4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Timbangan Meja

Timbangan berdasar dari prinsip – prinsip fisika . Fisika adalah

pengetahuan mengenai sifat- sifat benda, sedangkan sifat – sifat benda yang

dapat diukur disebut ― besaran‖, misalnya besaran panjang, massa / berat,

volume, kecepatan, gaya, waktu dan lain – lain.

Ilmu tentang besaran atau ilmu tentang sifat – sifat ukur atau

pengetahuan pengukuran disebut metrologi. Alat untuk mengetahui kuanta

besaran berat dipergunakan alat ukur timbang atau timbangan. Timbangan

adalah suatu alat ukur untuk menentukan massa suatu benda dengan

memanfaatkan gravitasi yang bekerja pada benda tersebut. Sedangkan

menimbang adalah pekerjaan yang dilakukan untuk mengetahui berat atau

massa suatu benda dengan cara membandingkan massa tersebut dengan

massa benda lain yang telah diketahui besarnya dengan menggunakan alat

timbang atau menimbang massa ( H. Ibrahim Tawarys, 1960 ).

Pada konstruksi Beranger atau timbangan meja , bagian tempat anak

timbangan dibuat simetris dengan bagian muatan. Anak timbangan dan

muatan ditaruh diatas daun yang terletak di atas pisau panjang, bukan daun

yang digantungkan. Timbangan meja ini dibuat sama lengan, jadi berat

muatan yang ditimbang sama denagn berat anak timbangan yang ditaruh di

daun yang lain. Dengan perkataan lain berat muatan banding berat anak

timbangan sama dengan satu banding satu seperti pada Gambar 2.1 dibawah

ini

Gambar 2.1 Timbangan Meja ( Arif Eko M, 2013)

5

Tetapi perlu diperhatikan bahwa berat muatan akan sama dengan

berat anak timbangan hanya jika pada muatan nol timbangan tersebut telah

setimbang. Oleh karena itu, untuk mendapatkan hassil yang benar pada

penimbangan, harus dilihat dulu apakah timbangan dalam keadaan tidak

bermuatan telah setimbang atau tidak. Kalau tidak setimbang pada muatan

nol maka harus dibuat setimbang lebih dulu, yaitu dengan cara

menambah/mengurangi timah ditempat yang khusus diadakan yang terletak

dibawah daun tempat anak timbangan. Tempat timah itu disebut alat penyetel

nol ( H. Ibrahim Tawarys, 1960 ).

Timbangan meja dilengkapi dengan piring/daun muatan yang dapat

diangkat. Penggunaanya di atas meja, tidak memelukan tempat yang luas,

oleh karena itu, timbangan meja, termasuk timbangan yagng terbanyak

dipakai oleh pedagang Indonesia ( H. Ibrahim Tawarys, 1960 ).

Timbangan meja banyak menggunakan pisau – pisau dan bantalan,

sehingga pada saat timbangan tersebut bergerak atau berayun ada

kemungkinan terjadinya gesekan diantara keduanya. Oleh karena itu, pisau

dan bantalan harus bertumpu dengan baik, supaya tidak tejadi gesekan –

gesekan. Gesekan – gesekan bagi timbangan meja sangat mempengarui sifat

– sifat timbangannya dari kebenaran, ketetapan, dan kepekaan. Kedudukan

pisau dan bantalan harus di pasang sejajar dan simetris ( H. Ibrahim Tawarys,

1960 ).

Akibat pemakaian dan pemeliharaan yang tidak sempurna dapat

mengakibatkan korosif pada pisau dan bantalan, sehingga pisau menjadi

tumpul. Kalau pisau menjadi tumpul akan menyebabkan terjadinya

perubahan perbandingan jarak –jarak lengan tuas ( tidak lagi sebagai mana

mestiya ) dan hal tersebut akan mempengaruhi kebenaran timbangan (

momen- momen gaya tidak lagi setimbang). Selain itu harus dijaga bahwa

pemasangan komponen – komponen jangan sampai ada yang tertukar,

biasanya untuk komponen – komponen tertentu telah dibubuhi kode. ( H.

Ibrahim Tawarys, 1960 )

6

2.2 Syarat – Syarat Teknik Timbangan Meja

a. Supaya letak kedua daun kokoh dan rata maka kedua daun timbangan

meja harus bertumpu diatas 3 (tiga) titik berupa pisau sebagai mana

Gambar 2.2 dibawah ini

Gambar 2.2 Tiga titik pisau timbangan ( Arif Eko M, 2013)

Pisau – pisau tersebut dibuat rangkap atau umumnya masing – masing

dibuat berupa satu pisau panjang. Ketiga pisau itu letaknya satu sama

lain harus selalu sejajar.

b. Kekuatan menimbang timbangan meja umumnya 3 kg, 5 kg, 10 kg, 15

kg dan 25 kg, yang paling banyak digunakan adalah yang 10 kg. Tulisan

kekuatan menimbangnya diciptakan pada tuas utama.

c. Bak justir penyetel nol pada Gambar 2.3, dibuat sedemikian rupa

sehingga tidak boleh dimasuki benda – benda secara mudah. Oleh

karena itu harus diskrup dengan kuat.

Gambar 2.3 Bak justir penyetel nol ( Arif Eko M, 2013)

bak justir

3 titik pisau

timbangan

7

d. Piring / daun muatan harus terbuat dari bahan yang tahan karat, yaitu

dari bahan kuningan, alumunium atau baja tahan karat seperti pada

Gambar 2.4

Gambar 2.4 Piring atau daun muatan ( Arif Eko M, 2013)

e. pisau – pisau harus tertanam minimal sepertiga dari tingginya

pemasangannya harus kokoh dan tidak boleh ada celah yang kelihatan

antara pisau dan bahan tuas, dan tidak boleh trdapat ganjalan.

f. Dalam penggunaanya, timbangan meja harus selalu diletakkan di tempat

yang datar. ( H. Ibrahim Tawarys, 1960 )

2.3 Bagian – Bagian Timbangan Yang Mudah Aus

pada bagian pisau – pisau dan bantalan seperti pada Gambar 2.5

Gambar 2.5 Bagian Pisau dan Bantalan yang mudah aus ( Arif Eko M, 2013)

Keausan dapat didefinisikan sebagai rusaknya permukaan padatan

(Sanvik Coromant, 2003), umumnya melibatkan kehilangan material yang

progesif akibat adanya gesekan antar permukaan padatan. Keausan bukan

Bantalan

Pisau

8

merupakan sifat dasar material, melainkan respon material terhadap sistem

luar (kontak permukaan). Keausan merupakan hal yang biasa terjadi pada

setiap material yang mengalami gesekan dengan material lain.Keausan bukan

merupakan sifat dasar material , melainkan response material terhadap sistem

luar (kontak permukaan). Material apapun dapat mengalami keausan

disebabkan oleh mekanisme yang beragam. Pengujian keausan dapat

dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik, yang semuanya

bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya

adalah metode Ogoshi dimana benda uji memperoleh beban gesek dari cincin

yang berputar. Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar

permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil

sebagian material pada permukaan benda uji. Besarnya jejak permukaan dari

material tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada

material.

material jenis apapun akan mengalami keausan dengan mekanisme

yang beragam , yaitu keausan adhesive, keausan abrasive, keausanfatik , dan

keausan oksidasi (Sanvik Coromant, 2003). Mekanisme keausan terdiri dari :

1. Keausan adhesive ( Adhesive wear )

Terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih

mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lainnya( adhesive ) serta

deformasi plastis dan pada akhirnya terjadi pelepasan / pengoyakan salah

satu material.

2. Keausan Abrasif ( Abrasive wear )

Terjadi bila suatu partikel keras dari material tertentu meluncur pada

permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau

pemotongan material yang lebih lunak . Tingkat keausan pada mekanisme ini

ditentukan oleh derajat kebebasan partikel keras.

4. Keausan Oksidasi/Korosif ( Corrosive wear )

Proses kerusakan dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material

di permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini

9

menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang

berbeda dengan material induk. Sebagai konsekuensinya, material akan

mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan

material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut.

5. Keausan Erosi ( Erosion wear )

Proses erosi disebabkan oleh gas dan cairan yang membawa partikel

padatan yang membentur permukaan material. Jika sudut benturannya kecil,

keausan yang dihasilkan analog dengan abrasive. Namun, jika sudut

benturannya membentuk sudut gaya normal ( 90 derajat ), maka keausan

yang terjadi akan mengakibatkan brittle failure pada permukaannya.

Untuk meningkatkan kualitas pada pisau - pisau dan bantalan, 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.

Beberapa jurnal yang telah melakukan penelitian penigkatan kualitas

pada baja karbon rendah dengan cara Pack Karburising :

1. Arianto Leman Soemowidagdo dengan judul Sekam Padi Untuk Proses

Pack Karburising, dari hasil penelitan. Baja Karbon Rendah Kekerasan

baja karbon rendah meningkat sebesar 281% dari 122 VHN menjadi 465

VHN setelah dikarburising selama 6 jam dalam media arang sekam padi

yang dilanjutkan dengan quenching dalam air.

2. Pramuko I. Purboputro dengan judul Pengaruh Waktu Penahanan

Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Pada Proses Pengkarbonan Padat Baja

Mild Steel. Temperatur yang digunakan selama proses pengarbonan

berlangsung adalah 925°C dengan vareasi waktu tahan masing-masing 3

jam; 4 jam; 7 jam; 8 jam. didapatkan kenaikan kandungan unsur karbon

untuk masing-masing waktu penahanan. Untuk waktu penahanan 3 jam

kandungan unsur karbon 0,259 % ; 4 jam kandungan unsur karbon 0,352

10

%; 7 jam kandungan unsur karbon 0,505 % ; 8 jam kandungan unsur

karbon 0,808 %.

3. Jusuf Talaperu degangan judul Analisa Komperatif Perubahan Nilai

Kekerasan BajaST 42 Pada Pack Carburizing Dengan Menggunakan

Media Alternatif Penganti Bubuk Karbon Aktif Benda uji diletakkan

dalam media karburasi pada kotak dengan ukuran (20x25x12)cm3.

Dengan perbandingan media padat dan barium karbonat sebesar (60:40)

%.. Proses karburasi dilakukan pada temperatur pemanasan sebesar 925

dengan waktu tahan selama 6 jam. Kemudian dicelupkan kedalam media

berisi oli. Media padat arang tempurung dapt digunakan sebagai

pengganti bubuk karbon aktif. Dengan besar kenaikan nilai kekerasan

terhadap baja ST 42 adalah sebesar 52,88%.

2.4. Material Pisau Timbangan

Bahan yang digunakan untuk pisau adalah Baja Karbon : Kandungan

karbon antara 0,20 ~ 0,30% dengan sejumlah kecil dari silikon, kromium,

mangan, vanadium dan untuk memperbaiki ukuran butir. Kekerasan

maksimal adalah sekitar 62 HRC. Bahan ini memiliki ketahanan aus rendah

dan kekerasan panas rendah. (Marinov, 2012) .

Baja AISI 1035 merupakan salah satu jenis baja karbon menengah

dengan unsur karbon ( C ) 0,35%, silicon (Si) 1,01 %, mangan (Mn) 0,2%

dan Besi (Fe) 90,3 %. Kegunaan baja karbon menengah ini adalah untuk

Medium Strees User, machinery part,nut and bold, shafts, gear, tabung, dan

lembaran. Apilkasi umum dari baja ini adalah untuk besi beton, besi siku dan

besi plat dll. Seperti pada table di bawah ini adalah jenis baja karbon .

Tabel 2.1 Beberapa Jenis Baja Karbon Berdasarkan Klasifikasi (AISI-SAE)

Alloy

AISI-SAE

number

Chemical

composittion

(Wt)

Condition Tenslle

strength

(kal)

(Mpa) Tield

strengt

h (ksl)

(Mpa) Elong

a

ilon,

%

Typical applications

1010 0,10C,0,40

Mn

Hot-rollerd

Cold-rolled

0-60

42-58

76-414

290-400

6-45

23-38

79-310

159-262

8-47

30-45

Sheet and strip for

drawing: wire,rod, and

nails and screws: concrete

reinfarcement bar

11

(ASM handbook vol.1:1993).

Jenis material baja juga ditentukan oleh jumlah kandungan karbon

yang terdapat didalamnya. Oleh sebab itu sebutan lainnya dikenal juga

sebagai baja karbon. Klasifikasi untuk mengelompokan jenis baja menurut

jumlah kandungan karbon dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut ini.

Mengenai komposisi kimia baja karbon bisa dilihat pada Tabel 2.2.

Spesifikasi penggolongan baja karbon berdasar pada sifat, kekuatan,

kekerasan yang dimiliki tingkatan baja karbon serta memperhatikan

komposisi kimia untuk kegunaan mekanik.

Tabel 2.2 : Komposisi Kimia Baja Karbon (Ashby and jones, 1999)

Metal Typical composision

(Wt %)

Typical user

Low – carbon (―Mild) stell Fe: 0,04 – 0,3 C, 0,8 Mn Low- stell user, General

contruktionsl stell, suitable for

welding

Medium – carbon stell Fe: 0,3 – 0,7 C, 0,8 Mn Medium Strees User,

machinery part,nut and bold,

shafts, gear

High carbon stell Fe: 0,7 – 1,7 C, 0,8 Mn High-stress user: springs,

cutting tool, dies

Low – alloy stell Fe: 0,2C, 0,8 Mn, 1Cr, 2Ni High-stress user: pressure

vissels, air craft part

High –alloy (stain lest)

stell

Fe: 0,1C, 0,5Mn, 18Cr,

8Ni

High- temperature or anti

corrotion user chimical or

steam plants

Baja AISI 1035 dengan kandungan karbon 0,35 % termasuk kedalam

kelompok baja karbon menegah (Medium-Carbon Steel). Kelompok baja ini

masih mungkin untuk ditambah kandungan karbonnya, agar meningkat

kemampuannya untuk bisa dikeraskan. Mengingat penggunaannya yang

1020 0,20C,0,45

Mn

As rolled

Annealed

65

57

448

393

48

43

331

297

36

36

Steel plate and struktural

section ; shafts, gears

1040 0,40C,0,45

Mn

As rolled

Annealed

Tempered

90

75

116

621

517

800

60

51

86

414

352

593

25

30

20

Shafts, studs, high-tensitle

lubing, gear

1060 0,60C,0,65

Mn

As rolled

Annealed

Tempered

118

91

160

814

628

110

70

54

113

483

483

780

17

22

13

Spring wire, forging dies,

rollood wheels

1080 0,80C,0,80

Mn

As rolled

Annealed

Tempered

140

89

189

967

614

304

85

54

142

586

373

980

12

25

12

Music wire, helical

springs, cold chisels,

forging die blocks

12

cukup luas untuk banyak komponen konstruksi mesin, termasuk

kemungkinan sebagai material dasar komponen yang membutuhkan sifat

keras dipermukaannya. Pengukuran kekerasan permukaan baja pada

umumnya menggunakan metode Brinell, Vickers dan Rockwell.

2.5. Struktur Logam

Sifat-sifat yang dimiliki logam akan berpengaruh dalam penggunaan

logam, hal inilah yang merupakan dasar dari pemilihan bahan. Sifat-sifat

yang dimiliki setiap logam sangatlah berbeda karena adanya perbedaan

unsur-unsur penyusun serta paduan yang akan membentuk struktur

mikronya. Bentuk geometri dari persenyawaan logam besi dan baja biasanya

berupa kubus, yang tersusun dari atom-atomnya. Bentuk geometris inti

adalah BCC (Body Center Cubic), FCC (Face Center Cubic), HCP

(Hexagonal Close Pocked) Seperti terdapat pada Gambar 2.6 (Arifin, 2006)

.

Gambar 2.6 Bentuk Geometris Kristal Logam (Arifin, 2006)

2.6. Macam-macam struktur logam antara lain:

1. Struktur Austenite

Fase Austenite memiliki struktur atom FCC (Face Centered

Cubic). Dalam keadaan setimbang fase Austenite ditemukan pada

temperatur tinggi. Fase ini bersifat non magnetik dan ulet (ductile) pada

temperatur 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).

13

Perbedaan ini dapat digunakan untuk menjelaskan fenomena

transformasi fase pada saat pendinginan Austenite yang berlangsung

secara cepat. Selain pada temperatur tinggi, Austenite pada sistem

Ferrous dapat pula direkayasa agar stabil pada temperatur ruang. Elemen-

elemen seperti Mangan dan Nikel misalnya dapat menurunkan laju

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

tertentu elemen-elemen tersebut akan menyebabkan Austenite stabil pada

temperatur ruang. Contoh baja paduan dengan fase Austenite pada

temperatur ruang misalnya adalah Baja Hadfield (12% Mg) dan Baja

Stainless 18-8 (8%Ni).

Austenite disebut juga besi gamma (γ) seperti Gambar 2.7

dibawah, fase ini terjadi diatas tempratur 723oC, sifat dari austenite adalah

lunak, tidak magnetis, dan dapat di tempa. Austenite merupakan

pemanasan lanjut dari ferrite dan pearlite (Arifin, 2006)

Gambar 2.7 Struktur austenite (Arifin, 2006)

2. Struktur Ferrite

Ferrite adalah fase larutan padat yang memiliki struktur BCC

(body centered cubic). Ferrite dalam keadaan setimbang dapat ditemukan

pada temperatur ruang, yaitu alpha-ferrite atau pada temperatur tinggi,

yaitu delta-ferrite. Secara umum fase ini bersifat lunak (soft), ulet

(ductile), dan magnetik (magnetic) hingga temperatur tertentu, yaitu T

curie. Kelarutan karbon di dalam fase ini relatif lebih kecil dibandingkan

dengan kelarutan karbon di dalam fase larutan padat lain di dalam baja,

yaitu fase Austenite.

14

Pada temperatur ruang, kelarutan karbon di dalam alpha-ferrite

hanyalah sekitar 0,05%. Berbagai jenis baja dan besi tuang dibuat dengan

mengeksploitasi sifat-sifat ferrite. Baja lembaran berkadar karbon rendah

dengan fase tunggal ferrite misalnya, banyak diproduksi untuk proses

pembentukan logam lembaran. Dewasa ini bahkan telah dikembangkan

baja berkadar karbon ultra rendah untuk karakteristik mampu bentuk yang

lebih baik. Kenaikan kadar karbon secara umum akan meningkatkan sifat-

sifat mekanik ferrite sebagaimana telah dibahas sebelumnya. Untuk

paduan baja dengan fase tunggal ferrite, faktor lain yang berpengaruh

signifikan terhadap sifat-sifat mekanik adalah ukuran butir.

Struktur ferrite sering juga disebut besi alpha (α) seperti Gambar

2.8 dibawah yang merupakan larutan karbon pada besi murni, fase ini

terjadi pada tempratur 723oC ≥ 910

oC. kandungan C sebesar 0.025, sifat

dari baja ini adalah lunak, ulet, magnetis dan baik untuk di tempa.

.

Gambar 2.8 Struktur ferrite pada baja lunak (Arifin, 2006)

3. Struktur Cementite

Cementite atau carbide dalam sistem paduan berbasis besi adalah

stoichiometric inter metallic compund Fe3C yang keras (hard) dan getas

(brittle). 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-

15

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, dikenal sebagai lintasan Ferrite rata-

rata (Ferrite Mean Path), adalah parameter penting yang dapat

menjelaskan variasi sifat-sifat besi baja. Variasi sifat luluh baja diketahui

berbanding lurus dengan logaritmik lintasan ferrite rata-rata.

Cementite disebut juga karbid besi atau Fe3C, Struktur Cementite

adalah struktur yang sifatnya sangat keras, yang mengandung 6.67% C.

sifat dari besi ini adalah keras, rapuh dan magnetis sampai pemanasan

pada suhu 210oC. (Arifin, 2006). Struktur sementite seperti pada Gambar

2.9 berikut:

Gambar 2.9 Struktur sementite pada baja karbon tinggi (Arifin, 2006)

4. Struktur Pearlite

Struktur pearlite adalah struktur yang terbentuk karena

persenyawaan antara struktur ferrite dan struktur cementite yang

seimbang, Struktur pearlite jika dipanaskan sampai suhu 723 oC akan

berubah menjadi struktur austenite. Sifat dari pearlite adalah keras, dan

lebih kuat dari pada ferrite, tetapi kurang ulet, dan tidak magnetis.

Struktur pearlite seperti terdapat pada Gambar 2.10 berikut:

16

Gambar 2.10 Struktur pearlite pada baja karbon rendah (0,25% C) (Arifin,

2006)

5. Sruktur martensite

Struktur martensite sifatnya sangat keras dengan susunan

kristalnya berbentuk kubus pusat tetragonal (BCT). Sruktur martensite

seperti terlihat pada Gambar 2.11 dibawah ini.

Gambar 2.11 Struktur Martensite Pada Baja Karbon (Arifin, 2006)

2.7 Baja

Besi atau baja dihasilkan dari campuran antara besi (Fe) dan elemen

pemadu, elemen pemadu utama besi atau karbon adalah karbon (C) dan juga

ditambahkan unsur-unsur lain (S, P, Mg, Si, dll), namun unsur-unsur ini

hanya dalam prosentase yang kecil. Kandungan karbon di dalam baja sekitar

0,1% sampai 1,7%, sedangkan unsur lainnya dibatasi oleh prosentasenya

(Amanto, 2003).

17

2.7.1 Klasifikasi Baja Karbon

Menurut persentase karbonya baja komersial diklasifikasikan

menjadi 3 jenis yaitu:

1. Baja karbon rendah

Baja ini disebut baja ringan (Mild Steel) atau baja perkakas,

baja ini bukan baja yang keras karena kandungan karbonya rendah

yaitu kurang dari 0.3%. Baja ini dapat dijadikan mur, baut, ulir

skrup dan lain-lain. Baja jenis karbon rendah mempunyai sifat tidak

terlalu keras, cukup kuat, ulet, mudah dibentuk dan ditempa, tetapi

karena kurangnya kadar karbon maka tidak dapat disepuh keras.

(Amanto, 2003).

2. Baja karbon sedang

Baja karbon sedang merupakan baja dengan kandungan

karbon 0,3–0,6%, cukup keras dibandingkan dengan baja karbon

rendah. Baja ini memungkinkan untuk dikeraskan sebagian dengan

pengerjaan panas (heat treatment) yang sesuai. Baja karbon sedang

digunakan untuk roda gigi, poros engkol, sekrup dan sebagainya.

(Amanto, 2003).

3. Baja karbon tinggi

Baja karbon tinggi mempunyai kandungan karbon 0,6–1,5%,

baja ini sangat keras namun keuletannya rendah, biasanya

digunakan untuk alat potong seperti gergaji, pahat, kikir, pegas dan

lain sebagainya. Karena baja karbon tinggi sangat keras, maka jika

digunakan untuk produksi harus dikerjakan dalam keadaan panas.

(Amanto, 2003).

2.8 Pengaruh Unsur Paduan Terhadap Baja

Baja yang hanya mengandung unsur C tidak akan memiliki sifat

seperti yang diinginkan, dengan penambahan unsur-unsur paduan seperti Si,

Mn, Ni, Cr, V, W, dan lain sebagainya dapat menolong untuk mencapai sifat-

sifat yang diinginkan (Amanto, 2003).

18

Penambahan beberapa unsur paduan spesifikasi terhadap sifat baja

antara lain (Amanto, 2003) :

a. Unsur Silikon (Si)

Silikon merupakan unsur paduan yang ada pada setiap baja dengan jumlah

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

tarik dan menurunkan kecepatan pendinginan kritis (laju pendinginan

minimal yang dapat menghasilkan 100% martensite)

b. Unsur Mangan (Mn)

Unsur Mangan dalam proses pembuatan baja berfungsi sebagai deoxider

(pengikat O2) sehingga proses peleburan dapat berlangsung baik. Kadar

Mn yang rendah dapat menurunkan kecepatan pendinginan kritis.

c. Nikel (Ni)

Nikel memberi pengaruh sama seperti Mn yaitu menurunkan suhu kritis

dan kecepatan pendinginan kritis. Ni membuat struktur butiran menjadi

halus dan menambah keuletan.

d. Unsur Krom (Cr)

Unsur krom meningkatkan kekuatan tarik dan keplastisan, kekerasan,

mungurangi korosif dan tahan suhu tinggi.

e. Unsur Vanadium (V) dan Wolfram (W)

Unsur Vanadium dan Wolfram membentuk karbida yang sangat keras dan

meningkatkan keekrasan baja, kemampuan potong dan daya tahan panas,

untuk pahat potong dengan kecepatan tinggi.

2.9 Pengerasan Permukaan

Pengerasan permukaan disebut juga case hardening, dapat juga

dikatakan sebagai suatu proses laku panas yang diterapkan pada suatu

logam agar memperoleh sifat – 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.

19

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 adalah

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, atau fatigue

limitnya menjadi naik. Biasanya proses perlakuan panas ini dilakukan

terhadap roda gigi, pahat, cetakan (dies), alat – alat potong, alat – alat

pada kontruksi, dan lain - lain.

Perlakuan panas (heat treatment) didifinisikan sebagai kombinasi

operasi pemanasan dan pendinginan yang terkontrol dalam keadaan padat

untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu pada baja/logam atau paduan.

Terjadinya perubahan sifat tersebut dikarenakan terjadi perubahan struktur

mikro selama proses pemanasan dan pendinginan, di mana sifat baja/logam

atau paduan sangat dipengaruhi oleh struktur mikronya. (Arifin, 2006).

Secara umum perlakukan panas (Heat treatment) diklasifikasikan dalam 2

jenis (Suhardi, 2011) :

1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan)

Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Near Equilibrium ini

diantaranya adalah untuk : melunakkan struktur kristal, menghaluskan

butir, menghilangkan tegangan dalam dan memperbaiki machineability.

20

2. Non Equilirium (Tidak setimbang)

Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Non Equilibrium ini

adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi.

Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, misalnya : Hardening,

Martempering, Austempering, Surface Hardening (Carburizing, Nitriding,

Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening)

Karena banyaknya cara proses pengerasan permukaan

diantaranya adalah :

2.10 Karburasi (Carburising)

Perlakuan panas kimiawi merupakan proses yang digunakan untuk

memperoleh sifat yang berbeda pada permukaan dan bagian tengah

komponen (Rajan, dkk., 1997). Kondisi demikian kadang diperlukan pada

komponen yang harus keras permukaannya dan tahan aus, tetapi bagian

tengahnya lebih liat dan tangguh. Kombinasi sifat ini menjamin komponen

memiliki ketahanan aus yang cukup untuk memberi umur pakai lebih lama di

samping cukup tangguh terhadap kejutan.

Metode pertama dikenal sebagai perlakuan termokimia karena

komposisi kimia permukaan baja diubah dengan difusi karbon dan atau

nitrogen (seperti karburising dan nitriding) dan terkadang dengan elemen

lainnya. Metode kedua melibatkan transformasi fasa pemanasan dan

pendinginan cepat permukaan luar.

Pada suatu komponen mesin dari baja adakala nya diperlukan keras

dan tahan aus pada permukaannya saja, sedangkan pada inti atau bagian

dalam tetap dalam keadaan lunak dan ulet. Hal ini akan memberikan

kombinasi yang serasi antara bagian luar atau permukaan benda kerja yang

keras dan tahan menerima beban, serta tahan aus dengan inti yang lunak dan

ulet. Karburising adalah proses menambahkan karbon ke permukaan benda,

dilakukan dengan memanaskan benda kerja dalam lingkungan yang banyak

mengandung karbon aktif, sehingga karbonberdifusi masuk ke permukaan

baja (Wahid Suherman, 1998: 147). Pada temperatur karburising, media

karbon terurai menjadi CO yang selanjutnya terurai menjadi karbon aktif

21

yang dapat berdifusi masuk ke dalam baja dan menaikkan kadar karbon pada

permukaan baja seperti pada Gambar 2.12. Pada proses perlakuan panas,

termasuk karburising selalu mengacu pada diagram fase yang berdasarkan

pada karbon dari baja. Baja pada dasarnya adalah paduan besi dan karbon

(Fe-C), besi dan karbon selain dapat membentuk larutan padat juga dapat

membentuk senyawa karbid besi (sementit, Fe3C).

Gambar 2.12. Pemodelan terjadinya proses difusi: (a) Secara Interstisi, (b)

Secara Substitusi (Budinski dan Budinski, 1999: 303).

Pada proses pengerasan permukaan dengan metode karburasi

dapat dibagi menjadi 2 tahap :

2.10.1 Penambahan Karbon

Penambahan karbon yang disebut carburizing atau karburasi,

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 seperti pada

Gambar 2.13

22

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

carburising 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 ;

CO2 + C 2 CO

Dengan temperatur yang semakin tinggi keseimbangan reaksi

makin cenderung ke kanan, makin banyak CO. Pada permukaan

baja CO akan terurai ;

2 CO CO2 + C

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 NaCO3 ;

NaCO3 Na O + CO2

Dengan temperatur tinggi baja mampu melarutkan banyak

karbon, maka dalam waktu singkat permukaan baja dapat menyerap

karbon hingga mencapai batas jenuhnya.

23

Gambar 2.13 Pack Carburizing ( Budinski, 1999)

Maksudnya bila baja yang dikeraskan permukaannya

mengalami pemanasan hingga temperatur tinggi atau temperatur

austenit maka difusi karbon dapat mencapai batas jenuhnya yang

berdifusi melebihi batas Acm maka akan terjadi atau tumbuh fasa

baru yaitu sementit.

Tebal lapisan permukaan yang mengalami penambahan

karbon (Case Depth) tergantung pada temperatur pemanasan dan

lamanya waktu penahanan pada 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 adalah jika lapisan terlalu tebal, pada saat pendinginan

(quenching) akan retak atau terkelupas, benda uji tersebut

mengalami shock karena pendinginan yang tiba - tiba.

b. Menggunakan medium cair atau Liquid Carburizing seperti pada

Gambar 2.14 di bawah ini

24

Garam Cair

Koil PemanasBenda Kerja

Steel Currible

Batu Tahan Api

Udara

Gambar 2.14 Liquid Carburizing ( Budinski , 1999)

Pada karburasi yang menggunakan medium cair atau Liquid

Carburizing biasanya pemanasan benda kerja menggunakan garam

cair (salt bath) yang terdiri dari campuran sodium cyanide (NaCN)

atau potasium cyanide (KCN) yang berfungsi sebagai karburasi

agent yang aktif, dengan natrium carbonat (Na2CO3) yang berfungsi

sebagai energizer dan penurun titik cair garam. Dalam praktek,

NaCN lebih banyak digunakan karena relaitif lebih murah, lebih

banyak menagndung karbon dan titik cair relatif lebih rendah (5000

C).

Pada temperatur karburasi (antara 8500 C - 900

0 C), cyanida

akan bereaksi :

2 NaCn + O2 2 NaCNO

4 NaCNO 2 NaCN + Na2CO3 + 2 N + CO

3 Fe + 2 CO Fe3C + CO2

2 CO CO2 + C

Dari reaksi tersebut tampak bahwa disamping atom karbon,

atom nitrogen ikut juga berdifusi masuk ke dalam baja karbon.

Karena nitrogen di dalam baja akan bereaksi membentuk nitrida.

Banyaknya karbon dan nitrogen yang terserap tergantung pada

temperatur pemanasan dan kadar cyanide yang berada di dalam

garam cair.

Garam cair atau salt bath untuk liquid carburizing biasanya

mengandung 40 % - 50 % garam cyanide. Selama pemakaian

25

kandungan cyanide akan berkurang, karena itu komposisi garam

cair harus sering – sering diperiksa. Pada garam cair proses difusi

berlangusng sangat cepat dan permukaan benda kerja tetap bersih

sehingga dapat langung didinginkan. Hanya saja setelah selesai

proses benda kerja harus dibersihkan dari sisa – sisa garam untuk

menghindari terjadinya korosi dan selain itu garam cyanide adalah

senyawa yang sangat beracun.

Keuntungan dari proses ini adalah dapat mengeraskan baja

tetapi tidak lebih dari 0,5 mm, dapat juga untuk benda kerja yang

kecil, dan juga proses oksidasi dan dekarbonisasi dapat dicegah.

c. Menggunakan medium gas atau Gas Carburizing dapat dilihat pada

Gambar 2.15

Pada proses karburasi meggunakan medium gas atau gas

carburizing, baja dipanaskan didalam dapur pemanas dengan

tekanan (atmosfer) yang banyak mengandung gas CO dan gas

hydrokarbon misalnya methana, ethana, propana, dan lain – lain.

Proses ini dilakukan pada tungku pit (pit furnace). Pemanasan

dilakukan pada temperatur 9000 C - 940

0 C.

Pada temperatur tinggi gas – gas tersebut terdekomposisi menjadi :

2 CO C + CO2

CH4 C + 2H2

CO + H2 C + H2O

Pada karburasi gas ini lapisan hypereutectoid dapat

dihilangkan dengan memberikan suatu difusi period, yaitu dengan

menghentikan pengaliran gas karburasi, tetapi mempertahankan

temperatur pemanasan. Dengan demikian karbon akan berdifusi

lebih ke dalam atau lapisan pada kulit lebih merata.

Disamping itu benda kerja lebih bersih sehingga langsung

dapat di dinginkan. Untuk melakukan proses karburasi gas

diperlukan suatu dapur yang kedap udara, yang dapat mencegah

26

masuknya udara ke dalam dapur karena masuknya udara ke dalam

dapur akan mempengaruhi konsentrasi gas yang terkaburisasi.

Gas Carburizing

Furnace

Inlet Port for

Carburizing Gas

Part to be

Case Hardened

Gambar 2.15 Gas Carburizing ( Budinski, 1999)

2.10.2 Pendinginan (Quenching)

Media pendingin yang lazim digunakan untuk mendinginkan

spesimen pada proses pengerasan baja yang akan digunakan yaitu Oli

Mesran SAE 40, dengan alasan media pendingin tersebut digunakan sesuai

dengan kemampuannya untuk memperoleh hasil yang diharapkan.

Penggunaan pelumas sebagai mediapendingin akan menyebabkan tibulnya

selaput karbon pada spesimen tergantung dari besarnya viskositas pelumas.

Atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja tersebut, maka peneliti

memilih perlakuan panas temper dengan quenching media Oli Mesran SAE

40.

Media pendingin yang digunakan untuk mendinginkan baja

bermacam macam. Berbagai bahan pendingin yang digunakan dalam proses

perlakuan panas antara lain :

1. Air

Pendinginan dengan menggunakan air akan memberikan daya

pendinginan yang cepat. Biasanya ke dalam air tersebut dilarutkan garam

dapur sebagai usaha mempercepat turunnya temperatur benda kerja dan

mengakibatkan bahan menjadi keras.

27

2. Minyak

Minyak yang digunakan sebagai fluida pendingin dalam perlakuan panas

adalah yang dapat memberikan lapisan karbon pada kulit (permukaan)

benda kerja yang diolah. Selain minyak yang khusus digunakan sebagai

bahan pendingin pada proses perlakuan panas, dapat juga digunakan

minyak bakar atau solar.

3. Udara

Pendinginan udara dilakukan untuk perlakuan panas yang membutuhkan

pendinginan lambat. Untuk keperluan tersebut udara yang disirkulasikan

ke dalam ruangan pendingin dibuat dengan kecepatan yang rendah. Udara

sebagai pendingin akan memberikan kesempatan kepada logam untuk

membentuk kristal – kristal dan kemungkinan mengikat unsur – unsur lain

dari udara.

4. Garam

Garam dipakai sebagai bahan pendingin disebabkan memiliki sifat

mendinginkan yang teratur dan cepat. Bahan yang didiginkan di dalam

cairan garam yang akan mengakibatkan ikatannya menjadi lebih keras

karena pada permukaan benda kerja tersebut akan meningkat zat arang.

Kemampuan suatu jenis media dalam mendinginkan spesimen bisa

berbeda beda, perbedaan kemapuan media pendingin di sebabkan oleh

temperatur, kekentalan, kadar larutan dan bahan dasar media pendingin.

Pelumas adalah minyak yang mempunyai sifat untuk selalu melekat dan

menyebar pada permukaan-permukaan yang bergeser, sehingga membuat

pengausan dan kenaikan suhu kecil sekali (Soedjono, 1978).viskositas Oli,

dan bahan dasar Oli membawa pengaruh dalam mendinginkan sepesimen.

Bahan dasar minyak dapat dibedakan menjadi tiga jenis yaitu minyak yang

berasal dari hewan diperoleh dengan cara merebus atau memasak tulang

belulang atau lemak babi, minyak pelumas dari tumbuhan dan minyak

pelumas mineral diperoleh dengan cara penyulingan (destilasi) minyak bumi

secara bertahap. Minyak pelumas mineral merupakan campuran beberapa

organik, terutama hidro karbon. Dalam minyak bumi mengandung parafin

28

(CnH2n-2), siklik parafin naftena (CnH2n) dan aromatik (CnHn), jumlah

susunan tergantung jumlah minyaknya.

Aromatik mempunyai sifat pelumasan yang baik tetapi tidak tahan

oksidasi. Parafin dan naftena lebih stabil tetapi tidak dapat menggantikan

aromatik secara keseluruhan. Karena tipe aromatik tertentu bertindak sebagai

penghalang oksidasi dan parafin murni tidak mempunyai sifat pelumasan

yang baik. Perbedaan yang lain yaitu aromatik mempunyai viskositas rendah,

naftena mempunyai viskositas sedang dan parafin mempunyai viskositas

tinggi.

Ada tiga faktor yang mempengaruhi viskositas, yaitu komposisi,

suhu dan tekanan. Angka viskositas biasanya ditijau dengan SAE (Society of

Automotive Engine) dan disertai angka. Angka menunjukkan pada kelompok

mana viskositas itu termasuk.

Dalam perdagangan ada dua macam viskositas, misalnya SAE 10W

dan 40. SAE 10W tidak begitu peka terhadap temperatur, sedangkan Oli

SAE 40 peka terhadap temperatur. Indek kekentalan diikuti huruf W yang

menunjukkan kekentalan pada suhu 200C, sedangkan kekentalan yang tidak

diikuti huruf W menyatakan kekentalan pada suhu 1000C, dengan adanya

perkembangan teknologi lebih dari satu tingkat klasifikasi viskositasnya yang

dikenal dengan minyak pelumas multigrande. Penulisan angka viskositas

misalnya SAE 10W – 40 dengan maksud standar Olinya SAE 10 pada suhu

100C dan standar sampai SAE 40 pada suhu 1000C, sehingga minyak

pelumas ini bila digunakan dilingkungan suhu dingin akan bersikap sebagai

pelumas SAE 10W sedangkan bila digunakan dilingkungan suhu panas akan

bersikap sebagai minyak pelumas SAE 50W. Dalam penelitian ini

menggunakan pelumas mesran SAE 40.

Adapun proses pengerasan (quenching) dapat dilakukan dengan beberapa

cara yaitu :

a) Pendinginan langsung (Direct Quenching) di tunjukkan pada Gambar

2.16 adalah pendinginan secara langsung dari media karburasi.

29

Efek yang timbul adalah kemungkinan adanya pengelupasan pada

benda kerja. Pada pendinginan langsung ini diperoleh permukaan

benda kerja yang getas.

Te

mp

era

tur

Temperatur

Austenit

Time

Pendinginan

Gambar 2.16 Proses Pendinginan Langsung atau Direct Quencinh

(Suherman Wahid, 1988)

b) Pendinginan tunggal (Single Quenching) di tunjukkan pada Gambar

2.17 adalah pemanasan 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 – atom karbon, dan agar gradien komposisi lebih halus.

Tem

pera

tur

Temperatur

Austenit

Time

Pendinginan

Gambar Grafik 2.17 : Proses Pendinginan Tunggal

Atau Single Quenching (Suherman Wahid,1988)

c) Double Quenching sperti pada gambar Gambar 2.18 adalah proses

pendinginan atau pengerasan pada benda kerja yang telah di

30

karburasi dan didinginkan pada temperatur kamar kemudian

dipanaskan lagi diluar kotak karbon pada temperatur kamar lalu

dipanaskan kembali pada temperatur austenit dan baru didinginkan

cepat.

Tujuan dari metode ini untuk mendapatkan butir struktur yang lebih

halus.

Te

mp

era

tur

Temperatur

Austenit

Time

Pendinginan

Gambar 2.18 Proses Double Quenching (Suherman Wahid, 1988)

2.11 Transformasi Fase Pada Saat Pemanasan

Transformasi fase yang terjadi pada saat pemanasan dapat

dipelajari dari diagram keseimbangan / diagram fase seperti pada Gambar

2.19 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.

31

Dimana butir ferit dan sementit dari perlit akan bereaksi menjadi

austenit.

Reaksi eutektoid pada saat pemanasan :

Ferit + Fe3C 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 2.19 : Diagram Fe – C (ASM Hanbook, 1990)

2.12 Difusi

Difusi karbon terjadi karena atom bergerak ke dalam material

secara penyisipan (interstisi) di batas butir. Laju difusi tergantung pada

32

jenis atom yang berdifusi, jenis atom tempat difusi berlangsung dan

ditentukan oleh koefisien difusi. Dan koefisien difusi tergantung pada

temperatur, makin tinggi temperatur makin besar pula difusi yang

berlangsung (Suherman Wahid,1988)

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 seperti pada Gambar 2.20

karena kecuali struktur kristal FCC seperti pada Gambar 2.21 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.

a

a

a

Gambar 2.20 Bentuk Struktur Kristal BCC (Suherman Wahid, 1988)

a

a

a

Gambar 2.21 Bentuk Struktur Kristal FCC (Suherman Wahid, 1988)

33

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 800 0C – 950

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).

Untuk mengetahui kadar karbon dari hasil difusi pada kedalaman

x dapat diketahui dengan menggunakan rumus :

0Cx - C = ( C - C )10 1 - erf (

2 ( Dt )

X)

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 :

0D = D expQ

RT

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)

2.13 Transformasi Fase Pada Saat Pendinginan

Dalam suatu proses perlakuan panas, setelah pemanasan

mencapai temperatur yang ditentukan dan diberi waktu penahanan

( 2.1 )

( 2.2 )

34

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 seperti pada Gambar 2.22..

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.

35

Tem

pera

tur

Austenit (Stable)

Waktu

Coorse Peorlite R/C 15

Medium Peorlite R/C 30

Fine Peorlite R/C 40

Martensite R/C 64

Upper Boinete R/C 40

Lower Boinete R/C 60Austenite

(Unstable)

M1

M2

A + F + C

CCR25 %

A1

A3

A2

A4A5

A5

A6 A5

A1

Gambar 2.22 Kurva Pendinginan (Suherman Wahid, 1988)

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.

2.15 Pengujian Kekerasan

Kekerasan yaitu ketahanan bahan terhadap indentasi secara kualitatif

menunjukan kekuatannya (Shackelford, 1976). Skala yang lazim dalam

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

a. Uji kekerasan Brinell

Pengujian kekerasan Brinell merupakan pengujian standard secara

industri, tetapi karena penekannya memakai bola baja yang diperkeras

(hardened steel ball) dengan beban dan waktu indentasi tertentu,

sebagaimana penekanan bola baja ditunjukkan oleh Gambar 2.22 di

halaman selanjutnya. Hasil penekanan adalah jejak berbentuk lingkaran

bulat, yang harus dihitung diameternya di bawah mikroskop khusus

pengukur jejak. Sedangkan pengukuran nilai kekerasan suatu material hitung

menggunakan rumus sebagai berikut:

BHN = (2.3)

36

dimana P : Beban (kg)

D : Diameter indentor (mm)

d : Diameter jejak (mm)

Gambar 2.23 Ilustrasi Indentasi Metode Brinell (Akhmad, 2009)

Walaupun demikian pengaturan beban dan waktu indentasi untuk

setiap material dapat pula ditentukan oleh karakteristik alat penguji. Nilai

kekerasan suatu material yang dinotasikan dengan ‗HB‘ tanpa tambahan

angka di belakangnya menyatakan kondisi pengujian standar dengan indentor

bola baja 10 mm Gambar 2.24 dibawah, beban 3000 kg selama waktu 1—15

detik. Untuk kondisi yang lain, nilai kekerasan HB diikuti angka-angka yang

menyatakan kondisi pengujian. Contoh: 75 HB 10/500/30 menyatakan nilai

kekerasan Brinell sebesar 75 dihasilkan oleh suatu pengujian dengan

indentor 10 mm, pembebanan 500 kg selama 30 detik.

Gambar 2.24 Hasil Indentasi Brinell Berupa Jejak Berbentuk Lingkaran Dengan

Ukuran Diameter Dalam Skala Mm. (Akhmad, 2009)

37

b. Metode Rockwell

Metode Rockwell Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers

dimana kekerasan suatu bahan dinilai dari diameter atau diagonal jejak yang

dihasilkan maka metode Rockwell merupakan uji kekerasan dengan

pembacaan langsung (direct-reading). Metode ini banyak dipakai dalam

industri karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan indetor yang

digunakan membuat metode ini memiliki banyak macamnya.

Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell B dengan

referensi ASTM E 18 memakai indentor bola baja berdiameter 1/6 inci dan

beban 100 kg dan Rockwell C memakai indentor intan dengan beban 150kg.

Sedangkan untuk bahan lunak menggunakan penetrator yang digunakan

adalah bola Baja (Ball) yang kemudian dikenal dengan skala B dan untuk

bahan yang keras penetrator

yang digunakan adalah kerucut intan (Cone) dengan sudut puncak 1200,

yang

bisa dilihat pada Gambar 2.25 di bawah, kemudian dikenal dengan skala C.

Gambar 2.25 Identer Kerucut Pada Ujung Diamon (ASM Vol.8, 2008)

Walaupun demikian metode Rockwell lainnya juga biasa dipakai.

Oleh karenanya skala kekerasan Rockwell suatu material harus

dispesifikasikan dengan jelas. Contohnya 82 HRB, yang menyatakan

material diukur dengan skala B. Indentor 1/6 inci dan beban 100 kg. Berikut

ini diberikan Tabel 2.3 yang memperlihatkan perbedaan skala dan range uji

dalam skala Rockwell.

Dalam pengujian kekerasan Rockwell perlu memperhatikan nilai

minimum ketebalan material pengujian. nilai ketebalan minimum material

pengujian mengikuti rasio 1:10 tetapi ini berdasarkan akumulasi data

38

pengujian untuk berbagai macam ketebalan pada baja karbon rendah, tinggi

dan baja temper.

Tabel 2.3 Skala Pada Metode Uji Kekerasan Rockwell (ASM Vol.8, 1998)

Skala Beban

Mayor (Kg) Tipe Indentor

Tipe Material Uji

A 60 1/16‖ bola intan

kerucut Sangat keras, tungsten, karbida

B 100 1/16‖ bola

Kekerasan sedang, baja karbon

rendah dan sedang, kuningan,

perunggu

C 150 Intan kerucut

Baja keras, paduan yang

dikeraskan, baja hasil

tempering

D 100 1/8‖ bola Besi cor, paduan alumunium,

magnesium yg dianealing

E 100 Intan Kerucut Baja kawakan

F 60 1/16‖ bola Kuningan yang dianealing dan

tembaga

G 150 1/8‖ bola Tembaga, berilium, fosfor,

perunggu

H 60 1/8‖ bola Pelat alumunium, timah

K 150 ¼‖ bola Besi cor, paduan alumunium,

timah

L 60 ¼‖ bola Plastik, logam lunak

M 100 ¼‖ bola Plastik, logam lunak

R 60 ¼‖ bola Plastik, logam lunak

S 100 ½‖ bola Plastik, logam lunak

V 150 ½‖ bola Plastik, logam lunak

Pengujian kekerasan Rockwell memiliki tiga metode yang biasa digunakan yaitu:

1) Metode dengan Kerucut (HRC)

Pada percobaan dengan metode ini menggunakan identer kerucut

untuk penekanan ke material diperlihatkan pada Gambar 2.26 dibawah,

dengan besar nilai kekerasan HRC. Skala HRC memiliki nilai kekerasan 0

sampai 100.

39

Gambar 2.26 Ilustrasi Uji Kekerasan Rockwell (ASM Vol.8, 1998)

Namun pengujian untuk material tersebut dapat dilakukan dengan

menggunakan mesin khusus yang memiliki kapasitas beban 1-30 kg. Metode

ini hanya cocok untuk bahan-bahan dengan susunan yang homogen.

Gambar 2.27 dibawah menunjukan bagan pengujian Rockwell Cone atau

HRC:

Gambar 2.27. Bagan Pengujian HRC(Akhmad, 2009)

2) Metode dengan Peluru (HRB)

Metode ini pada dasarnya sama dengan metode kerucut. Hanya saja

metode ini menggunakan penetrator sebuah peluru. Berikut ini adalah bagan

pengujian Rockwell Ball atau HRB yang dilustrasikan pada Gambar 2.28

sebagai berikut:

40

Gambar 2.28. Bagan Pengujian HRB (Akhmad, 2009)

3) Metode Rockwell Superficial

Perbedaannya dengan Rockwell biasa adalah dalam beban minor dan

beban mayor. Pada Rockwell Superficial, beban minor adalah 3 kg,

sedangkan beban mayor adalah 15, 30 dan 45 kg untuk mengetahui besarnya

beban dan dan jenis identor bisa dilihat pada Tabel 2.4

Tabel 2.4. Skala Superficial Rockwell (ASM Vol.8, 1998)

Simbol Identor Besar beban

(Kg)

15 N Diamond 15

30 N Diamond 30

45 N Diamond 45

15 T 1/16 in ball 15

30 T 1/16 1n ball 30

45 T 1/16 in ball 45

15 W 1/8 in ball 15

30 W 1/8 in ball 30

45 W 1/18 in ball 45

41

c. Metode Vickers

Banyak masalah metalurgi yang membutuhkan penentuan kekerasan

pada permukaan yang sangat kecil misalnya penentuan kekerasan pada

permukaan terkarburasi, daerah sambungan, daerah difusi dua material yang

berbeda dan penentuan kekerasan pada part jam tangan. Untuk pengujian

spesimen-spesimen sangat kecil ini, mengunakan uji Vickers dan untuk

prosedur pengujian menggunakan referensi ASTM E 384

Pada metode ini, digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan

sudut 136o, seperti diperlihatkan oleh Gambar 2.29. Prinsip pengujian

adalah sama dengan metode Brinell, walaupun jejak yang dihasilkan

berbentuk bujur sangkar berdiagonal. Panjang diagonal diukur dengan skala

pada mikroskop pengujur jejak. Untuk menghitung nilai kekerasan suatu

material menggunakan rumus sebagai berikut:

VHN = (2.4)

Dimana P = Besar beban (kg)

d = Rata-rata diameter pijakan identer d1 dan d2 (mm)

Gambar 2.29 Indentasi Dengan Metode Vickers (Akhmad, 2009)

42

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.