. Komponen

karburasi yang panas akan memproduksi gas CO, yang akan bereaksi dengan

logam, melepaskan karbon yang kemudian diserap oleh austenite panas. Ketika

jumlah karbon yang didifusi untuk kedalaman yang ditentukan telah cukup,

komponen yang dibungkus dikeluarkan dari oven.

Material yang telah melalui proses pemanasan tersebut kemudian

didinginkan. Perbedaan kadar karbon pada bagian permukaan dan inti akan

menyebabkan rata-rata kecepatan pendinginan berbeda dan menghasilkan sifat

yang berbeda pula pada bagian permukaan dan inti. Media pendinginan akan

mempengaruhi kecepatan pendinginan sehingga berpengaruh pula pada kualitas


21

karakteristik produk yang dihasilkan. Kandungan karbon pada permukaan yang

dihasilkan pada umumnya bervariasi antara 0,7-1,2%, tergantung detail proses yang

dilakukan. Kedalaman kekerasan yang dihasilkan pada umumnya tidak lebih dari

1,5 mm.

Beberapa permasalahan yang ditemui pada proses karburasi padat antara

lain pemanasan yang tidak efisien, keseragaman suhu yang tidak mudah dikontrol

dan waktu operasi yang cukup lama. Berikut ini disajikan skema karburasi padat

pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Skema karburasi padat

(Sumber: muhnabil.wordpress.com)

b. Karburasi Cair

Pada proses karburasi cair, komponen baja direndam pada sebuah bak atau

wadah menggunakan cairan garam (salt bath) yang mengandung karbon. Cairan

yang digunakan pada karburasi cair biasanya merupakan larutan garam (molten

salt). Pada umumnya garam yang digunakan adalah garam sodium sianida (NaCN)

dengan tambahan beberapa unsur lain sebagai katalisator agar difusi karbon dapat

berlangsung lebih cepat.

Pada proses karburasi ini, selain karbon, nitrogen juga ikut terserap. Secara

umum karburasi cair hampir sama dengan proses cyaniding yang menyerap

nitrogen dan karbon, perbedaan terletak pada perbandingan banyaknya karbon dan

nitrogen yang terserap. Pada karburasi cair penyerapan karbon lebih dominan.

Banyaknya karbon dan nitrogen yang terserap ini tergantung pada kadar sianida


22

dalam larutan garam cair dan suhu kerjanya. Larutan garam cair untuk karburasi

biasanya mengandung 40-50% garam sianida. Suhu yang digunakan berkisar antara

750-900°C, dengan waktu penahanan bervariasi mulai 5 sampai 60 menit,

kedalaman penetrasi karbon yang dicapai antara 0,1-0,25 mm dari permukaan baja.

Berikut ini disajikan skema karburasi cair pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Skema karburasi cair (Sumber: muhnabil.wordpress.com)

c. Karburasi Gas

Proses pengerasan karburasi gas ini dilakukan dengan cara memanaskan

baja dalam dapur dengan atmosfer yang banyak mengandung gas CO dan gas

hidrokarbon yang mudah berdifusi pada suhu karburasi 900-950°C selama tiga jam.

Gas-gas pada suhu karburisasi itu akan bereaksi menghasilkan karbon aktif yang

nantinya berdifusi ke dalam permukaan baja. Pada proses ini lapisan hypertectoid

yang menghalangi pemasukan karbon dapat dihilangkan dengan

memberikan diffusion period, yaitu dengan menghentikan pengaliran gas tetapi

tetap mempertahankan suhu pemanasan. Dengan demikian karbon akan berdifusi

lebih ke dalam dan kadar karbon pada permukaan akan semakin naik. Berikut ini

disajikan skema karburasi gas pada Gambar 2.11.


23

Gambar 2.11 Skema karburasi gas (Sumber: muhnabil.wordpress.com)

Karburasi dalam media gas lebih menguntungkan dibanding dengan

karburasi jenis lain karena permukaan benda kerja tetap bersih, hasil lebih banyak

dan kandungan karbon pada lapisan permukaan dalam dikontrol lebih teliti. Proses

karburasi media gas digunakan untuk memperoleh lapisan tipis antara 0,1-0,75 mm,

(Amstead, 1979: 153).

E. Difusi

Difusi karbon terjadi karena atom bergerak ke dalam material secara

penyisipan (intersition) di batas butir. Laju difusi tergantung pada jenis atom yang

berdifusi, jenis atom tempat difusi berlangsung dan ditentukan oleh koefisien difusi

dan koefisen difusi tergantung pada suhu, semakin tinggi suhu semakin besar pula

difusi yang berlangsung. Jarak tempuh difusi akan tergantung pada lamanya waktu

yang tersedia untuk berlangsungnya difusi. Pada daerah suhu austenite atom-atom

besi menyusun diri menjadi bentuk kristal FCC yang mempunyai kemampuan

melarutkan karbon yang lebih besar daripada logam dengan struktur kristal BCC.

Hal tersebut juga dipengaruhi oleh faktor suhu. Bila suhu naik, atom-atom bergerak

dengan energi yang lebih besar sehingga atom mampu untuk berpindah tempat.


24

Jadi bila karbon ditambahkan ke dalam besi, maka atom karbon akan

terdistribusi pada ruang sela-sela atom besi. Kelarutan karbon pada proses case

hardening yaitu pada suhu pemanasan 825-925°C akan mencapai maksimum yang

ditunjukan oleh garis Acm. Bila kadar karbon yang dilarutkan melebihi batasan

maksimum, maka akan terbentuk fase lain yaitu austenite + cementite (Fe3C).

F. Pengujian Bahan

Pengujian bahan bertujuan untuk mengetahui karakteristik material dan

menganalisa kecacatan pada material tersebut. Secara garis besar pengujian

dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu pengujian merusak (destruktif test) dan

pengujian tidak merusak (non destruktif test). Pada penelitian ini, jenis pengujian

yang akan digunakan adalah pengujian merusak, yaitu pengujian kekerasan.

Pengujian tersebut dilakukan untuk memperoleh sifat-sifat mekanis yang

dibutuhkan, yaitu kekuatan dan kekerasan.

1. Pengujian Tarik

Uji tarik adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pada tahap

awal dari uji tarik, hubungan antara beban dan gaya yang diberikan berbanding

lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier (linear

zone). Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke

sebagai berikut, “rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan”.

Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan.

# =%& 2.1

Dengan,

# : tegangan (N/mm2)

F : gaya tarik (N)

A : luas penampang (mm2)


25

Strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan.

* =∆,

,-(2.2)

Dengan,

* : regangan

∆L : pertambahan panjang (mm)

L0 : panjang awal (mm)

Hubungan antara tegangan dan regangan dirumuskan:

0 =#*(2.3)

E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (#)

dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama "modulus elastisitas" atau "young

modulus". Kurva yang menyatakan hubungan antara tegangan dan regangan seperti

ini seringkali disingkat kurva stress-strain. Gambar 2.12 menunjukkan kurva

tegangan dan regangan pada pengujian tarik.


26

Gambar 2.12 Kurva tegangan-regangan pada pengujian tarik (Sumber: infometrik.com)

2. Pengujian Impact

Pengujian bahan adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji

kekuatan suatu bahan atau material dengan cara memberikan beban gaya yang

sesumbu. Pengujian impact bertujuan untuk mengetahui kemampuan spesimen

menyerap energi yang diberikan (Malau, 2008: 189). Pengujian impact merupakan

salah satu proses pengukuran terhadap sifat kerapuhan bahan. Sifat keuletan dari

suatu bahan yang tidak dapat terdeteksi oleh pengujian lain, jika dua buah bahan

akan memiliki sifat yang mirip sama namun jika diuji dengan pengujian impact itu

akan berbeda. Pengujian impact dilakukan untuk mengetahui kekuatan bahan

terhadap pembebanan kejut (shock resistance), seperti kerapuhan yang disebabkan

oleh perlakuan panas, kerapuhan dari produk tuangan (casting) dan pengaruh

bentuk dari produk tersebut.


27

Pengujian impact merupakan respon terhadap beban kejut atau beban tiba-

tiba. Pengujian ini dilakukan pada mesin uji yang dirancang dengan memiliki

sebuah pendulum dengan berat tertentu yang mengayun dari suatu ketinggian untuk

memberikan beban kejut, dalam pengujian ini terdapat dua macam cara pengujian

yakni cara Izod dan cara Charpy yang berbeda menurut arah pembebanan terhadap

bahan uji serta kedudukan bahan uji (Sudjana, 2008: 453). Pengujian standar

Charpy dan Izod dirancang dan digunakan untuk mengukur energi impact yang

dikenal dengan ketangguhan takik. Spesimen Charpy berbentuk batang dengan

penampang lintang bujur sangkar dengan bentuk takikan V oleh proses permesinan.

Pembebanan dalam proses pengujian impact diberikan oleh ayunan pendulum

dengan berat m dan jarak terhadap sumbu putar r yang bergerak dari ketinggian h1

pada sudut awal α. Pada Gambar 2.13 ditunjukkan skema pengujian impact Charpy.

Gambar 2.13 Skema pengujian impact Charpy (Sumber: teknikmesin.org)

Pada uji impact, energi yang diserap untuk mematahkan benda uji harus

diukur. Setelah bandul dilepas maka benda uji akan patah, setelah itu bandul akan

berayun kembali, semakin besar energi yang terserap, semakin rendah ayunan

kembali dari bandul. Energi terserap biasanya dapat dibaca langsung pada skala

penunjuk yang telah dikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji (Wibowo, 2013:

18). Energi terserap juga dapat dituliskan dalam bentuk rumus:


28

0 = 2. 3 ℎ5 − ℎ7 = 3898. :8;8<

Dengan,

E : energi terserap (Joule)

m : massa pendulum (kg)

g : percepatan gravitasi (m/s2) = 10 m/s2

h1 : tinggi jatuh palu godam (m) = r + r sin (α - 90)

h2 : tinggi ayunan palu godam (m) = r + r sin (β - 90)

R : jarak titik putar ke titik berat palu godam (m)

α : sudut jatuh ( °)

β : sudut ayun (°)

Sehingga :

= =>&?

Dengan,

K : nilai impact (kg m/mm2)

W : usaha (kg m)

Ao : luas penampang (mm2)

3. Pengujian Kekerasan

Pada umumnya, kekerasan menyatakan ketahanan terhadap deformasi dan

merupakan ukuran ketahanan logam terhadap deformasi plastik atau deformasi

permanen (Dieter, 1987). Untuk para insinyur perancang, kekerasan sering

diartikan sebagai ukuran kemudahan dan kuantitas khusus yang menunjukkan

sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari suatu logam. Terdapat tiga

jenis ukuran kekerasan, tergantung pada cara melakukan pengujian, yaitu: (1)

kekerasan goresan (scratch hardness); (2) kekerasan lekukan (indentation

hardness); (3) kekerasan pantulan (rebound). Untuk logam, hanya kekerasan


29

lekukan yang banyak menarik perhatian dalam kaitannya dengan bidang rekayasa.

Terdapat berbagai macam uji kekerasan lekukan, antara lain uji kekerasan Brinell,

Vickers dan Rockwell.

a. Kekerasan Brinell

Metode uji kekerasan yang diajukan oleh J.A. Brinell pada tahun 1900 ini

merupakan uji kekerasan lekukan yang pertama kali banyak digunakan serta

disusun pembakuannya (Dieter, 1987). Uji kekerasan ini berupa pembentukan

lekukan pada permukaan logam memakai bola baja yang dikeraskan yang ditekan

dengan beban tertentu. Beban diterapkan selama waktu tertentu, biasanya 30 detik.

Setelah beban tersebut dihilangkan diameter lekukan diukur dengan mikroskop.

Permukaan yang akan dibuat lekukan harus relatif halus, rata dan bersih dari debu

atau kerak. Dari Gambar 2.14 ditunjukkan parameter dasar pada pengujian

kekerasan Brinell (Dieter, 1987). Angka kekerasan Brinell (BHN) dinyatakan

sebagai beban P dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung

dari pengukuran mikroskopik panjang diameter jejak. BHN dapat ditentukan dari

persamaan berikut:

@AB =2C

(DE)(E − E7 − F7)

Dengan,

P : beban yang digunakan (kg)

D : diameter bola baja (mm)

d : diameter lekukan (mm)


30

Gambar 2.14 Parameter dasar pada pengujian

kekerasan Brinell (Sumber: Dieter, 1987)

Jejak penekanan yang relatif besar pada uji kekerasan Brinell memberikan

keuntungan dalam membagi ketidakseragaman lokal secara pukul rata. Selain itu,

uji Brinell tidak begitu dipengaruhi oleh goresan dan kekasaran permukaan

dibandingkan uji kekerasan yang lain. Di sisi lain, jejak penekanan yang besar

ukurannya, dapat menghalangi pemakaian uji ini untuk benda uji yang kecil atau

tipis, atau pada bagian yang kritis terhadap tegangan sehingga lekukan yang terjadi

dapat menyebabkan kegagalan (failure). Berikut ini disajikan skema pengujian

Brinell pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Skema pengujian Brinell (Sumber: testingindonesia.com)


31

b. Pengujian Vickers

Uji kekerasan Vickers menggunakan indentor piramida intan yang pada

dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besar sudut antar permukaan-permukaan

piramida yang saling berhadapan adalah 136°. Nilai ini dipilih karena mendekati

sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antara diameter lekukan dan

diameter bola penumbuk pada uji kekerasan Brinell (Dieter, 1987). Angka

kekerasan Vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan.

Pada praktiknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal

jejak. VHN dapat ditentukan dari persamaan berikut:

GAB =2CHIJ

K2

F7=

1,854 CF7

Dengan,

P : beban yang digunakan (kg)

d : panjang diagonal rata-rata (mm)

θ : sudut antara permukaan intan yang berhadapan = 136°

Karena jejak yang dibuat dengan penekan piramida serupa secara geometris

dan tidak terdapat persoalan mengenai ukurannya, maka VHN tidak tergantung

kepada beban. Pada umumnya hal ini dipenuhi, kecuali pada beban yang sangat

ringan. Beban yang biasanya digunakan pada uji Vickers berkisar antara 1 hingga

120 kg. Beberapa hal kerugian pemakaian metode Vickers adalah: (1) uji ini tidak

dapat digunakan untuk pengujian rutin karena pengujian ini sangat lamban; (2)

memerlukan persiapan permukaan benda uji yang hati-hati; (3) terdapat pengaruh

kesalahan manusia yang besar pada penentuan panjang diagonal. Pada Gambar 2.16

ditunjukkan tipe-tipe lekukan piramid intan.


32

Gambar 2.16 tipe-tipe lekukan piramid intan: (a) lekukan yang sempurna (b)

lekukan bantal jarum (c) lekukan berbentuk tong (Sumber: Dieter, 1987)

Lekukan yang benar yang dibuat oleh penekan piramida intan harus

berbentuk bujur sangkar (Gambar 2.16a). Lekukan bantal jarum (Gambar 2.16b)

adalah akibat terjadinya penurunan logam di sekitar permukaan piramida yang

datar. Keadaan demikian terjadi pada logam-logam yang dilunakkan dan

mengakibatkan pengukuran panjang diagonal yang berlebihan. Lekukan berbentuk

tong (Gambar 2.16c) akibat penimbunan ke atas logam-logam di sekitar permukaan

penekan tedapat pada logam-logam yang mengalami proses pengerjaan dingin.

Berikut disajikan gambar skema pengujian Vickers pada Gambar 2.17.

Gambar 2.17 Skema pengujian Vickers (Sumber: testingindonesia.com)


33

c. Pengujian Rockwell

Pengujian Rockwell mirip dengan pengujian Brinell, yakni angka kekerasan

yang diperoleh merupakan fungsi derajat indentasi. Beban dan indentor yang

digunakan bervariasi tergantung pada kondisi pengujian. Berbeda dengan

pengujian Brinell, indentor dan beban yang digunakan lebih kecil sehingga

menghasilkan indentasi yang lebih kecil dan lebih halus. Pengujian Rockwell

banyak digunakan di industri karena prosedurnya lebih cepat (Davis, Troxell dan

Wiskocil, 1955).

Indentor dapat berupa bola baja atau kerucut intan dengan ujung yang agak

membulat (biasa disebut “brale”). Diameter bola baja umumnya 1/16 inci, tetapi

terdapat juga indentor dengan diameter lebih besar, yaitu 1/8, 1/4, atau 1/2 inci

untuk bahan-bahan yang lunak. Pengujian dilakukan dengan terlebih dahulu

memberikan beban minor 10 kg, dan kemudian beban mayor diaplikasikan. Beban

mayor biasanya 60 atau 100 kg untuk indentor bola baja dan 150 kg untuk indentor

brale. Meskipun demikian, dapat digunakan beban dan indentor sesuai kondisi

pengujian. Pada pengujian Rockwell, angka kekerasan yang ditunjukkan

merupakan kombinasi antara beban dan indentor yang dipakai, maka perlu

diberikan awalan huruf pada angka kekerasan yang menunjukkan kombinasi beban

dan penumbuk tertentu untuk skala beban yang digunakan. Berikut ini disajikan

skema pengujian Rockwell pada Gambar 2.18.

Gambar 2.18 Skema pengujian Rockwell

(Sumber: testingindonesia.com)


34

Dial pada mesin terdiri atas warna merah dan hitam yang didesain untuk

mengakomodir pengujian skala B dan C yang seringkali dipakai. Skala kekerasan

B digunakan untuk pengujian dengan kekerasan medium seperti baja karbon rendah

dan baja karbon sedang. Skala kekerasannya dari 0–100. Bila indentor bola baja

dipakai untuk menguji bahan yang kekerasannya melebihi B 100, indentor dapat

terdeformasi dan berubah bentuk. Tetapi jika indentor bola baja dipakai untuk

menguji bahan yang lebih lunak dari B 0, dapat mengakibatkan pemegang indentor

mengenai benda uji, sehingga hasil pengujian tidak benar dan pemegang indentor

dapat rusak. Pada Tabel 2.1 disajikan skala kekerasan Rockwell dan huruf

awalannya.

Tabel 2.1 Skala kekerasan Rockwell dan huruf awalannya

Simbol Skala

dan Huruf Awalan

Indentor

Beban Penekanan

Warna Dial

Kelompok 1: B Bola baja 1/16 inci 100 Merah C Brale 150 Hitam Kelompok 2:

A Brale 60 Hitam D Brale 100 Hitam E Bola baja 1/8 inci 100 Merah F Bola baja 1/16 inci 60 Merah G Bola baja 1/16 inci 150 Merah H Bola baja 1/8 inci 60 Merah K Bola baja 1/8 inci 150 Merah Kelompok 3:

L Bola baja 1/4 inci 60 Merah M Bola baja 1/4 inci 100 Merah P Bola baja 1/4 inci 150 Merah R Bola baja 1/2 inci 60 Merah S Bola baja 1/2 inci 100 Merah V Bola baja 1/2 inci 150 Merah

(Sumber: Davis, Troxell dan Wiskocil, 1955)


35

G. Tinjauan Pustaka

Darmanto (2006), melakukan penelitian�Pengaruh Holding Time terhadap

Sifat Kekerasan dengan Refining The Core pada Proses Karburasi Material Baja

Karbon Rendah”. Penelitian ini menggunakan arang batok kelapa sebagai unsur

penambah karbon. Waktu penahanan (holding time) adalah 1 jam, 2 jam dan 3 jam.

Suhu yang digunakan adalah 900°C. Hasil dari perlakuan panas dengan waktu

penahanan 1 jam yaitu 127,2 VHN, waktu penahanan 2 jam yaitu 145,4 VHN dan

waktu penahanan 3 jam yaitu 183,2 VHN. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa

sifat mekanik (kekerasan) material baja karbon rendah akibat karburasi semakin

berkurang sebanding dengan kedalaman dari permukaan. Sedangkan pengaruh

waktu penahanan adalah semakin lama waktu penahanannya, semakin bertambah

kekerasannya.

Masyrukan (2006), melakukan penelitian�Penambahan Kandungan Unsur

Karbon ke dalam Permukaan Baja”. Sumber karbon diperoleh dari arang kayu jati

yang telah ditumbuk halus. Suhu yang digunakan selama proses pengarbonan

adalah 900°C, dengan variasi waktu penahanan 2, 4 dan 6 jam. Pengujian kekerasan

yang telah dilakukan terhadap material pengarbonan menghasilkan distribusi

kekerasan dari permukaan menuju inti, untuk masing-masing waktu penahanan

yang berbeda. Berdasarkan data, nilai kekerasan naik menjadi 257,5 kg/mm2

dengan waktu penahanan 2 jam, 273,1 kg/mm2 dengan waktu penahanan 4 jam dan

247,6 kg/mm2 dengan waktu penahanan 6 jam. Sedangkan hasil pengamatan foto

struktur mikro dengan microscope Olympus photomicrographic system dihasilkan

foto struktur mikro untuk raw material dan karburasi terdapat ferrite dan pearlite.

Semakin lama proses karburasi, semakin banyak pula kandungan pearlite yang

mengakibatkan semakin tinggi tingkat kekerasan baja tersebut.


36

Waluyo (2009), melakukan penelitian “Pengaruh Suhu dan Waktu Tahan

pada Proses Karburasi Cair terhadap Kekerasan Baja Aisi 1025 dengan Media

Pendinginan Air”. Media yang digunakan untuk pengarbonan ini adalah cairan

garam, biasanya garam sianida (NaCN). Selain mengandung karbon, garam ini juga

mengandung Nitrogen (N). Oleh sebab itu, selain terjadi proses pengarbonan,

terjadi juga proses penitrogenan. Proses karburasi cair pada baja akan dipanaskan

di atas suhu Ac1 dalam dapur garam sianida sehingga karbon dan Nitrogen (N)

dapat berdifusi dalam lapisan luar. Baja karbon rendah dengan kadar karbon (C)

0,15% umumnya dikeraskan dengan proses quenching. Selama proses karburasi

kadar karbon lapisan luar dapat ditingkatkan 0,9-1,2%.

Kuswanto (2010), melakukan penelitian “Perlakuan Pack Carburizing pada

Baja Karbon Rendah sebagai Material Alternatif Pisau Potong pada Penerapan

Teknologi Tepat Guna”. Kebutuhan komponen mesin berupa pisau potong dapat

dijumpai pada mesin-mesin yang berfungsi sebagai alat potong. Mesin-mesin ini

umumnya merupakan penerapan teknologi tepat yang digunakan sebagai material

dasar (raw materials) yang mampu dikeraskan dan membuat harganya lebih mahal.

Maka dari itu, diperlukan alternatif material yang dapat digunakan sebagai

pengganti agar harganya lebih murah. Penelitian ini memerlukan penambahan

karbon pada baja karbon rendah melalui proses karburasi padat. Prosesnya

dipanaskan menggunakan suhu 900°C dengan waktu penahanan 2 jam, dari

percobaan ini disimpulkan bahwa telah terjadi difusi atom karbon (C) ke dalam

struktur baja. Dari hasil yang diperoleh maka material baja karbon rendah dapat

digunakan sebagai alternatif pengganti material pisau potong yang lebih terjangkau

dengan terlebih dahulu dikenai perlakuan panas yaitu karburasi padat.


37

Nevada dkk (2011), melakukan penelitian “Analisa Nilai Kekerasan Baja

Karbon Rendah (S35c) dengan Pengaruh Waktu Penahanan (Holding Time)

Melalui Proses Pengarbonan Padat (Pack Carburizing) dengan Pemanfaatan

Cangkang Kerang sebagai Katalisator”. Salah satu proses perlakuan panas adalah

proses karburasi padat yang bertujuan untuk meningkatkan ketahanan aus dengan

menambah kekerasan permukaan logam. Pada penelitian ini material yang

digunakan adalah plat baja S35C. Menggunakan komposisi bubuk karbon (C) 60%

dan cangkang kerang CaCO3 40% sebagai katalisator proses karburasi padat. Hasil

penelitian menunjukkan nilai kekerasan secara berurutan dari nilai kekerasan yang

paling tinggi adalah material dengan persentase 60% karbon kayu jati dan 40%

CaCO3, material dengan persentase 70% karbon kayu jati dengan 30% CaCO3,

material dengan persentase 80% karbon kayu jati dan 20% CaCO3, material dengan

persentase 90% karbon kayu jati dan 10% CaCO3. Penelitian ini dapat disimpulkan

bahwa proses pengerasan dengan persentase 60% karbon kayu jati dan 40% CaCO3

memiliki nilai kekerasan yang paling tinggi.


38

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Bagan Alir Penelitian

Untuk dapat mengetahui hasil dari penelitian ini maka pada bab ini akan

dibahas mengenai metode penelitian, yakni mengenai proses dan prosedur

penelitian yang akan dilakukan dalam pengujian. Pelaksanaannya dimulai dari

persiapan benda uji sampai dengan kesimpulan.

Pada penelitian ini ada beberapa pengujian yang akan dilakukan antara

lain pengujian komposisi, pengujian kekerasan dan pengamatan struktur mikro.

Pengujian ini akan menggunakan variasi proses perlakuan panas yaitu waktu

penahanan. Pengujian dan pengamatan dilakukan pada benda uji sebelum dan

sesudah dikenai proses karburasi cair. Adapun prosedur penelitian ini

dilakukan sesuai dengan diagram alir yang telah disajikan pada Gambar 3.1.

Prosedur yang dilakukan dalam proses penelitian ini meliputi:

1. Persiapan benda uji

2. Pembuatan benda uji

3. Pengujian komposisi, pengujian kekerasan dan pengamatan struktur mikro

4. Perlakuan panas dengan metode karburasi cair

5. Quenching atau proses pendinginan cepat

6. Pengujian komposisi, pengujian kekerasan dan pengamatan struktur mikro

7. Analisa data dan pembahasan

8. Kesimpulan


39

Mulai

Sprocket

1. Pengujian Komposisi2. Pengamatan Struktur Mikro

3. Pengujian Kekerasan

Karburasi cair pada sprocket imitasi dengan Temperatur 850°C:1. Spesimen 15 menit2. Spesimen 30 menit3. Spesimen 45 menit

Sprocket OrisinalTidak dikarburasi

1. Pengujian Komposisi2. Pengamatan Struktur Mikro

3. Pengujian KekerasanQuenching

Data Hasil Pengujian dan Pengamatan

Analisa Data dan Pembahasan

Kesimpulan

Selesai

Pembuatan Benda Uji

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian


40

B. Bahan dan Peralatan

1. Bahan

a. Sprocket

Dalam penelitian ini pemilihan bahan utama yang digunakan adalah

sprocket orisinal sepeda motor Honda Revo. Sprocket yang diteliti terdiri

dari satu buah sprocket orisinal dan dua buah sprocket imitasi dengan

jenis yang berbeda. Komposisi kimia atau material dari ketiga benda

tersebut akan diuji di PT. Itokoh Ceperindo Klaten. Pengujian komposisi

ini akan dilakukan sesudah maupun sebelum dikenai proses perlakuan

panas, tujuannya untuk mengetahui seberapa besar pengaruh karburasi

cair pada setiap benda uji. Adapun jenis-jenis sprocket disajikan dalam

Gambar 3.2.

(a) (b)

(c)

Gambar 3.2 (a) Sprocket Imitasi Putih (b) Sprocket Imitasi Hitam

(c) Sprocket Orisinal


41

Benda uji yang digunakan dalam setiap pengujian berasal dari

ketiga jenis sprocket yang sudah diketahui komposisi kimianya. Jumlah

benda uji untuk masing-masing bahan yang akan digunakan dalam

pengujian adalah sebagai berikut:

1) Tiga buah spesimen jenis sprocket orisinal

2) Tiga buah spesimen jenis sprocket imitasi Putih

3) Tiga buah spesimen jenis sprocket imitasi Hitam

b. Potassium Hexacyanoferrat

Pada proses karburasi cair ini, karbon yang akan didifusikan berasal dari

bahan kimia sintetis, yaitu Potassium Hexacyanoferrat dengan rumus

kimia K4[Fe(CN)6]. Unsur karbon (C) yang terdapat pada Potassium

Hexacyanoferrat akan terdifusi di permukaan benda uji pada suhu

austenite. Penentuan kadar pada Potassium Hexacyanoferrat ini

mengacu pada Buku ASM (American Standart for Material) Handbook

Vol. 4. Kadar yang digunakan untuk Potassium Hexacyanoferrat

sebesar 45%. Kadar Potassium Hexacyanoferrat yang berlebih dapat

menyebabkan kerak karbon (ASM Handbook Vol. 4). Adapun

Potassium Hexacyanoferrat tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Potassium Hexacyanoferrat


42

c. Sodium Carbonate

Dalam proses karburasi cair ini Sodium Carbonate yang memiliki rumus

kimia Na2CO3, berfungsi sebagai katalisator agar proses difusi pada

permukaan benda uji lebih cepat dan efektif. Penentuan kadar pada

Sodium Carbonate ini mengacu pada Buku ASM Handbook Vol. 4.

Kadar Sodium Carbonate yang digunakan ini bersifat fleksibel

menyesuaikan kadar bahan kimia lainnya, namun pada pengujian ini

kadar Na2CO3 ditentukan sebesar 30%. Adapun Sodium Carbonate

tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Sodium Carbonate

d. Kalium Cloride

Kalium Cloride atau KCl pada proses karburasi cair ini mempunyai

fungsi yang tidak jauh berbeda dengan Sodium Carbonate yaitu sebagai

katalisator. Penentuan kadarnya pun sama yaitu mengacu pada Buku

ASM Handbook Vol. 4. Kadar yang digunakan untuk KCl dapat

ditentukan dari suhu karburasi. Pada suhu 845-900°C kadar yang

digunakan tidak melebihi dari 25%. Adapun Kalium Cloride tersebut

ditunjukkan pada Gambar 3.5.


43

Gambar 3.5 Kalium Cloride

2. Peralatan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

a. Oven atau tungku api, proses karburasi cair ini dilakukan pada suhu

steady 850°C. Oven yang digunakan adalah milik Laboratorium Ilmu

Logam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Adapun oven tersebut


Gambar 3.6 Oven


44

b. Mangkuk termal, pada proses karburasi cair ini digunakan untuk wadah

atau tempat meletakkan benda uji. Mangkuk termal yang digunakan

berbahan keramik dan tahan terhadap suhu tinggi. Mangkuk termal harus

berbahan non logam, tujuannya untuk menghindari terjadinya proses

difusi karbon (C) pada saat proses karburasi berlangsung. Adapun

mangkuk termal tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Mangkuk termal

c. Alat uji kekerasan Rockwell, indentor yang digunakan pada pengujian

kekerasan adalah bola baja (ball) dengan diameter 1/16 inci. Adapun alat

uji kekerasan Rockwell tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Alat uji kekerasan Rockwell


45

d. Termometer dan termokopel, digunakan untuk mengontrol atau

mengetahui peningkatan suhu pada tungku api atau oven saat proses

karburasi cair. Adapun termometer dan termokopel tersebut ditunjukkan

pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Termometer dan termokopel

e. Stopwatch, digunakan sebagai pengukur waktu pada saat proses

karburasi berlangsung dan waktu terhitung pada saat suhu sudah steady

850°C. Adapun stopwatch tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Stopwatch


46

f. Mikroskop digital, digunakan untuk mengamati struktur mikro pada

benda uji sebelum dan sesudah mendapatkan perlakuan panas karburasi

cair. Adapun mikroskop digital tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Mikroskop digital

g. Neraca digital, digunakan untuk menimbang garam sianida dan

katalisator sebelum melakukan pengujian. Adapun neraca digital tersebut


Gambar 3.12 Neraca digital

(Sumber: Moedah.com)


47

h. Gelas beaker, digunakan untuk mengukur volume benda uji yang akan

melalui proses karburasi. Adapun gelas beaker tersebut ditunjukkan pada

Gambar 3.13.

Gambar 3.13 Gelas beaker

i. Dial caliper, digunakan untuk mengukur dimensi benda uji. Adapun dial

caliper tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Dial caliper


48

j. Tang Penjepit, digunakan untuk menjepit mangkuk termal saat

memasukkan atau mengeluarkan dari dalam oven atau tungku api.

Adapun tang penjepit tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Tang penjepit

k. Penjepit Benda Uji, digunakan untuk menjepit benda uji saat dilakukan

pengetsaan dan menjepit benda uji pada proses quenching. Adapun

penjepit benda uji tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.16.

Gambar 3.16 Penjepit Benda Uji

l. Magic saw, digunakan untuk memotong benda uji. Pemotongan pada saat

pembuatan benda uji harus dilakukan secara manual. Jika dilakukan

dengan proses permesinan, maka dapat mengubah struktur mikro dari

benda uji. Adapun magic saw tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.17.

Gambar 3.17 Magic saw


49

C. Proses Pelakuan Panas

Tujuan dari penelitian ini adalah meningkatkan performa sprocket

imitasi melalui proses karburasi cair. Pada penelitian ini proses perlakuan

panas menjadi hal yang paling utama dan penting. Perpaduan antara proses

pemanasan, holding time dan quenching akan dapat merubah sifat mekanik

logam atau benda uji. Perubahan sifat mekanik yang dapat diperoleh yaitu

kekerasan, kekuatan, keuletan dan ketangguhan.

1. Karburasi Cair

Proses karburisi dilakukan dengan media karburasi cair. Berikut ini

langkah-langkah dalam proses karburasi cair:

a. Peralatan dan bahan yang disiapkan:

1) Oven

2) Mangkuk termal

3) Stopwatch atau pengukur waktu

4) Potassium Hexacyanoferrat (K4[Fe(CN)6])

5) Sodium Carbonate (Na2CO3)

6) Kalium Cloride (KCl)

b. 45% Potassium Hexacyanoferrat dicampur dengan 30% Soduim

Carbonate dan 25% Kalium Cloride.

c. Benda uji diletakkan dalam mangkuk termal pada serbuk yang sudah

dicampurkan.

d. Proses karburasi dilakukan setelah suhu oven steady pada 850°C.

Lamanya waktu karburasi berturut-turut yaitu 15 menit, 30 menit dan

45 menit.

e. Setelah proses karburasi selesai, benda uji didinginkan secara cepat

menggunakan media oli.


50

2. Quenching

Pada dasarnya quenching adalah proses pendinginan secara cepat

yang dilakukan pada logam yang telah dipanaskan mencapai suhu

kritisnya. Pada baja karbon sedang atau tinggi proses pendinginan ini

menghasilkan fase atau perubahan fase dari austenite menjadi martensite

yang sangat kuat dan getas. Proses pendinginan pada penelitian ini

menggunakan media oli.

D. Pengujian Kekerasan Rockwell

Pengujian kekerasan ini bertujuan untuk mengetahui sifat dan kualitas

logam. Dalam penelitian ini pengujian kekerasan dilakukan menggunakan

metode Rockwell, hal ini dikarenakan pengujian kekerasan Rockwell yang

sederhana, cepat dan tidak memerlukan mikroskop untuk mengukur jejak dari

indentor. Pengujian kekerasan Rockwell ini menggunakan skala B yang

biasanya diaplikasikan untuk material lunak, seperti paduan tembaga, paduan

aluminium dan baja lunak. Indentor yang digunakan adalah bola baja dengan

diameter 1/16 inci dan beban total sebesar 100 kgf.

E. Pengamatan Struktur Mikro

Persiapan yang harus dilakukan sebelum mengamati struktur mikro

adalah pengamplasan, pemolesan dan pengetsaan. Benda uji diratakan

permukaannya, setelah permukaannya rata kemudian dilanjutkan dengan

proses pengamplasan. Tingkat mesh berurutan dari yang paling kasar (nomor

kecil) sampai yang halus (nomor besar). Arah pengamplasan tiap tahap harus

diubah untuk mengetahui tingkat kehalusan permukaan benda uji. Pemolesan

dilakukan dengan autosol (metal polish), yang bertujuan agar didapatkan

permukaan yang rata dan halus tanpa goresan, sehingga terlihat mengkilap.

Langkah terakhir sebelum melihat struktur mikro adalah dengan mencelupkan

spesimen dalam larutan etsa yaitu Asam Nitrat (HNO3) 5%. Setelah dietsa


51

benda uji dicelupkan ke dalam larutan alkohol 95%, lalu dikeringkan

menggunakan majun dan dilakukan pengamatan struktur mikro dengan

mikroskop digital. Pengamatan struktur mikro memberikan informasi tentang

bentuk struktur pada permukaan benda uji.

F. Analisa Data

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui peningkatan performa

sprocket imitasi yang sudah dikenai proses karburasi cair. Peningkatan

performa sprocket yang sudah dikenai proses karburasi cair dapat diidentifikasi

melalui pengujian kekerasan, pengamatan struktur mikro dan pengujian

komposisi. Sebagai parameter pembanding, nantinya perubahan sifat mekanis

dan karakteristik materialnya akan dibandingkan dengan sprocket orisinal dari

sepeda motor Honda Revo. Dari perbandingan kedua sprocket tersebut akan

didapatkan hasil analisa nilai peningkatan karakteristik atau performa sprocket

imitasi setelah dikenai proses karburasi cair.


52

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Pengujian Komposisi

Pengujian komposisi dilakukan pada jenis sprocket orisinal dan

sprocket imitasi, tujuannya untuk menentukan golongan sprocket

berdasarkan kandungan karbon. Pengujian komposisi dilakukan di PT. Itokoh

Ceperindo Klaten. Adapun hasil dari pengujian komposisi disajikan dalam

Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data uji komposisi sebelum dikenai perlakuan panas

Jenis Sprocket

Komposisi (%) Fe C Si Cr Mn Cu

Orisinal 98,83 0,17 0,20 0,017 0,86 0,013 Imitasi Putih 99,27 0,11 0,10 0,013 0,38 0,013 Imitasi Hitam 99,26 0,14 0,15 0,017 0,35 0,017

Pengujian komposisi berikutnya bertujuan untuk melihat seberapa

besar pengaruh perlakuan panas terhadap komposisi benda uji terutama pada

kandungan karbon (C). Pengujian komposisi ini hanya dilakukan pada

sprocket imitasi hitam, yang telah dikenai perlakuan panas dengan waktu

penahanan selama 30 menit. Pengujian komposisi dilakukan di PT. Itokoh

Ceperindo Klaten. Adapun hasil dari pengujian komposisi disajikan dalam

Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Hasil uji komposisi sprocket imitasi hitam setelah

dikenai proses karburasi cair

Jenis Sprocket


Imitasi Hitam 98,36 0,82 0,15 0,017 0,35 0,014


53

Dari Tabel 4.1 dan Tabel 4.2, kadar karbon pada sprocket yang telah

dikenai proses karburasi cair sudah mengalami peningkatan dibandingkan

dengan benda uji sebelum dikenai proses karburasi cair. Jumlah karbon yang

terkandung pada sprocket imitasi hitam sebelum dikenai proses karburasi cair

adalah 0,14%. Setelah dikenai proses karburasi cair dengan suhu 850°C dan

waktu penahanan selama 30 menit, kadar karbonnya menjadi 0,82%. Jumlah

peningkatan kadar karbon tersebut hampir lima kali lipat dari kondisi awal

sebelum dikenai proses karburasi cair. Jumlah kandungan karbon akan

berpengaruh pada susunan struktur mikro dan nilai kekerasan material.

Pernyataan tersebut akan dibuktikan pada tabel pengujian kekerasan.

Dari jumlah karbon yang terkandung pada spesimen setelah proses

karburasi cair dapat diketahui bahwa spesimen berada pada wilayah baja

karbon eutectoid. Eutectoid merupakan baja karbon yang mempunyai kadar

karbon sekitar 0,8%, baja karbon ini memiliki struktur mikro cementite dan

pearlite. Teori tersebut akan digunakan sebagai dasar pengamatan struktur

mikro.

B. Pengamatan Struktur Mikro

Pengamatan struktur mikro ini bertujuan untuk mengamati bentuk

struktur mikro dari permukaan benda uji dan perubahannya setelah dikenai

proses karburasi cair. Kemudian juga dilakukan pengamatan struktur mikro

untuk melihat kedalaman pengerasan permukaan akibat dari proses karburasi

cair.

1. Pengamatan Struktur Mikro pada Permukaan Spesimen

Berikut ini merupakan hasil pengamatan struktur mikro awal dari

kedua sprocket imitasi hitam dan sprocket imitasi putih yang ditunjukkan

pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2


54

Gambar 4.1 Sprocket imitasi putih

Gambar 4.2 Sprocket imitasi hitam

Pengamatan struktur mikro pada sprocket imitasi putih

menunjukkan bahwa material tersebut didominasi oleh fase ferrite, dapat

dilihat pada Gambar 4.1. Kadar karbon yang terdapat pada sprocket

imitasi putih sangat sedikit, sehingga seluruh atom karbon larut dalam

atom-atom Fe membentuk lapisan padat intertisi yang disebut ferrite.

Hal tersebut diperkuat dengan hasil pengujian kekerasan yang rendah,

ditunjukkan pada Tabel 4.4.

Pada pengamatan struktur mikro sprocket imitasi hitam

menunjukkan bahwa struktur mikronya terdiri dari fase ferrite dan

pearlite yang lebih mendominasi. Karbon yang terkadung di dalamnya

sebagian larut di dalam atom Fe sehingga terbentuk fase ferrite dan fase

pearlite. Fase pearlite memiliki sifat yang lebih keras dibandingkan

dengan fase ferrite. Hal tersebut sesuai dengan nilai kekerasan sprocket


55

imitasi hitam yang lebih tinggi dibandingkan dengan sprocket imitasi

putih.

Secara umum, pengamatan kedua jenis sprocket imitasi tersebut

menunjukkan bahwa keduanya terdiri dari ferrite dan pearlite. Hasil

pengamatan ini sesuai dengan hasil pengujian komposisi, dimana kedua

jenis sprocket imitasi ini berada di wilayah baja karbon hypotectoid yang

memiliki kandungan karbon kurang dari 0,8%. Baja karbon hypotectoid

terdiri dari fase ferrite dan fase pearlite, sesuai dengan hasil pengamatan

pada penelitian ini.

Berikut ini adalah pengamatan struktur mikro kedua jenis

sprocket yang telah dikenai proses karburasi cair. Pengamatan dilakukan

pada masing-masing spesimen untuk setiap variasi waktu penahanan 15

menit, 30 menit dan 45 menit yang ditunjukkan berturut-turut pada

Gambar 4.3 hingga Gambar 4.8.

Gambar 4.3 Struktur mikro permukaan sprocket imitasi putih

dengan waktu penahanan selama 15 menit


56






57

Gambar 4.6 Struktur mikro permukaan sprocket imitasi hitam





58



Pengamatan struktur mikro terhadap sprocket imitasi hitam dan

imitasi putih setelah dikenai proses karburasi cair tidak menunjukkan

perubahan yang signifikan jika dibandingkan dengan kondisi awal. Pada

spesimen yang dikarburasi dengan waktu penahanan 15 menit, 30 menit

dan 45 menit masih terdapat fase ferrite dan fase pearlite pada kedua

jenis sprocket imitasi. Hal tersebut disebabkan karena suhu karburasi

yang digunakan belum mencapai suhu austenite untuk kedua jenis

sprocket imitasi. Sprocket imitasi putih memiliki kandungan karbon

0,11% dan sprocket imitasi hitam memiliki kandungan karbon 0,14%.

Apabila melihat pada tabel diagram fase Fe-C untuk material dengan

kandungan karbon tersebut, suhu austenite seharusnya lebih dari 850°C.

Kondisi dimana tidak tercapainya suhu austenite menyebabkan struktur

mikro yang terbentuk pada saat proses karburasi tidak sepenuhnya

berubah menjadi austenite, sehingga ketika didinginkan secara cepat,

struktur martensite tidak terbentuk.


59

2. Pengamatan Struktur Mikro pada Lapisan Spesimen

Proses karburasi cair yang dilakukan pada penelitian ini bertujuan

untuk meningkatkan kekerasan material dengan mendifusikan karbon

pada permukaan dengan kedalaman bervariasi. Kedalaman karbon yang

terdifusi ke dalam permukaan material dipengaruhi oleh waktu

penahanan pada saat proses karburasi.

Metode yang digunakan untuk menghitung kedalaman lapisan

karbon adalah dengan membandingkan perbesaran kawat kalibrasi yang

memiliki diameter aktual 0,11 mm (diamati menggunakan mikroskop).

Selanjutnya, dilakukan pengukuran terhadap diameter kawat yang

tampak pada mikroskop. Untuk mengetahui skala perbesaran mikroskop,

ukuran diameter kawat yang tampak pada mikroskop dibagi dengan

diameter kawat kalibrasi aktual. Berikut ini adalah contoh penghitungan

skala perbesaran mikroskop untuk lensa okuler M10 dan M20.

• Diameter kawat kalibrasi aktual (D)= 0,11 mm

• Diameter kawat kalibrasi pada lensa M10 (d1)= 15 mm

• Diameter kawat kalibrasi pada lensa M20 (d2)= 30 mm

Penghitungan:

CP;QPH8;8JRPJH8S10 = F1:E → 15: 0,11 = 136,363X

CP;QPH8;8JRPJH8S20 = F2:E → 30: 0,11 = 272,727X

Contoh penghitungan kedalaman lapisan pada sprocket imitasi hitam

dengan waktu penahanan 15 menit.

• Kedalaman lapisan hasil pengukuran= 41 mm

• Skala perbesaran lensa M20= 272,727

=PF8Z828JR8[IH8J&<\]8Z = 41: 272,727 = 0,1522

Hasil pengamatan terhadap kedalaman lapisan karbon yang terdifusi

pada setiap spesimen ditunjukkan pada Gambar 4.9 hingga Gambar 4.14

dan pada Gambar 4.15 disajikan grafik pengaruh waktu penahanan

terhadap karbon yang terdifusi.


60

Gambar 4.9 Lapisan karbon sprocket imitasi putih




0,13 mm


61



Gambar 4.12 Lapisan karbon sprocket imitasi hitam



62






63

Gambar 4.15 Grafik pengaruh waktu penahanan terhadap

kedalaman difusi karbon

Pada sprocket imitasi putih ditunjukkan peningkatan kedalaman

lapisan karbon mulai dari karburasi dengan waktu penahanan 15 menit,

30 menit dan 45 menit. Pada proses karburasi dengan waktu penahanan

15 menit, kedalaman lapisan karbon 0,11 mm, pada waktu penahanan 30

menit kedalaman lapisan karbon 0,13 mm dan waktu penahanan 45 menit

kedalaman lapisan karbon 0,17 mm. Begitu pula dengan sprocket imitasi

hitam. Kedalaman permukaan sprocket imitasi hitam terus meningkat,

pada waktu penahanan 15 menit memiliki kedalaman lapisan karbon 0,15

mm, pada waktu penahanan 30 menit memiliki kedalaman lapisan karbon

0,18 mm dan waktu penahanan 45 menit memiliki kedalaman lapisan

karbon 0,20 mm. Peningkatan kedalaman lapisan untuk masing-masing

spesimen menunjukkan perbedaan kadar karbon yang berhasil terdifusi

di dalam permukaan spesimen. Semakin lama waktu penahan, semakin

meningkat kedalaman lapisan karbonnya.

0,110,13

0,170,15

0,180,20

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

15 30 45

W a kt u Pe na ha na n (m e n i t )

Grafik Pengaruh Waktu PenahananTerhadap Kedalaman Di fus i Karbon

Imitasi Putih ImitasiHitamK

edal

aman

difu

si (m

m)


64

C. Pengujian Kekerasan Rockwell

Pengujian kekerasan pada penelitian ini menggunakan alat uji

kekerasan Rockwell. Ilustrasi pengujian kekerasan Rockwell ditunjukkan

pada Gambar 4.16. Pengujian kekerasan Rockwell dilakukan dengan

ketentuan sebagai berikut:

• Skala Pengujian : B (HRB)

• Jenis Indentor : Ball, diameter 1/16 inci

• Beban Penekanan : 100 kgf

• Pengujian dilakukan pada masing-masing benda uji

sebanyak lima kali dengan penentuan titik secara acak.

Gambar 4.16 Pengujian kekerasan Rockwell


65

1. Hasil Pengujian Kekerasan Pada Kondisi Awal

a. Sprocket Orisinal

Data hasil pengujian kekerasan jenis sprocket orisinal pada kondisi

awal sebelum dikenai proses karburasi cair. Data hasil pengujian

disajikan pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Data kekerasan spesimen sprocket orisinal

Kode Spesimen Titik Uji Nilai Kekerasan

(HRB)

Nilai

Kekerasan

Rata-rata

(HRB)

O.1

A 102,46

105,59

B 106,62

C 104,18

D 104,44

E 110,27

O.2

A 98,15

105,30

B 110,52

C 106,26

D 109,15

E 102,41

O.3

A 108,8

106,06

B 106,77

C 98,69

D 109,76

E 106,26

Rata-rata total 105,65


66

b. Sprocket Imitasi Putih

Data hasil pengujian kekerasan jenis sprocket imitasi putih pada

kondisi awal sebelum dikenai proses karburasi cair. Data hasil

pengujian disajikan pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Data kekerasan spesimen sprocket imitasi putih


(HRB)

Nilai

Kekerasan

Rata-rata

(HRB)

P.1

A 64,59

62,15

B 60,03

C 59,78

D 64,59

E 61,75

P.2

A 64,59

61,75

B 61,75

C 62,92

D 59,73

E 59,78

P.3

A 61,25

61,53

B 63,07

C 60,69

D 61,2

E 61,45



67

c. Sprocket Imitasi Hitam

Data hasil pengujian kekerasan jenis sprocket imitasi hitam pada

kondisi awal sebelum dikenai proses karburasi cair. Data hasil

pengujian disajikan pada Tabel 4.5.

Tabel 4.5 Data kekerasan spesimen sprocket imitasi hitam


(HRB)

Nilai

Kekerasan

Rata-rata

(HRB)

H.1

A 70,57

70,09

B 73,67

C 67,28

D 69,36

E 69,56

H.2

A 74,63

70,23

B 70,37

C 68,6

D 69,86

E 67,68

H.3

A 74,43

71,47

B 75,69

C 70,73

D 68,44

E 68,04



68

Dari data pengujian kekerasan Rockwell terhadap ketiga jenis

sprocket diketahui bahwa nilai kekerasan rata-rata pada sprocket

orisinal memiliki nilai kekerasan yang paling tinggi, yaitu 105,65

HRB, sedangkan nilai kekerasan rata-rata pada sprocket imitasi putih

memiliki nilai kekerasan 61,81 HRB dan sprocket imitasi hitam

memiliki nilai kekerasan 70,59 HRB. Data pengujian kekerasan

tersebut sesuai dengan data pengujian komposisi, dimana sprocket

orisinal memiliki kandungan karbon sebesar 0,17%, sprocket imitasi

putih memiliki kandungan karbon sebesar 0,11% dan sprocket imitasi

hitam memiliki kandungan karbon sebesar 0,14%. Semakin tinggi

kadar karbon yang terkandung dalam suatu material maka nilai

kekerasannya semakin meningkat.


69

2. Hasil Pengujian Kekerasan Setelah Proses Karburasi Cair

a. Sprocket Imitasi Putih

Data hasil pengujian kekerasan jenis sprocket imitasi putih setelah

dikenai proses karburasi cair. Data hasil pengujian disajikan pada

Tabel 4.6.

Tabel 4.6 Data kekerasan spesimen sprocket imitasi putih

Waktu

(menit) Titik Uji

Nilai

Kekerasan

(HRB)

Nilai

Kekerasan

Rata-rata

(HRB)

Persentase

Kenaikan

Kekerasan

(%)

15

A 92

88,22 42,72

B 89

C 89

D 87,5

E 83,6

30

A 98,16

95,90 55,15

B 98,16

C 96

D 93,6

E 93,6

45

A 104,85

102,90 66,47

B 104

C 103

D 101,33

E 101,33


70

Hasil data pengujian kekerasan Rockwell yang diperoleh

dari sprocket imitasi putih setelah dikenai proses karburasi cair

dengan suhu 850°C dan variasi waktu penahanan 15 menit, 30,

menit dan 45 menit. Pada spesimen dengan waktu penahanan 15

menit nilai kekerasan meningkat menjadi 88,22 HRB atau sebesar

42,72%, pada spesimen dengan waktu penahanan 30 menit nilai

kekerasan meningkat menjadi 95,90 HRB atau sebesar 55,15% dan

untuk spesimen dengan waktu penahanan 45 menit nilai kekerasan

meningkat menjadi 102,90 HRB atau sebesar 66,47%. Pada waktu

penahanan 45 menit nilai kekerasan sprocket imitasi putih mencapai

102,90 HRB, berarti mendekati nilai kekerasan sprocket orisinal

yang mempunyai rata-rata kekerasan 105,65 HRB. Dari data

tersebut menunjukkan bahwa waktu penahanan berpengaruh

terhadap nilai kekerasan suatu material, dengan demikian semakin

lama waktu penahanan semakin tinggi pula nilai kekerasan suatu

material. Hal tersebut disebabkan oleh jumlah karbon yang terdifusi,

dimana jumlah karbon yang terdifusi berpengaruh terhadap

kekerasan suatu material.


71

b. Sprocket Imitasi Hitam

Data hasil pengujian kekerasan jenis sprocket imitasi hitam setelah

dikenai proses karburasi cair. Data hasil pengujian disajikan pada

Tabel 4.7.

Tabel 4.7 Data kekerasan spesimen sprocket imitasi hitam

Waktu

(menit) Titik Uji

Nilai

Kekerasan

(HRB)

Nilai

Kekerasan

Rata-rata

(HRB)

Persentase

Kenaikan

Kekerasan

(%)

15

A 99,83

97,15 37,62

B 98,16

C 98,16

D 96

E 93,6

30

A 107,57

103,62 46,79

B 104,85

C 103

D 101,33

E 101,33

45

A 109

106,48 50,84

B 108

C 107,57

D 104,85

E 103


72

Data pengujian kekerasan Rockwell yang diperoleh dari

sprocket imitasi hitam setelah dikenai proses karburasi cair dengan

suhu 850°C dan variasi waktu penahanan 15 menit, 30 menit dan 45

menit. Pada spesimen dengan waktu penahanan 15 menit nilai

kekerasan meningkat menjadi 97,15 HRB atau sebesar 37,62%, pada

spesimen dengan waktu penahanan 30 menit nilai kekerasan

meningkat menjadi 103,62 HRB atau sebesar 46,79% dan untuk

spesimen dengan waktu penahanan 45 menit nilai kekerasan

meningkat menjadi 106,48 HRB atau sebesar 50,84%. Pada waktu

penahanan 45 menit nilai kekerasan sprocket imitasi hitam mencapai

106,48 HRB, berarti sudah melebihi nilai kekerasan sprocket orisinal

yang mempunyai rata-rata kekerasan 105,62 HRB.

3. Grafik Pengaruh Waktu Penahanan

Waktu penahanan atau holding time merupakan salah satu

parameter penting dalam proses perlakuan panas. Pada proses karburasi

cair ini, waktu penahanan dilakukan setelah suhu oven steady pada

850°C. Semakin lama waktu penahanan pada saat proses karburasi cair,

maka kekerasannya akan semakin meningkat, seiring dengan atom

karbon yang terdifusi ke dalam material sprocket tersebut. Besarnya

pengaruh waktu penahan terhadap peningkatan nilai kekerasan sprocket

disajikan pada Gambar 4.17.


73

Gambar 4.17 Grafik pengaruh waktu penahan terhadap peningkatan

nilai kekerasan sprocket

Pada sprocket imitasi hitam nilai kekerasan yang dihasilkan lebih

tinggi dibandingkan dengan nilai kekerasan sprocket imitasi putih, baik

pada waktu penahanan 15 menit, 30 menit dan 45 menit. Hal tersebut

dikarenakan sprocket imitasi hitam mempunyai lebih banyak potensial

karbon dibandingkan dengan sprocket imitasi putih. Perbandingan kadar

karbon tersebut dapat dilihat pada tabel pengujian komposisi Tabel 4.1

dan Tabel 4.2. Sprocket imitasi putih yang mengandung kadar karbon

0,11% atau memiliki potensial karbon yang paling rendah dibandingkan

dengan sprocket orisinal dan sprocket imitasi hitam.

Sprocket imitasi yang sudah dikarburasi dengan waktu penahanan

45 menit sudah mampu menyamai nilai kekerasan sprocket orisinal. Nilai

kekerasan sprocket imitasi putih yaitu 102,90 HRB. Sedangkan nilai

kekerasan sprocket imitasi hitam yaitu 106,48 HRB, nilai tersebut sudah

berada di atas rata-rata nilai kekerasan sprocket orisinal. Pada waktu

penahanan selama 15 menit sprocket imitasi putih mempunyai nilai

kekerasan 88,22 HRB dan sprocket imitasi hitam 97,15 HRB. Walaupun

nilai tersebut belum mendekati nilai rata-rata sprocket orisinal, namun

61,81

88,2295,90

102,90

70,5997,15 103,62

106,48

0

20

40

60

80

100

120

0 15 30 45

W a kt u Pe na ha na n (m e n i t )

Graf ik Pengaruh Waktu PenahananTerhadap Peningkatan Kekerasan Sprocke t

Original Imitasi Putih Imitasi Hitam

HR

B


74

dari kedua jenis sprocket imitasi tersebut sudah mengalami peningkatan

nilai kekerasan yang signifikan jika dibandingkan dengan kondisi awal.

Sprocket imitasi hitam mempunyai nilai kekerasan yang lebih tinggi

daripada sprocket imitasi putih dikarenakan sprocket imitasi hitam

memiliki potensial karbon yang lebih tinggi dibandingkan dengan

sprocket imitasi putih.


75

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

1. Perlakuan karburasi cair sudah diberikan pada kedua jenis sprocket

imitasi, dapat dibuktikan bahwa proses karburasi cair dapat

meningkatkan kualitas sifat mekanik dan sifat fisik dari kedua jenis

sprocket imitasi.

2. Proses karburasi cair diikuti dengan pendinginan media oli dapat

meningkatkan kekerasan permukaan sprocket imitasi. Proses karburasi

cair pada sprocket imitasi putih dengan waktu penahanan 15 menit

mengakibatkan kekerasannya meningkat menjadi 88,22 HRB

sedangkan untuk sprocket imitasi hitam kekerasannya meningkat

menjadi 97,15 HRB. Pada waktu penahanan 45 menit nilai kekerasan

sprocket imitasi putih menjadi 102,90 HRB dan untuk nilai kekerasan

sprocket imitasi hitam menjadi 106,48 HRB.

3. Sprocket imitasi yang dikenai proses karburasi cair dengan waktu

penahanan 45 menit sudah mampu mendekati nilai kekerasan sprocket

orisinal. Nilai kekerasan sprocket imitasi putih yaitu 102,90 HRB.

Sedangkan nilai kekerasan sprocket imitasi hitam yaitu 106,48 HRB,

nilai tersebut sudah berada di atas rata-rata nilai kekerasan sprocket

orisinal yaitu 105,65 HRB. Peningkatan kekerasan sprocket imitasi

hitam lebih tinggi dibandingkan dengan sprocket imitasi putih karena

sprocket imitasi hitam mempunyai potensial karbon yang lebih besar

yaitu 0,14% dibandingkan dengan sprocket imitasi putih yang

mempunyai potensial karbon 0,11%.


76

4. Struktur mikro yang terbentuk pada saat proses karburasi tidak

sepenuhnya berubah menjadi austenite, sehingga ketika didinginkan

secara cepat, struktur martensite tidak terbentuk. Hal tersebut

disebabkan karena suhu karburasi yang digunakan untuk kedua jenis

sprocket imitasi belum mencapai suhu austenite.

B. Saran

1. Hasil karburasi cair akan lebih optimal apabila menggunakan oven

khusus heat treatment yang mampu menjaga suhu tetap stabil.

2. Mangkuk atau tabung reaksi yang digunakan sebaiknya berbahan dasar

keramik khusus heat treatment karena mangkuk atau tabung reaksi yang

berbahan dasar keramik biasa tidak tahan terhadap suhu tinggi.

3. Mangkuk atau tabung reaksi harus tertutup rapat agar tidak terjadi

oksidasi dengan oksigen.

4. Dapat digunakan untuk penelitian lanjutan dengan variasi suhu

karburasi.


77

DAFTAR PUSTAKA

Amstead B.H. dkk. (1995). Teknologi Mekanik Vol. 7. Erlangga, Jakarta.

Anver, S.H. (1998). Introdfuction to Physical of Metallurgy. McGrraw-Hill, Tokyo.

4 April 2017.

ASM Internasional. (1995). Metals Handbook Heat Treating Vol 4. Jakarta.

Darmanto. (2006). Pengaruh Holding Time Terhadap Sifat Kekerasan dengan

Refining The Core pada Proses Carburizing Material Baja Karbon Rendah.

Teknik Mesin UNWAHAS. Traksi. Vol. 4 No.2. Portalgaruda.org. 11 Maret

2017.

Djaprie, S. (1983). Ilmu dan Teknologi Bahan. Erlangga, Jakarta.

George, Dieter. (1987). Engineering Design A Materials and Processcing

Approach. McGraw-Hill Book Company. Singapore. 4 April 2017.

Hermer, Davis, George E. Troxell dan Clement T. Wiskocil. (1955). The Testing

and Inspection of Engineering Materials. Book.google.co.id. McGrraw-

Hill, New York. 4 April 2017.

Higgins, R. A. (1999). Engineering Metallurgy Part I Applied Physical Metallurgy.

Six Edition, Arnold. London. 4 April 2017.

Juniansyah, Raden Mochamad. (2006). Pengaruh Karburising Terhadap

Kekerasan Sproket Speda Motor. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas

Sanata Dharma. Yogyakarta.


78

Kuswanto Bambang. (2010). Perlakuan Pack Carburizing pada Baja Karbon

Rendah sebagai Material Alternatif Pisau Potong pada Penerapan Teknologi

Tepat Guna. Politeknik Negri Semarang. Publikasiilmiah.unwahas.ac.id. 4

April 2017.

Malau, Viktor. (2008). Pengaruh Perlakuan Panas Quench Dan Temper Terhadap

Laju Keausan, Ketangguhan Impak Kekuatan Tarik Dan Kekerasan Baja

XW 42 Untuk Keperluan Cetakan Keramik. Jurnal Media Teknik. Mei.

Nomor 2. Hal 189. 4 April 2017.

Masyrukan. (2006). Penelitian Sifat Fisis dan Mekanis Baja Karbon Rendah Akibat

Pengaruh Proses Pengarbonan dari Arang Kayu Jati. Universitas

Muhammadiyah Surakarta. Media Mesin, Vol. 7. Journals.ums.ac.id. 11

Maret 2017.

Nanulaitta Nevada J. M. dan Alexander A. Patty. (2011). Analisa Nilai Kekerasan

Baja Karbon Rendah (S35c) dengan Pengaruh Waktu Penahanan (Holding

Time) Melalui Proses Pengarbonan Padat (Pack Carburizing) dengan

Pemanfaatan Cangkang Kerang sebagai Katalisator. Politektik Negeri

Ambon. Jurnal Teknologi. Vol. 8 No. 2. Ejournal.unpatti.ac.id. 11 Maret

2017.

Prayitno, A. dan Inonu, I. (1999). Pengaruh Perbedaan Waktu Penahanan Suhu

Stabil (Holding Time) Terhadap Kekerasan Logam. Universitas Riau. 20

Maret 2017.

Sudjana, Hardi. (2008). Teknik Pengecoran Logam. Jakarta: Direktorat Pembinaan

Sekolah Menengah Kejuruan.

Suratman, Rochim. (1994). Paduan Proses Perlakuan Panas. Lembaga Penelitian

Institut Teknologi Bandung, Bandung. Journals.itb.ac.id. 20 Maret 2017.


79

Smallman, R.E. dan Bishop, R.J. (2000). Metalurgi Fisik Modern & Rekayasa

Material. Erlangga, Jakarta.

Supardi, E. (1999). Pengujian Logam. Aksara, Bandung.

Thelning, K.E. (1975). Steel and Its Heat Treatment. A.B. Bofors Butterworths.

London and Boston.

Waluyo, Joko. (2009). Pengaruh Suhu dan Waktu Tahan pada Proses Karburasi

Cair terhadap Kekerasan Baja Aisi 1025 dengan Media Pendinginan Air.

Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. 11 Maret 2017.

Williams, E., Ademola E. dan Oghenekaro Peter. (2014). Fundamentals of Sprocket

Design and Reverse Engineering of Rear Sprocket of a Yamaha CY80

Motorcycle. International Journal of Engineering and Technology Volume

4. National Engineering Design Development Institute, Nigeria. Jet-

Journal.org. 4 April 2017

Yogantoro, A. (2010). Penelitian Pengaruh Variasi Suhu Pemanasan Low

Tempering, Medium Tempering dan High Tempering Pada Medium Carbon

Steel Produksi Pengecoran Batur-Klaten Terhadap Struktur Mikro,

Kekerasan dan Ketangguhan. Jurusan Teknik Mesin. Fakultas Teknik.

Universitas Muhammadiyah Surakarta. Surakarta.


80

LAMPIRAN


81

Lampiran 1. Tabel untuk menentukan komposisi

(Sumber: ASM Handbook Vol. 4)


82

Lampiran 2. Data uji komposisi dan diagram besi-karbon

Data uji komposisi sebelum dikenai proses karburasi cair

Jenis Sprocket


Orisinal 98,83 0,17 0,20 0,017 0,86 0,013 Imitasi Putih 99,27 0,11 0,10 0,013 0,38 0,013 Imitasi Hitam 99,26 0,14 0,15 0,017 0,35 0,017

Hasil uji komposisi sprocket imitasi hitam

setelah dikenai poroses karburasi cair

Jenis Sprocket


Imitasi Hitam 98,36 0,82 0,15 0,017 0,35 0,014

(Sumber: Anver, 1974)


83

Lampiran 3. Hasil uji komposisi sprocket orisinal


84

Lampiran 4. Hasil uji komposisi sprocket imitasi putih


85

Lampiran 5. Hasil uji komposisi sprocket imitasi hitam


86

Lampiran 6. Hasil uji komposisi sprocket imitasi hitam setelah proses karburasi


87

Lampiran 7. Perbandingan permukaan struktur mikro sprocket imitasi putih

Sebelum dikarburasi

Setelah dikarburasi dengan waktu Setelah dikarburasi dengan waktu

penahanan selama 15 menit penahanan selama 30 menit

Setelah dikarburasi dengan waktu

penahanan selama 45 menit


88

Lampiran 8. Perbandingan permukaan struktur mikro sprocket imitasi hitam

Sebelum dikarburasi

Setelah dikarburasi dengan waktu Setelah dikarburasi dengan waktu

penahanan selama 15 menit penahanan selama 30 menit

Setelah dikarburasi dengan waktu

penahanan selama 45 menit


89

Lampiran 9. Perbandingan permukaan struktur mikro setelah dikarburasi antara

sprocket imitasi hitam dan sprocket imitasi putih

Sprocket imitasi putih waktu Sprocket imitasi hitam waktu

penahanan 15 menit penahanan 15 menit




90




peningkatan kekerasan sprocket imitasi melalui …

Documents