Artikel

KARBURASI BAJA KARBON RENDAH

Print
Category: Mesin & CNC
Last Updated on Tuesday, 21 April 2015 Published Date Written by Beta-0004

KARBURASI BAJA KARBON RENDAH

 

Beta  Hartono*

 

 

 

 ABSTRAK

 

Baja  karbon  rendah  adalah  material  dalam penggunaannya  kebanyakan  dipakai sebagai  bahan  kontruksi  umum. Bahan baja  karbon  rendah  mempunyai  keuletan  yang  tinggi  dan mudah  di kerjakan dengan mesin,  tetapi  kekerasannya  rendah  dan  tidak  tahan  aus. Hal  ini  dapat  diatasi  dengan  merubah  sifat - sifat  material  yang disediakan  yaitu  dengan  proses  perlakuan  panas.

 

Salah  satunya  adalah  dengan cara  menggunakan  pengerasan  permukaan  yaitu  dengan  proses  Karburasi.  Karburasi  adalah  salah  satu  proses perlakuan  panas  untuk  mendapatkan  permukaan kulit  yang  lebih  keras  dari sebelumnya. Dari  uraian  diatas,  maka  dapat  diketahui  bahwa  baja  karbon  rendah  kandungan C-nya 0,25  %, dengan  mengalami  proses  perlakuan  panas  diharapkan  memperoleh  sifat – sifat  yang  diinginkan  seperti  kekerasan  bertambah dan  tahan  aus. Proses  penelitian  perlakuan  panas  yang  dilakukan  dengan  material  baja  karbon  rendah,  yang  mana  setelah  dilakukan  uji  spektrometer,  material  tersebut  mempunyai  kadar  karbon  0,07  %C.Pada  proses  perlakukan  panas  ini  suhu  pemanasan  adalah  875 0C,  bahan  bubuk  karbon  60 %  dan  Barium  Karbonat  40 %  sebagai  penghantar /energizer yang  mempercepat  proses,  waktu  penahanan  adalah  15  menit,  30  menit,  dan  50  menit  dengan  media  pendinginan  adalah  oli  SAE  20 – 50.Setelah  dilakukan  proses  perlakuan  panas  dari  material  tersebut,  maka  dilakukan  pengujian  kekerasan dan  pengujian  spektrometer.    Adapun  hasilnya  adalah  kekerasan  tertinggi   adalah  material  yang  mengalami  proses  perlakuan  panas  dengan  penahanan  waktu  paling  lama  yaitu  50  menit.  Dan  kadar  karbon  paling  tinggi  dari  hasil  difusi  diperoleh  dari  material  yang  mengalami  proses  penahanan  waktu  paling  lama.

 

Dari  data  hasil  pengujian  mekanik  kekerasan  dan  ilmu bahan logam  dapat  ditarik  suatu  kesimpulan  bahwa  dengan  perlakuan  panas  didapatkan  bahan  yang  mempunyai  kekerasan  tinggi  pada  permukaannya  dan  masih  lunak  pada  bagian  dalamnya.

 

 

 

Kata kunci : Karburasi, bubuk  karbon, Barium  Karbonat, waktu penahanan, spektrometer.

 

 

 

 

 

1.Pendahuluan

 

            Logam  mempunyai  peranan  aktif  dalam  menunjang  teknologi  dijaman  sekarang, sehingga timbul usaha manusia  untuk  memperbaiki  sifat dari  logam  tersebut,  yaitu  dengan  merubah  sifat  mekanis  dan  sifat  fisiknya.Adapun  sifat  mekanis  dari  logam  antara  lain  :  kekerasan,  kekuatan,  keuletan,  kelelahan.  Sedangkan  dari  sifat  fisiknya  yaitu  dimensi,  konduktivitas  listrik,  struktur  mikro,  densitas.

 

            Dengan  banyaknya  permintaan  yang  bermacam – macam  maka  diadakan  pemilihan  bahan.  Pemilihan  bahan  tersebut  dapat  dipersempit  sesuai  dengan  kegunaannya.  Seperti  misalnya  pada  baja  karbon rendah.  Baja  karbon rendah   mendapat  prioritas  utama  untuk  dipertimbangkan.  Karena  baja  karbon ini  mudah  diperoleh,  mudah  dibentuk  atau  sifat  permesinannya  baik  dan  harganya  relatif  murah.  Karena  baja   karbon ini mendapat  prioritas  utama  maka  dituntut  untuk  memodifikasi  atau  memperbaiki  sifatnya  seperti  kekerasan,  kekerasan  pada  permukaan,  tahan  aus  akibat  gesekan.  Sehingga  perlu  diadakan  proses  perlakuan  panas  guna  menambah  kekerasan  dari  bahan  tersebut. Dan  berdasarkan  hal tersebut  diatas,  maka  penulis  mengadakan  suatu  penelitian  dengan  judul  :“ANALISA   PENGARUH  WAKTU  PENAHANAN   TERHADAP  BAJA  KARBON  RENDAH  DENGAN  METODE KARBURASI 

 

            Perlakuan  panas  adalah  suatu  perlakuan  yang  diterapkan pada  logam  agar  diperoleh  sifat  yang  diiginkan.  Dengan  cara  pemanasan  dan  pendinginan  dengan  kecepatan  tertentu  yang  dilakukan  terhadap  logam  dalam  keadaan  fase  padat  sebagai  upaya  untuk  memperoleh  sifat tertentu  dari  logam tersebut.Salah  satu  cara  adalah  dengan  menggunakan  proses  karburasi  yaitu  dengan  mengeraskan  permukaannya  saja.  Karburasi  adalah  salah  satu  proses  perlakuan  panas  untuk  mendapatkan  kulit  yang  lebih  keras  dari  sebelumnya.  Adapun  alasan  bidang  ini  disesuaikan  dengan  kebutuhan  pada   bidang  industri  yang  semakin  modern,  dalam  hal  ini  adalah  pengembangan sifat dari  logam.  Yang  mana  mempunyai  kekerasan  yang  baik  tapi  juga  ulet.  Dimana  aplikasinya  digunakan  pada  alat  potong,  alat   pahat,  roda  gigi  atau  kontruksi  mesin  yang  sering  mengalami  kontak  antara  bahan  satu  dengan bahan  lainnya.

 

            Dengan  proses  perlakuan  panas  dengan  metode  karburasi  diharapkan  dapat  memperpanjang  umur  pemakainanya tetapi masih memiliki sifat keuletanpada bagian dalamnya.

 

Perumusan Masalah

 

            Dalam upaya peningkatan kekerasan baja paduan rendah yang efektif dengan metoda perlakuan panas dalam hal ini adalah pengkarburasian, yang mana memerlukan banyak informasi teoritis dan praktis saling berkait baik terhadap pencapaian kekerasan maupun menghindari kegagalan produk. Dalam masalah ini hanya akan  membahas prihal apa saja yang perlu dipertimbangkan dalam merencanakan bentuk produk dan pelaksanaan/ proses karburasi (pengkarburasian). Informasi yang disampaikan pada tulisan ini mengacu pada literatur yang dikumpulkan dari buku-buku teks, media multimedia dan penelitian yang berhubungan dengan karburasi /perlakuan panas, sehingga dapat dituangkan dalam bentuk tulisan ini. Berdasarkan latar belakang di atas, maka pada penelitian ini akan membahas permasalahan yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

 

v  Bagaimana cara melakukan pemilihan bahan untuk karburasi pada baja paduan rendah ?

 

v  Bagaimana cara merencanakan proses karburasi pada baja paduan rendah  ?

 

v  Bagaimana caranya mengetahui kekerasan bahan uji /baja paduan rendah setelah dikarburasi ?

 

 

 

Batasan Masalah 

 

            Dengan mengingat komplektivitas tentang permasalahan, maka dalam pembahasan ini ditetapkan batasan dan beberapa anggapan yang diambil antara lain :

 

·         Bagaimana cara menentukan jenis bahan yang akan dikarburasi ?

 

·         Bagaimana cara mengetahui bahan yang akan dikarburasi dalam kondisi tanpa cacat ?

 

·         Bagaimana tahapan karburasi untuk baja paduan rendah dilakukan ?

 

·         Apa media yang dipakai untuk pengkarburasian pada baja paduan rendah ?

 

 

Tujuan Penelitian

 

            Maksud dan tujuan penulisan ini adalah memberikan pengetahuan untuk dijadikan pertimbangan dalam memilih produk baja paduan rendah yang akan dilakukan pengkarburasian , sehingga prosesnya menjadi efektif dan efisien dengan hasil maksimal. Berdasarkan analisa, uraian menunjukkan bahwa tahapan pengkarburasian adalah dengan: 

 

·         Menjelaskan cara menentukan jenis bahan yang akan dikarburasi !

 

·         Menjelaskan cara mengetahui bahan yang akan dikarburasi dalam kondisi tanpa cacat !

 

·         Menjelaskan tahapan pengkarburasian untuk baja paduan rendah !

 

·         Menjelaskan media yang dipakai untuk pengkarburasian baja paduan rendah !

 

 

Relevansi      

 

       Manfaat penelitian ini secara teoritis diharapkan dapat memberikan pengetahuan tentang bagaimana cara pengkarburasian baja paduan rendah yang baik dan benar.

 

2.  Tinjauan  Pustaka  / DASAR  TEORI

 

Perlakuan  Panas

 

Perlakuan  panas  didefinisikan  sebagai  kombinasi  operasi pemanasan  dan  pendinginan  terhadap  logam  atau  paduan  dalam keadaan  padat  dengan  waktu  tertentu,  yang  dimaksud  memperolehsifat  tertentu.  Langkah  pertama  pada  setiap  proses  perlakuan  panas  adalah  memanaskan  logam  bersama  campurannya  sampai temperatur  tertentu,  lalu  menahan  beberapa  saat  pada   temperatur itu  kemudian  didinginkan  langsung.  Selama  proses  ini  akan  terjadi beberapa  perubahan  struktur  mikro,  dimana  perubahan  ini  akan menyebabkan  terjadinya  perubahan  sifat  dari  logam  tersebut.

 

 

 

Pengerasan  Permukaan

 

            Pengerasan  permukaan  disebut  juga  case  hardening,  dapat  juga  dikatakan  sebagai  suatu  proses  perlakuan  panas  yang  diterapkan  pada  suatu  logam  agar  memperoleh  sifat tertentu.  Dalam  hal  ini  hanya pengerasan  permukaannya  saja.  Dengan  demikian  lapisan  permukaan  mempunyai  kekerasan  yang  tinggi,  sedangkan  bagian  yang  dalam  tetap  seperti  semula,  yaitu  dengan  kekerasan  rendah  tetapi  keuletan  atau  ketangguhannya  tinggi.

 

            Dalam  pemakaian  suatu  bagian  mesin  atau  perkakas  sering kali  diperlukan  permukaan  yang  keras  dan  tahan  aus  dengan bagian  inti  yang  relatif  lunak  dan  ulet  atau  tangguh.  Baja  yang dikeraskan  dengan  cara  konvensional  memang  dapat  menghasilkan permukaan  yang  keras  dan  tahan  aus,  tetapi  kurang  ulet.  Pengerasan permukaan  dimaksudkan  untuk  mengeraskan  bagian  permukaannya saja,  sedang  bagian  inti  tetap  lunak  dan  ulet,  sehingga  secara keseluruhan  benda  masih  cukup  ulet  tetapi  sekarang  permukaan menjadi  lebih  keras  dan  tahan  aus.Untuk  itu  pengerasan  permukaan  atau  case  hardening  merupakan  salah  satu  jalan  keluar  yang  cukup  baik.  Dengan  pengerasan  permukaan  akan  diperoleh  permukaan  yang  lebih  baik  dari  sebelumnya.  Dengan  pengerasan  pada  permukaan  akan  menyebabkan  lapisan  permukaan  menjadi  kuat  atau  keras  dan  pada  lapisan  permukaan  itu  terjadi  tegangan  sisa  yang  berupa  tegangan  tekan.  Karena  hal  tersebut  maka  benda  kerja  menjadi  lebih  tahan  terhadap  kelelahan. Biasanya  proses  perlakuan  panas  ini  dilakukan  terhadap  roda  gigi,  pahat,  cetakan  (dies),  alatpotong,  alat  pada  kontruksi,  dan  sebagainya. 

 

 

 

Karburasi  (Carburising)

 

            Karburasi  atau  Carburizing  adalah  proses  perlakuan  panas,  umumnya  diterapkan  pada  jenis  baja  yang  mudah  dikeraskan.  Dengan  demikian  agar  baja  tersebut  dapat  dikeraskan  permukaannya,  komposisi  karbon  pada  baja  harus  berkisar  antara  0,3  sampai  0,9 %  karbon.  Bila  lebih  dari  0,9 %  harus  dihindarkan  karena  dapat  menimbulkan   pengelupasan  dan  bahkan  keretakan.Proses  karburasi  ini  biasanya  dilakukan  pada  baja  karbon  rendah  yang  mempunyai  sifat  lunak  dan  keuletan  tinggi.  Tujuan  dari  proses  karburasi  adalah  untuk  meningkatkan  ketahanan  aus  dengan  jalan  mempertinggi  kekerasan  permukaan  baja  karbon  dan  meningkatkan  karakteristik  fatik  dari  baja  karbon  tersebut.  Manfaat  yang  patut  dipertimbangkan  dalam  penerapan  proses  karburasi  adalah  bahwa  proses  karburasi  akan  menghasilkan  deformasi  yang  sangat  kecil  dibandingkan  pada  proses  pengerasan  yang  diperoleh  melalui  pendinginan.

 

            Mengeraskan  permukaan  dengan  menggunakan  cara  karburasi  adalah  cara  pengerasan  yang  paling  tua  dan  ekonomis.  Karena  pada  proses  pengerasan  ini  hanya  merubah  komposisi  kima  dari  baja  karbon  tersebut.  Baja  karbon  rendah  tidak  dapat  langsung  dikeraskan  karena  kadar  karbon  dari  baja  terlalu  rendah.  Agar  dapat  dikeraskan  maka  kadar  karbonnya  harus  ditambah.  Pemambahan  kadar  karbon  dilakukan  dengan  mendifusikan  karbon  melalui  permukaan  baja  sehingga  permukaan  baja  mengandung  cukup  karbon  untuk  dikeraskan  dengan  pendinginan. Pada  proses  pengerasan  permukaan  dengan  metode  karburasi  dapat  dibagi  menjadi  2  tahap  :

 

 

 

Penambahan  Karbon

 

            Penambahan  karbon  yang  disebut  karburasi / carburizing , dilakukan  dengan  cara  memanaskan  pada temperatur yang cukup tinggi yaitu pada temperatur austenit dalam lingkungan yang mengandung  atom karbon aktif, sehingga atom karbon aktif tersebut akan berdifusi masuk ke dalam permukaan  baja  dan mencapai kedalaman tertentu.Ada 3 cara dalam  penambahan  karbon  atau  karburasi  (carburizing),  yaitu  :

 

 

 

a. Menggunakan  medium  padat  atau  Pack  Carburizing

 

            Benda  kerja  dimasukkan  ke  dalam  kotak  yang  berisi bubuk  karbon  dan  ditutup  rapat  kemudian  dipanaskan  pada temperatur  austenit,  yaitu  antara  8250 C – 9250 C  selama   waktu  tertentu. bahan  karburasi terdiri  dari  bubuk  karbon aktif  60 %,  ditambah  BaCO3  (Barium  Carbonat)  atau  NaCO3 (Natrium  Carbonat)  sebanyak  40 %  sebagai  energizer  atau activator  yang  mempercepat  proses  karburisasi.  Namun biasanya  BaCO3  yang  dipakai  karena  lebih  mudah  terurai  dari  pada  NaCO3.  Sebenarnya  tanpa  energizerpun  dapat  terjadi  proses  carburising  karena  temperatur  sangat  tinggi, maka  karbon  teroksidasi  oleh  oksigen  yang  terperangkap dalam  kotak  menjadi  CO2,  reaksi  dengan  karbon  bereaksi terus  hingga  didapat ;

 


 

Dengan  temperatur  yang  semakin  tinggi  keseimbangan reaksi  makin  cenderung  ke  kanan,  makin  banyak  CO.  Pada permukaan  baja  CO  akan  terurai ;   .

 

Dimana  C  yang  terbentuk  ini  berupa  atom  karbon yang  dapat  masuk  berdifusi  ke  dalam  fase  austenit  dari  baja.Dengan  adanya  energizer  proses  akan  lebih  mudah berlangsung  karena  meskipun  udara  yang  terperangkap  sedikit,  tetapi  energizer  menyediakan  CO2  yang  akan  segera mulai  mengaktifkan  reaksi - reaksi  selanjutnya.

 

Reaksi  dekomposisi 

 

Dengan  temperatur  tinggi   baja  mampu  melarutkan banyak  karbon,  maka  dalam  waktu  singkat  permukaan  baja dapat  menyerap karbon hingga mencapai batas jenuhnya.

 

 

 

Maksudnya bila bajayang dikeras- kan permukaannya akan mengala-

mi pemanasanhingga temperatur  tinggi atautemperaturaustenit  maka difusi karbon dapat menca-

pai batas jenuhnya yang berdifusi  melebihi batas Acm maka akan terjadi atau tumbuh fasabaru  yaitu sementit.                         .

 

 

 

Gambar  2 – 1  :  Kotak  Sementasi

 

 

 

Tebal lapisan permukaan yang mengalami penambah- an karbon(Case Depth) bergantungpada temperatur  pemanasan dan  lamanya waktu penahananpada  temperatur pemanasan tersebut. Semakin  tinggi  karbon dan semakin lama holding time maka semakin  banyak penyerapan karbon yang masuk kedalam  spesimen.Keuntungan dari proses ini adalah dapat  digunakan pada proses pengerasan permukaan yang  relatif tebal. Sedangkan kerugiannya adalahjika lapisan terlalu tebal, pada saat pendinginan akan retak atau terkelupas, benda uji tersebut mengalami kejutan / shock karena pendinginan yang tiba - tiba.

 

 

Gambar  2 – 2  : Potongan  Diagram  Fase  Fe-Fe3C

 

     

 

 

 

 

 

Pendinginan  (Quenching)

 

            Setelah  lapisan  kulit  mengandung  cukup  karbon,  proses dilanjutkan  dengan  pengerasan  yaitu  dengan  pendinginan  untuk mencapai  kekerasan  yang  tinggi.Proses  pengerasan  (quenching)  dapat  dilakukan  dengan  cara  :

 

 

 

 

 

Ø  Pendinginan  langsung  (Direct  Quenching)  adalah  pendinginan secara  langsung  dari  mediakarburasi.Efek  yang  timbul  adalah  kemungkinan  adanya  pengelupasan pada  benda  kerja.  Pada  pendinginan  langsung  ini  diperoleh permukaan  benda  kerja  yang  getas.

 

 

Grafik  2 – 3  :  Proses  Pendinginan  Langsung

    (Dirrect  Quenching)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ØPendinginan  tunggal  (Single  Quenching)  adalahpemanasan dan  pendinginan  dari  benda  kerja  setelah  benda  kerja  tersebut di  karburasi  dan

telah didinginkan  pada  suhu  kamar.Tujuan  dari  metode  ini  adalah  untuk  memperbaiki  difusisitas dari  atom karbon,  dan  agar  gradien  komposisi  lebih halus.

 

Grafik  2 – 4  :  Proses  Pendinginan  Tunggal 

(Single  Quenching)

 

 

 

ØDouble  Quenching  adalah  proses  pendinginan  atau  pengerasan pada  benda  kerja  yang  telah  di  karburasi  dan  didinginkan pada  temperatur  kamar kemudian  dipanaskan  lagi  diluar  kotak  karbon  pada  temperatur  kamar  lalu  dipanas-kan  kembali pada  temperatur  austenit  dan  baru  didinginkan cepat.Tujuan dari metode ini  untuk  mendapatkan  butir  struktur yang  lebih  halus. 

 

 

 

 

Grafik  2 – 7  :  Proses  Double  Quenching

     

 

 

 

Sifat - sifat  yang  dimiliki  baja  karbon  setelah  Proses  Karburasi sebagai  berikut  :

 

a. Kekerasaan permukaan tinggi dantahan aus.

 

b. Tahan  temperatur  tinggi.

 

c. Umur  lelah  lebih  tinggi.

 

 

 

Transformasi  Fase  Pada  Saat  Pemanasan

 

            Transformasi  fase  yang  terjadi  pada  saat  pemanasan  dapat dipelajari  dari  diagram  keseimbangan  (diagram fase)  besi  karbida – baja.  Baja  karbon  rendah  pada  diagram  fase  terletak  dibawah  ini, termasuk  dalam  baja  hypoutektoid.  Pada  temperatur  kamar  baja  karbon  rendah  terdiri  dari  butir – butir  kristal  ferit  dan  perlit  dengan  jumlah  butir  ferit  lebih banyak  dari  butir  perlit.  Perbandingan  jumlah  buntir  ferit  dan  perlit  tersebut  sesuai  dengan  jumlah  kadar  karbon  yang  terkandung dalam  baja  karbon  rendah  tersebut. Semakin  banyak  jumlah  kadar  karbon  semakin  sedikit  jumlah  butir ferit  dan  semakin  banyak  butir  perlitnya.

 

Pada  baja  karbon  rendah  jika  dipanaskan  hanya  sampai temperatur  dibawah  temperatur  krisis  A1,  maka  belum  tampak adanya  perubahan  struktur  mikro.  Dalam  struktur  mikro  masih terlihat  butir  ferit  dan  perlit.  Tetapi  bila  pemanasan  dilanjutkan hingga  tepat  pada  temperatur  kritis  A1,  maka  perlit  akan mengalami  reaksi  eutektoid.  Dimana  butir  ferit  dan  sementit  dari perlit  akan  bereaksi  menjadi  austenit.Reaksi  eutektoid  pada  saat  pemanasan :

 

  austenit

 

Reaksi  autektoid  ini  berlangsung  pada  temperatur  konstan dan  temperatur  tidak  akan  naik  sebelum  reaksi  eutektoid  selesai atau  seluruh  ferit  dan  sementit  didalam  perlit  habis  menjadi austenit.  Setelah  perlit  habis  dan  mulai  terjadi  kenaikan  temperatur,  maka  ferit – preutektoid  akan  mulai  mengalami transformasi  allotropik,  ferit  yang  mempunyai  bentuk  struktur kristal  BCC  (body  centre  cubic)  akan  berubah  menjadi  austenit yang  FCC  (face  centre  cubic).  Transformasi  ini  berlangsung bersamaan  dengan  naiknya  temperatur.  Makin  tinggi  temperatur pemanasan  makin  banyak  ferit  yang  bertransformasi  menjadi austenit.  Tranformasi  dari  ferit  ke  austenit  selesai  ditunjukan  pada garis  A3,  jadi  diatas  A3  struktur  yang  terjadi  adalah  austenit dengan  bentuk  kristal  FCC  (face  center  cubic).

 

 

 

Gambar  2 – 8  :  Diagram  fasa  Fe – Fe3C

 

 

 

Difusi

 

            Difusi  karbon  terjadi  karena  atom  bergerak  ke dalam material  secara  penyisipan  (interstisi)  di  batas  butir. Laju difusi tergantung pada jenis atom yang berdifusi, jenis atom tempatdifusi berlangsung dan  ditentukan  oleh  koefisien  difusi.  Dan koefisien  difusi  tergantung  pada  temperatur,  makin  tinggi temperatur  makin  besar  pula  difusi  yang  berlangsung.Jarak  tempuh  difusi  akan  tergantung  pada  lamanya waktu  yang  tersedia  untuk  berlangsungnya  difusi.  Pada  daerah suhu  austenit  atom – atom  besi  menyusun  diri  menjadi  bentuk kristal  FCC.  Dan  struktur  kristal  FCC  ini  mempunyai  bentuk kristal  FCC.  Dan  struktur  kristal  FCC  ini  mempunyai kemampuan  melarutkan  karbon  yang  lebih  besar  daripada  logam dengan  struktur  kristal  BCC  karena  kecuali  struktur  kristal  FCC mempunyai  kerapatan  atom  lebih  besar  daripada  BCC,  juga karena  pengaruh  temperatur.  Bila  suhu  atau  temperatur  naik, atom – atom  bergerak  dengan  energi  yang  lebih  besar  sehingga  atom  mampu  untuk  pindah  dari   tempatnya.

 

 

 

 

 

Gambar  2 – 9  :  Bentuk  Struktur  Kristal  BCC

 

 

 

 

 

Gambar  2 – 10  :  Bentuk  Struktur  Kristal  FCC

 

            Jadi  bila  karbon  ditambahkan  kedalam  besi,  karena atom  karbon  sangat  kecil  dibandingkan  atom  besi,  maka  atom - atom  karbon  akan  terdistribusi  pada  ruangan  disela – sela  antara atom – atom  besi  atau  disebut  larutan  padat  interstisi.Kelarutan  karbon  pada  proses  case  hardening  yaitu pada  temperatur  pemanasan  825 0C – 925 0C  akan  mencapai maksimum  ditujukan  oleh  garis  Acm.  Bila  kadar  karbon  yang dilarutkan  melebihi  batasan  maksimum,  maka  akan  terbentuk  fasa  lain  yaitu  austenit  +  sementit  (Fe3C).

 

 

 

 

 

Grafik  2 -  11  :  Grafik  hubungan  waktu  dengan  kedalaman  difusi

 

Untuk  mengetahui  kadar  karbon  dari  hasil  difusi  pada kedalaman  x  dapat  diketahui  dengan  menggunakan  rumus :

 


 

 

 

dimana           Cx       =  kadar  karbon  material  pada  kedalaman  x

 

                        C0        =  kadar  karbon  spesimen

 

                        C1        =  kadar  karbon  permukaan  spesimen

 

                        x          =  kedalaman  diffusi  karbon  (cm)

 

                        D         =  koefisien  diffusi  karbon  (cm2/s)

 

                        t           = waktu (holding time) (s)

 

                        erf        = fungsi error (error function) (tabel)

 

harga  koefisien  diffusi  dicari  dengan  cara :

 

 

 

Dimana           :           D0        =   faktor  frekuensi  (cm2/s)  (tabel)

 

                                    Q         =  energi  aktivasi  (cal/mol/K)  (tabel)

 

                                    T          =  temperatur  pemanasan  (0K)

 

                                    R         =  konstanta  gas  (1,987 cal/ mol)

 

Transformasi  Fase  Pada  Saat  Pendinginan

 

            Dalam  suatu  proses  perlakuan  panas,  setelah  pemanasan  mencapai  temperatur  yang  ditentukan  dan  diberi  waktu  penahanan  panas  (Holding  time)  secukupnya  maka  dilakukan  pendinginan  dengan  laju  tertentu.  Struktur  mikro  yang  terjadi  setelah  pendinginan  akan  tergantung  pada  laju  pendinginan.  Karena  sifat  mekanik  dari  baja  setelah  akhir  suatu  proses  perlakuan  panas  akan  ditentukan  oleh  laju  pendinginan.Transformasi  austenit  pada  pendinginan  memegang  peranan  penting  terhadap  sifat  dari  baja  karbon.  Austenit  dari  baja  hypoutektoid  bila  didinginkan  secara  lambat  pada  temperatur  A3  mulai  membentuk  inti  kristal  austenit.  Transformasi  ini  terjadi  karena  perubahan  allotropik  dari  besi  gamma  (austenit)  ke  alpha  (ferrit).  Karena  ferit  hanya  dapat  melarutkan  karbon  dalam  jumlah  yang  sangat  kecil  maka  kandungan  karbon  dalam  austenit  akan  semakin  besar  bila  ferit  yang  tumbuh  banyak  (dengan  makin  turunnya  temperatur).  Besarnya  kandungan  karbon  dalam  temperatur  kritis  A3,  sehingga  pada  saat  temperatur  mencapai  temperatur  kritis  A1,  komposisi  austenit  sama  dengan  komposisi  eutektoid  dan  pada  waktu  itu  austenit  berdeformasi  menjadi  perlit.

 

            Tumbuhnya  perlit  diawali  dengan  tumbuhnya  inti  sementit  pada  batas  butir  austenit.  Untuk  tumbuhnya  sementit  diperlukan  sejumlah  besar  karbon  yang  akan  diperoleh  dari  austenit  sekitarnya. Sehingga  austenit  disekitar  sementit  miskin  karbon  dan  menjadi  ferit.  Perpindahan  atom  ini  berlangsung  secara  difusi,  oleh  karena  itu  memerlukan  waktu  yang  cukup.Pada  proses  case  hardening  bila  austenit  didinginkan  secara  cepat,  maka  transformasi  sementit  (karbida  besi)  tidak  terjadi  dan  produk  transformasi  austenit  akan  berubah  menjadi  fasa  baru  yang  dikenal  sebagai  bainit  dan  martensit.  Bainit  terbentuk  bila  austenit  didinginkan  dengan  cepat  hingga  mencapai  temperatur  tertentu.  Transformasi  bainit  ini  disebabkan  sebagian  karena  proses  difusi  dan  sebagaian  lagi  karena  proses  tanpa  difusi.

 

 

 

Gambar  2 – 12  :  Kurva  Pendinginan

 

 

 

            Martensit  dapat  terjadi  bila  austenit  didinginkan  cepat  sekali  hingga  temperatur  dibawah  temperatur  pembentukan  bainit.  Martensit  terbentuk  karena  transformasi  tanpa  difusi.  Keadaan  ini  menimbulkan  distorsi  dan  kekerasan  yang  terjadi  sangat  tergantung  pada  kadar  karbon.

 

 

 

 

 

Gambar  2 – 13  :  Bentuk  Struktur  Kristal  BCT

 

 

 

Pengujian  Kekerasan

 

            Disini  penguji  memakai  pengujian  kekerasan  berdasarkan deformasi  permanen  atau  deformasi  plastis  akibat  beban  statis Vickers.  Pada  pengujian  vickers  ini  digunakan  indikator  intan  yang berbentuk  piramid  dengan  sudut  1360.  Angka  kekerasan  vickers adalah  beban  dibagi  dengan  luas  indentasi  yaitu 

 

 

 

dimana :          HV       = Angka kekerasan Vickers (kg/mm2)

 

                        P          = Beban sebesar 30 kg

 

                        A          = Luas Indentasi (mm2)

 

  d           = Diagonal rata-rata (mm)

 

 

 

 

 

Gambar  2 – 14  :  Pengujian  Vickers

 

 

 

Keuntungan  dari  metode  pengujian  Vickres  :

 

a. Dengan  benda  penekan  yang  sama  baik  kekerasan  bahan  yang  keras  maupun  yang  lunak  dapat 

 

    diketahui  hasilnya. 

 

b. Penekanan  yang  kecil  (kira – kira  0,5 mm)  pada  benda  kerja  yang  harus  diukur,  hanya 

 

     menyebabkan  kerusakan  kecil  saja.

 

c.  Penentuan  kekerasan  pada  benda  kerja  tipis  adalah  dengan  memilih  gaya  yang  kecil.

 

 

 

Sedangkan  kerugian – kerugian  dari  metode  pengujian  Vickers  adalah  :

 

a. Bahan – bahan  tidak  homogen  (sejenis),  seperti  besi  tuang  dan  perunggu  tidak  dapat  dipertanggung 

 

    jawabkan  untuk  diukur  dengan  metode  Vickers.

 

b. Dibandingkan  dengan  pengukuran  kekerasan  menurut  Rockwell,  metode  ini  cukup  memakan  waktu

 

    lama  karena  adanya  dua  penanganan  yang  terpisah  yaitu  pelaksanaan  indentasi  dan  pengukuran.

 

c. Permukaan  benda  uji  harus  benar – benar  halus,  sehubungan  dengan  penekanan  yang  sangat  kecil.

 

 

 

3. METODE  PENELITIAN

 

Pada  penelitian  ini  penulis  meneliti  tentang  pengaruh  penahanan  waktu  pemanasan  (holding  time)  terhadap  kekerasan  baja  karbon  rendah  pada  proses  karburasi  dengan  menggunakan  media  padat.  Jadi  penahanan  waktu  pemanasan  dan  media  pendinginan  dibuat  bervariasi  dengan  tujuan  untuk  mengetahui  sejauhmana  pengaruh  terhadap  kekerasan  yang  dihasilkan.

 

 

 

Alur  Penelitian

 

Dalam melakukan  penelitian  dibutuhkan  alat–alat  antara  lain :

 

a. Material  Benda  uji.

 

Material  atau  spesimen  yang  digunakan  adalah  baja  karbon  rendah  perupa  plat  strip.

 

Komposisi  kimia  :

 

 

 

a. Kawat , berfungsi  sebagai  pengikat  benda  uji  agar  memudahkan  dalam  pengambilan  dari  kotak

 

   sementasi  pada  waktu  proses  pendinginan. 

 

b. Bubuk  karbon  (arang  kayu)  dan  bubuk  barium  karbonat.

 

c. Kotak  sementasi  (kotak  karbon)

 

  

 

gambar  3 – 2  :  Kotak  Sementasi

 

 

 

Kotak  sementasi  harus  memiliki  karakteristik  sebagai  berikut  :

 

·         Harus  rapat  sehingga  tidak  memungkinkan  adanya  kebocoran  dari  gas  yang  terbentuk.

 

·         Tahan  suhu  tinggi  untuk  waktu  yang  relatif  lama.

 

·         Sesuai  untuk  bentuk  dan  ukuran  benda  kerja  yang  akan  diproses.

 

·         Memiliki  sifat  mekanik  yang  memadai  sehingga  tidak  terjadi  perubahan  bentuk  pada  sat  mengalami  pemanasan  pada  waktu  yang  cukup  lama.

 

·         Relatif   ringan.

 

Biasanya  bahan  Sementasi  dibuat  dari  :

 

·       Baja  Cr – Ni

 

·       Bahan  ini  harganya  relatif  mahal,  tetapi  bahan  ini  sangat  stabil  pada  suhu  yang  tinggi  serta

 

     relatif  ringan.

 

·       Baja  lunak,  murah  tetapi  masa  pakainya  singkat.

 

·       Besi  cor,  relatif  tebal  (rata – rata  diatas  10  mm)  agar  masa  pakainya  menjadi  panjang.

 

d. Penjepit

 

     Berfungsi  untuk  pengambilan  kotak  karbon  dari  tungku  dan  benda  uji  dari  kotak  karbon.

 

 

 

 

 

Gambar  3 – 3  :  Penjepit

 

 

 

e. Open  listrik, berfungsi  untuk  memanaskan  benda  kerja  dengan  temperatur  stabil  atau  tetap.

 

f.  Alat  Pengujian  kekerasan, menggunakan  alat  uji  kekerasan  vickers.

 

g.  Kertas  gosok  besi , berfungsi  untuk  menggosok  benda  uji  supaya  halus.

 

 

 

Perencanaan  Penelitian

 

            Adapun  perencanaan  penelitian  yang  dilakukan  adalah  sebagai  berikut  :

 

a. Persiapan

 

            Sebelum  proses  pemanasan  dimulai,  pertama – tama  yang  harus  dilakukan  adalah  memberi  tanda  terhadap  benda  uji.  Hal  tersebut  dilakukan  karena  proses  karburasi  untuk  satu  benda  uji  dengan  benda  uji  yang  lainnya  mempunyai  perlakuan  yang  berbeda.

 

Tanda  yang  diberikan  adalah  :

 

 

 

Tanda  Spesimen

Waktu  Penahanan

(Holding  Time)

Media  Pendinginan

 (Quenching)

A1

A2

B1

B2

C1

C2

15  Menit

15  Menit

30  Menit

30  Menit

50  Menit

50  Menit

Oli

Oli

Oli

Oli

Oli

Oli

 

 

Z

 

Tanpa  proses  perlakuan  panas

 

 

 

 

Kotak  sementasi  diisi  dengan  bubuk  karbon  dan  BaCO3  dengan  perbandingan  60 %  bubuk  karbon  dan  40 %  BaCO3.Spesimen  sebelum  dimasukkan  ke  kotak  sementasi  harus  diikat  dahulu  dengan  kawat.

 

 

 

 

Gambar  3 – 4  :  Pengikatan  spesimen  dengan  kawat

 

 

 

b. Pemanasan

 

Oven  dihidupkan,  kemudian  kotak  sementasi  dimasukkan  dan   temperatur  diatur  8750 C.  Proses  pemanasan  dilakukan  3  kali  tiap  2  spesimen  sesuai  dengan  penahanan  waktu  pemanasan  yang  telah  ditentukan pada  benda  uji  tersebut  yaitu  :

 

Proses pemanasan I  :Benda  uji  A1  dan  A2,  waktu penahanan temperatur 15 menit.

 

 

 

Gambar  3 – 5  :  Grafik  Proses  Pemanasan  I

 

 

 

Proses pemanasan II: Benda  uji  B1  dan  B2,  waktu penahanan temperatur 30 menit.

 

 

 

Gambar  3 – 6  :  Grafik  Proses  Pemanasan  II

 

 

 

Proses pemanasan III   :  Benda  uji  C1  dan  C2,  waktu penahanan temperatur 50 menit

 

 

 

 

 

Gambar  3 – 7  :  Grafik  Proses  Pemanasan  III

 

 

 

a.   Pendinginan

 

            Pendinginan  dilakukan  setelah  waktu  penahanan   temperatur  tercapai   dengan   cara   langsung   dari

 

media  karburasi  (Dirrect Quenching).  Media  pendinginan  mengunakan  Oli  SAE  20 – 50

 

b.  Proses  Permesinan

 

            Setelah  pendinginan  dilakukan  dan  spesimen  telah  menjadi   dingin  dengan  suhu  kamar,  pada  salah  satu  sisi  dari  spesimen  tersebut  dilakukan  proses  permesinan  yaitu  dengan  menyekrap / memakan  setebal  1 – 2  mm. Pada  saat  menyekrap  suhu  benda  kerja  dijaga  agar  tidak  sampai  panas  karena  bisa  mengakibatkan  perubahan  kekerasan  akibat  panas  yang  ditimbulkan.  Sedangkan  tujuan  dari  penyekrapan  adalah  untuk  mengetahui  kekerasan  dari  bagian  pinggir  yang  telah  dikaburasi,  bagian  dalam  dan  untuk  mengetahui  ketebalan  difusi  karbon.

 

c.  Proses  Penggosokan  (Grinding)

 

            Sebelum  proses  penggosokan,  spesimen  dimasukkan  kedalam pipa  yang  telah  diisi  dengan  dempul  besi.  Tujuan  dalam  hal  ini  adalah  agar  nantinya  pada  waktu  penggosokan  spesimen benar – benar  halus,  siku  dan  rata.  Jika  tidak  rata,  hasil  dari pemotretan  pada  bagian  yang  tidak  rata  akan  kabur  atau  jelek.

 

 

 

 

 

Gambar  3 – 8  :  Benda  uji  dalam  pipa  yang  didempul

 

 

 

Penggosokan  benda  uji  pada  bagian  yang  telah  disekrap  tadi  kemudian  dilakukan  secara  bertahap.  Penggosokan  dilakukan  dengan  kertas  gosok  besi  (amplas  kertas)  dengan  dimulai  dari  grid  yang  paling  kasar  sampai  yang  paling  halus  yaitu  :  120,  180,  240,  320,  360,  400,  600,  800,  1000,  1200.   Proses  pengososkan  harus  teratur  sesuai  dengan  arah  agar  dicapai  kehalusan  yang  baik.

 

d. Proses  Pemolesan  (Polishing)

 

            Proses  polishing  dilakukan  apabila  proses  penggosokan  telah selesai.  Spesimen  dicuci  dengan  air  dan  alkohol  yang selanjutnya  dikeringkan  dengan  lap  kering.  Pada  proses polishing  ini  spesimen  digosok  pada  kain  yang  halus  yang diletakkan  pada  piringan  yang  berputar,  selama  penggosokan kain  ditaburi  dengan  polishing  powder  yaitu  serbuk  alumia (pasta  alumia).  Proses  polishing  ini  selesai  apabila  bekas goresan - goresan  akibat  penggosokan  telah  hilang  sehingga spesimen  menjadi  halus  dan  mengkilat,  lalu  spesimen  dicuci dengan  air  dan  alkohol  kemudian  dikeringkan.

 

e. ETSA

 

            Proses  ini  dilakukan  dengan  cara  mencelupkan  permukaan  benda  uji  pada  larutan  kimia  guna  memperjelas  penglihatan  struktur  mikro  pada  mikroskop  dan  waktu  pencelupannya  juga  harus  relatif  singkat.  Karena  komposisi  dan  struktur  permukaan  heterogen  maka  kelarutan  pada  permukaan  heterogen  maka  kelarutan  pada  permukaan  spesimen  menjadi  tidak  sama,  daerah  yang  mudah  melarutkan  larutan  kimia  akan  tampak  lebih  dalam  sehingga  akan  tampak  lebih  gelap.Larutan  esta  yang  digunakan  adalah  nikel  2 %,  yang  terdiri  dari  2 %  HNO3  dan  98 %  alkohol.  Pencelupan  dilakukan  kurang  lebih  3  detik  pada  temperatur  kamar.Proses  esta  selesai  setelah  benda  uji  diletakkan  dibawah  mikroskop,  terlihat  struktur  mikro  dengan  jelas.

 

f.  Pengukuran  Tebal  Difusi  Karbon

 

            Pengukuran  dilakukan  dengan  menggunakan  alat  mikro  hardness  tester.  Benda  uji  setelah  diesta  bila  diletakkan  dibawah  mikroskop  pada  mikro  hadrness  tester  akan  terlihat  ketebalan  difusi  karbonnya.  Sehingga  pengukuran  ketebalan  difusi  karbon  dapat  dilakukan  karena  didalam  lensa  okuler  mikroskop  terdapat  skala  pengukuran  dalam  mikron  meter  (1/1000 mm).Adapun  pembesaran  total  dari  mikroskop  yang  dipakai  adalah  400 X  terdiri  dari  pembesaran  lensa  okuler  10 X  dan  pembesaran  lensa  obyektif  40 X.

 

 

 

 

 

Gambar  3 – 9  :  Skala  Pengukuran  pada  lensa  okuler

 

 

 

g. Pengujian  Kekerasan

 

            Pengujian  yang  digunakan  adalah  dengan  metode  pengujian kekerasan  vickers.  Pengujian  ini  dilakukan  pada  2  bagian  yaitu bagian  penampang  luasan  (a)  dan  salah  satu  sisi  permukaan (b).

 

 

 

Gambar  3 – 10  :  Penampang  dan  Permukaan  Benda  Uji

 

 

 

Pengujian  kekerasan  dilakukan  pada  tahap  terakhir  dengan maksud  agar  diperoleh  hasil  yang  akurat,  karena  permukaan benda  uji   sudah  rata,  halus  dan  bersih  pada  bagian  penampang  luasannya  dan  sisi  permukaannya. 

 

Sedangkan  pada  bagian  sisi  permukaannya  dilakukan  penggosokan  terlebih  dahulu  untuk  menghilangkan  oksidasi  yang  timbul.  Setelah  benda  uji  bersih  baru  dilakukan  pengujian  kekerasan  :

 

Ø  Spesimen  diklem  pada  penjepit  benda  kerja  dan  diusahakan  agar  didapatkan  permukaan  yang  benar – benar  horizontal.  Penjepit  benda  kerja  ini  dapat  bergerak  melingkar  360 0 ,  sehingga  dapat  bergerak  dengan  kemiringan  seperti  yang  kita  inginkan.  Setelah  didapatkan  permukaan  yang  benar – benar  horizontal  baru  klem  tersebut  dikeraskan.

 

Ø  Spesimen  diletakkan  pada  meja  pengujian  kemudian  Penetrator   dipasang  berupa  prisma  intan  dengan  sudut  136 0.

 

Ø  Penyetelan  beban  awal  10  kg  sampai  beban  utama  30 kg.

 

Ø  Meja  pengujian  dinaikkan  hingga  spesimen  menekan  indikator  sampai  beban  10  kg.

 

Ø  Pengujian  kekerasan  pada  penampang  dilakukan  dengan  jarak  yang  teratur  mulai  dari  permukaan  yaitu  ± 0,3  mm,  0,6  mm dan  seterusnya  hingga  permukaan  pada  bagian  bawah,  dan  penekanan  dilakukan  secara  berurutan  atau  diagonal.  Sedangkan  pada  permukaan  benda  uji  dilakukan  secara  acak.

 

Ø  Setelah  pembebanan  awal  10  kg,  beban  utama  30  kg  ditekan  dengan  menggerakkan  tuas.  Pada  skala  pembebanan  terlihat  jarum  bergerak  sampai  berhenti.  setelah  berhenti  dibiarkan  selama  15  detik,  kemudian  beban  dihilangkan.

 

Ø  Kemudian  mengukur  diagonal  hasil  indikator  prisma  tersebut.

 

Ø  Setelah  diketahui  diagonal  rata - rata,  kekerasan  vickers  didapat dengan  rumus  :

 


 

dimana :             P          = Gaya penekanan (kg)

 

                              d          = Diameter tapak tekan (mm)

 

 

dimana  rumus  tersebut  didapat  :

 

 

 

 

 

 

luas  bidang  segitiga  dari  prisma ,

 

v  Luas  1  bidang  (A),

 

A       =      ½   .   a    .    t

 

Dimana  :

 

 

 

  sehingga  :

 

 

 

 

 

karena  a2  =  ½  d2   maka  :

 

 

 

 

 

 v  Luas  4  bidang  (prisma)  :

 

 

 

sehingga  :

 

 

 

 

 

maka  rumus  kekerasan  Vickers  didapat  :

 

 

 

 

 

 

 ALUR  PROSES  KARBURASI

 

 

 

 

 

 

 

DATA  DAN  PEMBAHASAN

 

            Dari  pengujian  yang  dilakukan  terhadap  baja  karbon  rendah,  dengan  adanya  proses  perlakukan  panas  maka  didapat  hasil  yaitu  berupa  perubahan  sifat  mekanis  dari  benda  uji.

 

 

 

Hasil  Pengujian  Kekerasan

 

            Dalam  pengujian  ini  pengambilan  data  kekerasan  dilakukan  pada  :

 

a.  Permukaan  dan  penampang  benda  uji  sebelum  dilakukan  case  hardening  (perlakuan  panas).

 

b. Pada  permukaan  dan  penampang  benda  uji  setelah  mengalami  proses  perlakuan  panas  (case  hardening)  dengan  metode karburasi (pack  carburising).Pengujian  kekerasan  pada  permukaan  spesimen  dilakukan  secara  acak  pada  permukaan.  Sedangkan  pada  pengujian  pada  penampang  dilakukan  indentasi  secara  diagonal  dengan  jarak  yang  teratur  dari  permukaan.Sebelum  dilakukan  proses  perlakuan  panas  benda  uji  dilakukan  pengujian  kekerasan  terlebih  dahulu  dengan  :

 

            Pengujian  kekerasan:  HV

 

            Beban                          :  30  kg

 

            Lama  pembebanan    :  15  detik

 

            Penetrator                   :  Intan  (diamond)

 

Pengujian  dilakukan  terhadap  salah  satu  benda  uji  dan  kekerasan  antara  benda  uji  satu  dengan  lainnya  sebelum  pengujian  dianggap  sama.

 

Tabel 4 – 1

 

Data  Hasil  Pengujian  Vickers , sebelum  Proses  Perlakukan  Panas

 

 

No.

Nilai  Diagonal (d)

pada Pengujian  Vickers

Permukaan

Benda  Uji

1

2

3

4

5

0,692

0,667

0,770

0,645

0,723

Penampang

Benda  Uji

1

2

3

4

5

0,679

0,766

0,710

0,751

0,709

 

 

 

Tabel  4 – 2

 

Data  Hasil  Pengujian  Vickers 

 

Setelah  Proses  Perlakukan  Panas Dengan  Penahan  Waktu  15  menit

 

 

No.

Nilai  Diagonal (d)

pada Pengujian  Vickers

A1

A2

Permukaan Benda  Uji

1

2

3

4

5

0,519

0,501

0,520

0,490

0,501

0,501

0,501

0,519

0,504

0,504

Penampang  Benda  Uji

1

2

3

4

5

0,607

0,607

0,619

0,619

0,619

0,599

0,614

0,599

0,599

0,599

 

 

 

Tabel  4 – 3

 

Data  Hasil  Pengujian  Vickers  Setelah  Proses  Perlakukan  Panas

 

Dengan  Penahan  Waktu  30  menit

 

 

No.

Nilai  Diagonal (d)

pada Pengujian  Vickers

B1

B2

Permukaan Benda  Uji

1

2

3

4

5

0,491

0,474

0,474

0,453

0,453

0,474

0,474

0,463

0,463

0,491

Penampang  Benda  Uji

1

2

3

4

5

0,580

0,604

0,604

0,604

0,608

0,574

0,601

0,601

0,601

0,601

 

 

 

 

 

 

 

Tabel  4 – 4

 

Data  Hasil  Pengujian  Vickers  Setelah  Proses  Perlakukan  Panas

 

Dengan  Penahan  Waktu  50  menit

 

 

 

 

No.

Nilai  Diagonal (d)

pada Pengujian  Vickers

C1

C2

Permukaan Benda  Uji

1

2

3

4

5

0,465

0,449

0,427

0,449

0,449

0,458

0,436

0,450

0,458

0,458

Penampang  Benda  Uji

1

2

3

4

5

0,579

0,579

0,579

0,574

0,574

0,573

0,573

0,573

0,576

0,576

 

 

 

Setelah  diketahui  diagonal  (d)  dari  pengujian  Vickers  maka dapat diketahui  nilai  HV.

 

 

 

Tabel  4 – 5

 

Data  Kekerasan  Sebelum  Proses  Perlakuan  Panas

 

 

No.

Nilai  Kekerasan

( HV )

Kekerasan

Rata – rata  ( HV )

Kekerasan

Rata-rata ( HRc)

Permukaan Benda  Uji

1

2

3

4

5

114 , 76

125 , 16

93 , 80

133 , 45

106 , 20

 

 

114 , 67

 

 

 

 

11,4

Penampang  Benda  Uji

1

2

3

4

5

120 , 56

94 , 80

110 , 14

98 , 46

110 , 45

 

 

106 , 88

 

 

 

 

10,6

 

 

 

            Setelah  proses  perlakukan  permukaan  selesai,  maka  dilakukan  pengujian  kekerasan  pada  benda  uji  dengan  menggunakan  pengujian  kekerasan  yang  sama.  Data – data  kekerasan  benda  uji  setelah  mengalami  perlakukan  panas  adalah  sebagai  berukut  :

 

 

 

 

 

Tabel  4 – 6

 

Data  Kekerasan  Setelah  Proses  Perlakukan  Panas

 

Dengan  Penahan  Waktu  15  menit

 

 

 

 

No.

Nilai  Kekerasan

( HV )

Nilai Kekerasan

Rata-rata ( HRc)

A1

A2

A1

A2

Permukaan Benda  Uji

1

2

3

4

5

220 , 84

221 , 70

205 , 53

231 , 56

221 , 70

221 , 70

221 , 70

206 , 56

218 , 84

218 , 84

22

22

20

23

22

22

22

20

21

21

Rata - Rata 

220 , 27

217 , 53

      22

       21

Penampang Benda  Uji

1

2

3

4

5

150 , 73

150 , 73

145 , 20

145 , 20

145 , 20

154 , 91

147 , 42

154 , 91

154 , 91

154 , 91

 

 

15

15

14

14

14

 

 

15

14

15

15

15

 

Rata - Rata

147 , 41

153 ,41

14

15

 

 

 

 

 

 

 

Tabel  4 – 7

 

Data  Kekerasan  Setelah  Proses  Perlakukan  Panas

 

Dengan  Penahan  Waktu  30  menit

 

 

 

 

No.

Nilai  Kekerasan

( HV )

Nilai  Kekerasan

( HRc )

B1

B2

B1

B2

Permukaan Benda  Uji

1

2

3

4

5

230 , 53

247 , 37

247 , 37

270 , 54

270 , 54

247 , 37

247 , 37

258 , 68

258 , 68

230 , 54

23

24

24

27

27

24

24

25

25

23

Rata - Rata

253 , 27

248 , 53

25

24

Penampang Benda  Uji

1

2

3

4

5

165 , 26

152 , 30

152 , 30

152 , 30

150 , 53

168 , 65

154 , 26

154 , 26

154 , 26

154 , 26

 

 

16

15

15

15

15

 

 

16

15

15

15

15

 

Rata - Rata

154 , 54

157 , 14

15

15

 

 

 

 

 

 

 

Tabel  4 – 8

 

Data  Kekerasan  Setelah  Proses  Perlakukan  Panas

 

Dengan  Penahan  Waktu  50  menit

 

 

 

 

No.

Nilai  Kekerasan

( HV )

Nilai  Kekerasan

( HRc )

C1

C2

C1

C2

Permukaan Benda  Uji

1

2

3

4

5

256 , 92

274 , 79

304 , 52

274 , 79

274 , 79

264 , 56

292 , 53

274 , 45

264 , 56

264 , 56

25

27

30

27

27

26

29

27

26

26

Rata - Rata

277 , 16

272 , 13

27

27

Penampang  Benda  Uji

1

2

3

4

5

165 , 59

165 , 59

165 , 59

168 , 83

165 , 59

168 , 86

168 , 86

168 , 86

 167 , 56

168 , 86

 

 

16

16

16

16

16

 

 

16

16

16

16

16

 

 

Rata - Rata

166 , 19

168 , 60

16

16

 

 

 

Dari  data – data  tersebut  diatas  dapat  diketahui  bahwa  pendinginan  benda  uji  satu  dengan  yang  lainnya  berbeda  kekerasannya  (dalam  waktu  tahan  yang  sama).  Dan  penahanan  waktu  yang  lebih  lama  maka  didapat  difusi  karbon  yang  paling  besar  nilainya  dan  juga  kekerasannya  paling  tinggi.  Untuk  lebih  jelasnya  maka  data – data  tersebut  disajikan  dalam  bentuk  grafik.

 


 

Grafik  4 – 1

 

Data  Kekerasan  Setelah  Proses  Perlakuan  Panas

 

Dengan  Penahanan  Waktu  15  menit

 

 

 

 

 

Grafik  4 – 2

 

Data  kekerasan  Setelah  Proses  Perlakukan  Panas

 

Dengan  Penahanan  Waktu  30  menit


 

 

 

Grafik  4 – 3

 

 Data  Kekerasan  Setelah  Proses  Perlakuan  Panas

 

Dengan  Penahanan  Waktu  50  menit

 

 

 

 

 

Difusi  Karbon

 

Hasil  Pengukuran  Ketebalan  Difusi  Karbon

 

            Pengukuran  ketebalan  difusi  karbon  dilakukan  dgn  menggunakan  mikroskop  dari  alat  uji  micro  hardness  tester.  Dan  mikroskop  tersebut  dilihat  seberapa  dalam  hasil  penyebaran  atau  peresapan  karbon  terhadap  benda  uji.  Dan  data  hasil  pengukuran  difusi  tersebut  adalah  sebagai  berikut  :

 

 

 

Tabel  4 – 9

 

Ketebalan  Difusi  Karbon

 

No

Kode

Tepi  1  ( μm )

Tepi  2  ( μm )

Rata - rata

1

2

3

4

5

6

A1

A2

B1

B2

C1

C2

90

92

158

160

200

195

95

95

160

165

202

198

92 , 5

93 , 5

159 , 0

162 , 5

201 , 0

196 , 5

 

Keterangan  :  1  μm    =  1 / 1000  mm

 

 

 

Dari  data  difusi  karbon  tersebut  dapat  diketahui  bahwa  waktu  penahanan  merupakan  faktor  yang  sangat  berpengaruh  terhadap  difusi  karbon  terhadap  benda  uji.  Karena  dengan  semakin  lamanya  penahanan  waktu  maka  semakin  banyak  proses  penyerapan  karbon  yang  terjadi.

 

Hubungan  dari  difusi  karbon  dan  penahanan  waktu  dari  data – data  diatas  dapat  dilihat  dari  grafik  dibawah  ini.

 

 

 

Grafik  4 - 4

 

Hubungan  Difusi  Karbon  Dan  Penahanan  Waktu

 

 

 

 

 

Perhitungan  Kadar  Karbon  Hasil  Difusi

 

            Kadar  karbon  hasil  difusi  pada  batas  maksimum  difusi  karbon  dapat  diketahui  dengan  menggunakan  rumus :

 

 

 

dimana      Cx       =  kadar  karbon  material  pada  kedalaman  x

 

                  C0        =  kadar  karbon  spesimen

 

                  C1        =  kadar  karbon  permukaan  spesimen

 

                  x          =  kedalaman  diffusi  karbon  (cm)

 

                  D         =  koefisien  diffusi  karbon  (cm2/s)

 

                  t           = waktu  (holding time)  (s)

 

                  erf        = fungsi  error  (error  function)  (tabel)

 

 

 

 

 

Gambar  4 – 5

 

Bagian  Difusi  Karbon

 

 

 

harga  koefisien  diffusi  dicari  dengan  cara :

 

 

 

 

 

Dimana     :           D0        =   faktor  frekuensi  (cm2/s)  (tabel)

 

                              Q         =  energi  aktivasi  (cal/mol/K)  (tabel)

 

                              T          =  temperatur  pemanasan  (0K)

 

                              R         =  konstanta  gas  (1,987 cal/ mol)

 

Karena  temperatur  pemanasan  ketiga  proses  adalah  sama  yaitu  8750 C,  maka  harga  koefisien  difusi  karbon  adalah  sama  :

 

D0        =  0 , 21  cm2 / s

 

Q         =  33 , 800  cal / mol / K

 

T          =  8750 C  +  2730 K  =  11480  K

 

 

 

Sehingga  ;

 

 

 

 

 

D         =  0 , 21  cm2 / s  .  exp  [ - 14 , 8 ]

 

D         =  0 , 21  cm2 / s  .  3,74 . 107

 

D         =  7 , 85  . 108  cm2 / s

 

 

 

Tabel  4 – 10

 

Diffusing  Element

Diffusing  Through

D0  cm2 / s

Q  cal / mol

Carbon

α - iron

0 , 0079

18 . 100

Carbon

γ - iron

0 , 21

33 . 800

Nickel

γ - iron

0 , 5

66 . 000

Manganesse

γ - iron

0 , 35

67 . 000

Chromium

α - iron

30 . 000

82 . 000

Chromium

γ - iron

18 . 000

97 . 000

 

Sumber  :  Steel  and  it’s  Heatreatment,  Karl – Erik  Thelning  halaman  25

 

 

 

Tabel  4 – 11

 

 

 

 

 

y

erf (y)

y

erf (y)

0

0 , 000

0 , 8

0 , 742

0 , 1

0 , 112

0 , 9

0 , 797

0 , 2

0 , 223

1 , 0

0 , 843

0 , 3

0 , 329

1 , 2

0 , 910

0 , 4

0 , 428

1 , 4

0 , 952

0 , 5

0 , 521

1 , 6

0 , 976

0 , 6

0 , 604

2 , 0

0 , 995

0 , 7

0 , 678

2 , 4

0 , 999

 

Sumber  :  Steel  and  it’s  Heatreatment,  Karl – Erik  Thelning  halaman  26

 

 

 

 

 

a.    Benda  Uji  kode  A1  dan  A2

 

Diketahui  :  x (rata - rata)  =  93  μm   =  9 , 3  . 10-3  cm

 

                     t   =  15  menit  =  900  detik  (s)

 

                     Co  =  0 , 07 %C    ;   C1  =  0 , 8  %C

 

Ditanya      :  Cx   ?

 

Jawab: 

 

Cx  -  0 , 07  =  0 , 8  -  0 , 07  (1  -  erf  0 , 48)

 

Harga   erf   diperoleh   dari  interpolasi  tabel  4 – 7  pada  harga  y  =  0 , 48  ,  sehingga  didapat  erf  (y)  =  0 , 500

 

Sehingga  :

 

Cx   =  [  0 , 73  .  ( 1  -  0 , 500 ) ]  +  0 , 07

 

Cx   =  0 , 365   +   0 , 07

 

Cx   =  0 , 44  % C

 

 

 

b.    Benda  Uji  kode  B1  dan  B2

 

Diketahui  :  x (rata - rata)  = 160 , 75  μm  =  1 , 6075 .10-2  cm

 

                     t   =  30  menit  =  1800  detik  (s)

 

                     Co  =  0 , 07 %C    ;   C1  =  0 , 8  %C

 

Ditanya      :  Cx   ?

 

Jawab       :

 

 

 

Cx  -  0 , 07  =  0 , 8  -  0 , 07  (1  -  erf  0 , 68)

 

Harga   erf   diperoleh   dari  interpolasi  tabel  4 – 7  pada  harga  y  =  0 , 68  ,  sehingga  didapat  erf  (y)  =  0 , 659

 

Sehingga  :

 

Cx   =  [  0 , 73  .  ( 1  -  0 , 659 ) ]  +  0 , 07

 

Cx   =  0 , 249   +   0 , 07

 

Cx   =  0 , 32  % C

 

 

 

c.    Benda  Uji  kode  C1  dan  C2

 

Diketahui  :  x (rata - rata)  = 198 , 75  μm  = 1 , 9875 . 10-2  cm

 

                     t   =  50  menit  =  3000  detik  (s)

 

                     Co  =  0 , 07 %C    ;   C1  =  0 , 8  %C

 

Ditanya      :  Cx   ?

 

Jawab       :

 

 

 

Cx  -  0 , 07  =  0 , 8  -  0 , 07  (1  -  erf  0 , 65)

 

Harga   erf   diperoleh   dari  interpolasi  tabel  4 – 7  pada  harga  y  =  0 , 65  ,  sehingga  didapat  erf  (y)  =  0 , 630

 

Sehingga  :

 

Cx   =  [  0 , 73  .  ( 1  -  0 , 630 ) ]  +  0 , 07

 

Cx   =  0 , 2701   +   0 , 07

 

Cx   =  0 , 34  % C

 

 

 

Hubungan  difusi  karbon  terhadap  penahanan  waktu  dan  kekerasan  adalah  dengan  lamanya  penahanan  waktu  (holding  time)  maka  kadar  karbon  yang  masuk  kedalam  benda  uji   akan  bertambah  banyak,  sehingga  selain  semakin  dalam  peresapan  karbon,  kadar  karbon  pada  bagian  permukaan  hingga  batas  difusi  berbeda.  Jadi  spesimen  dengan  kode  C ,  mempunyai  kadar  karbon  lebih  besar  terhadap  benda  uji  dengan  kode  1.  untuk  lebih  jelas  lihat  tabel  dibawah  ini  :

 

 

 

Tabel  4 – 12

 

Kadar  Karbon  Pada  Benda  Uji

 

Jarak  dari  Permukaan  m)

Kadar  Karbon  (%C)

Benda  Uji  Kode  A

Benda  Uji  Kode  B

Benda  Uji  Kode  C

25

50

75

93

100

125

150

160 , 75

175

198 , 75

0 , 694

0 , 598

0 , 503

0 , 435

-

-

-

-

-

-

0 , 726

0 , 645

0 , 576

-

0 , 494

0 , 433

0 , 371

0 , 319

-

-

0 , 740

0 , 669

0 , 606

-

0 , 545

0 , 481

0 , 433

-

0 , 377

0 , 340

 

 

 

Grafik  4 – 6

 

Hubungan  Ketebalan  Difusi  Karbon  dan  Kadar  Karbon

 

 

 

 


 

 

Kesimpulan

 

            Setelah  memperoleh  data – data  hasil  pengujian  kekerasan  pada   proses  pengerasan  permukaan  maka  dapat  disimbulkan  bahwa  :

 

a.  Semakin  lama  waktu  penahan  (Holding  Time)  maka  semakin  tebal  difusi  karbon  pada  benda  uji  dan  dengan  adanya  penambahan  unsur  karbon  pada  permukaan  maka  kekerasan  permukaan  benda  uji  bertambah  keras.   Hal  tersebut  dapat  diketahui  dengan  melihat  hasil  perhitungan  kadar  karbon  pada  benda  uji.  Kadar  karbon  yang  tinggi  membuat  permukaan  benda  uji  semakin  keras  dan  getas.

 

b.  Dengan  pendinginan  langsung  dapat  mempengaruhi  kekerasan  permukaan  benda  uji,  hal  tersebut  dapat  diketahui  dengan  melihat  hasil  hasil  kekerasan  benda  uji.  Pada  proses  pengerasan  suatu  material  akan  diperoleh  hasil  yang  maksimal  bila  dicapai  struktur  martensit.  Dan  struktur  martensit  ini  hanya  dapat  dicapai  dari  fase  austenit  yang  didinginkan  dengan  cepat.  Dengan  pendinginan  yang  cepat  dari  temperatur  austenit  nk  diperoleh  bentuk  kristal  BCC  yang  tergeser  menjadi  BCT  akibat  perbedaan  temperatur  yang  tinggi  pada  bahan.

 

 

 

Saran

 

               Karena  keterbatasn  penelitian  ini  maka  diharapkan  pada   penelitian – penelitian  selanjutnya  tentang  proses  perlakuan  panas  lainnya  secara  khusus  dan  secara  umum,  karena  dalam  hal  ini  sangat  berguna  untuk  menambah  dan  memperjelas  pengetahuan  dibidang  Metallurgy.

 

 

 

 

 

DAFTAR  PUSTAKA

 

 

 

Cherly R Books, 1996, Principles of the Heat Treatment of Plain Carbon and LowAlloy    Steels,ASM

 

International

 

 

 

Karl - Erik  Thelning, Steel and its Heat Treatment . , Bofors Handbook,  London,  Cetakan II.

 

 

 

Myrna Ariati  dan Wahyuaji NP, Perlakuan Panas Logam , Departemen Metalurgi and Material Fakultas Teknik             Universitas      Indonesia

 

 

 

Smallman,  R. E.,  Metallurgy  Fisik  Modern .,  Edisi  IV,  Gramedia  Jakarta.

 

 

 

Van  Vlack,  Ilmu  dan  Teknologi  Bahan . ,  Edisi V , Erlangga Jakarta.

 

 

 

Wahid  Suherman,  Perlakuan  Panas . ,  Fakultas  Teknik  Industri  Jurusan  Teknik  Mesin  Institut  10              November  Surabaya.

 

 

 

 

 

catatan

 

-difusi merupakan proses pasif transformasi, didalam proses difusi itu sendiri ada zat tunggal yang mana lebih   

 

  cenderung bergerak dengan sendirinya ke daerah konsentrasi yang lebih tinggi ke yang rendah hingga ke

 

  konsentrasi yang sama.

 

 

 

-BCT adalah  Body Center Tetragonal

 

 

 

 

 

 

 

-energizer adalah penyemangat / motivator / penghubung /mediasi

 

 

Copyright 2019. Powered by Humas. PPPPTK BOE MALANG