i

TUGAS AKHIR

PENELITIAN TERHADAP BANTALAN POROS KERETA YANG DIKARBURISING DENGAN ARANG

KAYU MAHONI, ARANG TEMPURUNG KELAPA DAN ARANG SEKAM PADI MENGGUNAKAN

PEMANASAN KONVENSIONAL

Diajukan untuk Memenuhi Tugas dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh Gelaer Sarjana Teknik Jurusan Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun :

YOGI KUNCORO NIM : D.200.03.0028

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

September 2013

ii

iii

iv

v

vi

M O T T O

Jangan pernah melunak pada kehidupan ini karena kehidupan ini

akan keras kepada anda, mengeraslah pada kehidupan ini maka

kehidupan ini akan melunak kepada anda

( Andri Wongso)

“Kegagalan adalah peluang untuk memulai lebih pintar”

(Henry Ford)

“Kesempatan akan didapat oleh setiap orang, tetapi tidak sekalipun

mereka menggunakanya”

(Lee Kong Chian)

“Lebih baik mencoba tantangan, mencari kemenangan besar

walaupun dihantui kegagalan, dari pada duduk bengong seperti

orang tidak bersemangat yang tidak gembira dan menderita karena

hidup dalam dunia yang tidak mengenal menang atau kalah”

(Theodore Roosevelt)

Kamu Pasti Bisa Jika Kamu Berfikir Kamu Bisa

(Penulis)

vii

PENELITIAN TERHADAP BANTALAN POROS KERETA YANG DIKARBURISING DENGAN ARANG KAYU MAHONI, ARANG

TEMPURUNG KELAPA DAN ARANG SEKAM PADI MENGGUNAKAN PEMANASAN KONVENSIONAL

Yogi Kuncoro, Bibit Sugito, Pramuko Ilmu Purbo

Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura

Email : Sangmilioner99@gmail.com

ABSTRAKSI Karbursing merupakan salah satu proses laku panas untuk meningkatkan kekerasan permukaan pada bantalan poros kereta. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui komposisi kimia, struktur mikro kekerasan brinell dan mengetahui difusi karbon pada bantalan poros kereta dengan menggunakan pemanasan konvensional. Metode penelitian yang digunakan dalam pengujian bantalan poros kereta adalah pengujian komposisi kimia, pengujian struktur mikro dan pengujian kekerasan brinell pada raw material sebanyak 1 buah specimen. Kemudian dilanjutkan proses karburising dengan penambahan 3 unsur karbon yaitu arang kayu mahoni, arang tempurung kelapa dan arang sekam padi. 6 buah specimen untuk pengujian struktur mikro dan 3 buah specimen untuk pengujian kekerasan brinell. Hasil analisis dari pengujian komposisi kimia diketahui unsur yang dominan adalah Mangan (Mn) = 0,636%. Pada pengujian struktur mikro bantalan poros kereta terdiri dari fasa ferrit dan perlit, sebelum dan sesudah proses karburising. Hasil pengujian kekerasan pada semua pengujian mempunyai peningkatan kekerasan setelah proses karburising, harga kekerasan yang tertinggi pada arang tempurung kelapa dengan kenaikan 48,1% dengan nilai 242,9 HBN. Pengujian difusi menunjukkan bahwa proses carburizing dengan menggunakan tempurung kelapa mengalami pemasukan karbon yang paling besar yaitu sebesar 0,22 µm. Kata kunci: Bantalan poros kereta, karburising, arang kayu mahoni, arang tempurung kelapa, arang sekam padi

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Dengan mengucap puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala

rahmat, hidayah dan inayah-NYA, sehingga penulis dapat menyelesaikan

Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini disusun guna memenuhi syarat untuk memperoleh

gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Pada penyusunan Tugas akhir ini, penulis mengambil judul

“Penelitian Terhadap Bantalan Poros Kereta yang Dikarburising dengan

Arang Kayu Mahoni, Arang Tempurung Kelapa dan Arang Sekam Padi

Menggunakan Pemanasan Konvensional”. Dalam penyusunan Tugas

Akhir ini, penulis mendapat saran, bantuan, dan bimbingan dari berbagai

pihak. Oleh karena itu pada kesempatan yang baik ini penulis ingin

mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya, kepada yang

terhormat :

1. Bapak Ir. Agus Riyanto, SR, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT., selaku Dosen Pembimbing Utama

yang dengan ikhlas meluangkan banyak waktu guna

ix

memberikan saran serta arahan dalam penyelesaian Tugas

Akhir ini dengan sangat baik, teliti, sabar serta ramah.

4. Bapak Ir. Pramuko IP, MT., selaku Dosen Pembimbing

Pendamping, dengan segala kesabarannya telah bersedia

memberikan ilmu, pengalaman dan bimbingan yang sangat

berguna.

5. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, MT., selaku Pembimbing Akademik

penulis yang dengan sabar mengarahkan studi selama di UMS.

6. Bu Dewi Selaku Pembimbing penelitian diLab D3 UGM.

7. Ibu dan keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan

moral, spiritual dan material sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Teman-teman seperjuangan yang telah turut memberikan

semangat untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Dengan segala kerendahan hati penyusun tugas akhir ini masih

jauh dari kesempurnaan karena keterbatasan yang dimiliki penulis. Untuk

itu segala kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan dari

pembaca. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penyusun

pribadi khususnya dan para pembaca pada umumnya.

Wassalamualaikum Wr. Wb.

Surakarta, September 2013

Penulis

x

DAFTAR ISI

Halaman Judul ....................................................................................... i

Pernyataan Keaslian Skripsi ................................................................... ii

Halaman Persetujuan ............................................................................. iii

Halaman Pengesahan ............................................................................ iv

Lembar Soal Tugas Akhir ......................................................................... v

Halaman Motto ....................................................................................... vi

abstraksi ................................................................................................. vii

Kata Pengantar ...................................................................................... viii

Daftar Isi ................................................................................................. x

Daftar Gambar ........................................................................................ xii

Daftar Tabel ............................................................................................ xiv

BAB I PENDAHULUAN .................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ................................................................ 1

1.2. Tujuan Penelitian ........................................................... 3

1.3. Manfaat Penelitian ........................................................... 4

1.4. Batasan Masalah ........................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI .................... 6

2.1. Kajian Pustaka ................................................................ 6

2.2. Landasan Teori

2.2.1. Baja ...................................................................... 7

2.2.2. Baja Karbon .......................................................... 7

2.2.3. Klasifikasi Baja Karbon ......................................... 9

2.2.4. Perlakuan Panas ................................................... 10

2.2.5. Pengerasan Permukaan ....................................... 14

2.2.6. Proses Karburisasi ................................................ 16

2.2.7. Teori Difusi ........................................................... 17

2.2.8. Diagram Kesetimbangan Sistem Besi Karbon ....... 22

2.2.9. Uji Komposisi Kimia (Standar ASTM E 415) .......... 27

xi

2.2.10.Uji Struktur Mikro Standar ASTM E 3) .................. 28

2.2.11. Uji Kekerasan Brinell ........................................... 34

BAB III METODE PELAKSANAAN ..................................................... 37

3.1. Rancangan Penelitian ..................................................... 37

3.1.1.Pemilihan Bahan .................................................... 38

3.1.2. Penyiapan Tempat Karburising ............................. 39

3.1.3. Pembuatan Bubuk Arang ...................................... 39

3.1.4. Pembuatan Spesimen ........................................... 40

3.1.5. Mencampur Arang Kayu Mahoni, Arang Tempurung

Kelapa dan Arang Sekam Padi dengan Raw Material .... 41

3.1.6. Proses Karburising ................................................ 41

3.1.7. Menguji Specimen Hasil Karburising ...................... 41

3.2. Bahan dan alat ................................................................. 42

3.2.1. Bahan Penelitian .................................................... 42

3.2.2. Peralatan Penelitian ............................................... 44

3.3. Instalasi Penelitian ........................................................... 49

3.4. Instalasi Pengujian .......................................................... 50

3.4.1. Uji Komposisi Kimia ............................................... 51

3.4.2. Uji Struktur Mikro ................................................... 51

3.4.3. Uji Kekerasan ........................................................ 52

3.5. Sampel ............................................................................. 53

3.6. Lokasi Penelitian .............................................................. 54

3.7. Prosedur Penelitian .......................................................... 54

3.8. Rancangan Analisis Data ................................................. 60

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................... 62

4.1. Pengujian Komposisi Kimia ............................................ 62

4.1.1. Pembahasan Pengujian Komposisi Kimia ............. 63

4.2. Pengujian Struktur Mikro .................................................. 63

4.2.1. Pembahasan Pengujian Struktur Mikro ................. 65

4.3. Hasil Pengujian Kekerasan ............................................. 66

4.3.1. Pembahasan Pengujian Kekerasan ...................... 71

4.4. Hasil Pengujian Difusi ...................................................... 72

xii

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 76

5.1. Kesimpulan .................................................................... 76

5.2. Saran-Saran ..................................................................... 77

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Isothermal transformation diagram for 0,2 C; 0,9% Mn

steel.................................................................................... 11

Gambar 2.2 1Continuous cooling transformation diagram. .................... 12

Gambar 2.3 Pegerakan atom dengan energi aktifasi ............................. 18

Gambar 2.4 Larutan difusi substitusi ...................................................... 19

Gambar 2.5 Larutan difusi interstisi........................................................ 19

Gambar 2.6 Diagram kesetimbangan Besi Karbon (Fe-C) ..................... 21

Gambar 2.7 Diagram Fasa (Fe-Mn) ....................................................... 23

Gambar 2.8 Metoda pemilihan lokasi pengujian .................................... 31

Gambar 2.9 Prinsip uji kekerasan brinell ................................................ 36

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ....................................................... 37

Gambar 3.2 Material dasar (raw material) .............................................. 38

Gambar 3.3 Potongan material untuk specimen .................................... 40

Gambar 3.4 Arang kayu mahoni, arang sekam padi dan arang

tempurung kelapa ............................................................. 43 Gambar 3.5 Gerabah dari tanah liat ....................................................... 44

Gambar 3.6 Alat Digital Thermocouple Thermometertype KW06-283. .. 45

Gambar 3.7 Dapur Konvensional ........................................................... 46

Gambar 3.8 Mesin pemotong (metacut) ................................................. 46

Gambar 3.9 Mesin Poles (Grinder-Polisher) .......................................... 47

Gambar 3.10 Penjepit .............................................................................. 47

Gambar 3.11 Tanah liat ........................................................................... 48

Gambar 3.12 Autosol ............................................................................... 48

Gambar 3.13 Skema Penelitian ............................................................... 49

Gambar 3.14 Optical emission spectrometer ........................................... 51

Gambar 3.15 Inverted metallurgical microscope ...................................... 52

Gambar 3.16 Micro hardness tester ........................................................ 53

Gambar 4.1 Struktur mikro material dasar baja karbon sedang (raw

material) dengan pembesaran 200 x .................................. 63

xiv

Gambar 4.2 Struktur mikro baja karbon sedang dengan karbon arang

kayu mahoni dengan pembesaran 200 x .......................... 64

Gambar 4.3 Struktur mikro baja karbon sedang dengan karbon arang

tempurung kelapa dengan pembesaran 200 x .................. 64

Gambar 4.4 Struktur mikro baja karbon sedang dengan karbon arang

sekam padi dengan pembesaran 200 x ............................ 65

Gambar 4. 5 Perhitungan difusi karbon setelah proses karburising

dengan sumber karbon arang kayu mahoni. ...................... 73

Gambar 4.6 Perhitungan difusi karbon setelah proses karburising

dengan sumber karbon arang tempurung kelapa. .............. 74

Gambar 4.7 Perhitungan difusi karbon setelah proses karburising

dengan sumber karbon arang sekam padi. ........................ 75

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Jumlah specimen (sampel) ................................................ 53

Tabel 4.1 Hasil uji komposisi kimia raw material ................................ 62

Tabel 4.3.1 Hasil uji kekerasan brinell Baja raw material ...................... 66

Tabel 4.3.2 Hasil uji kekerasan brinell baja karburising dengan

specimen arang kayu mahoni ............................................ 67

Tabel 4.3.3 Hasil uji kekerasan brinell baja karburising dengan

specimen arang tempurung kelapa .................................... 68

Tabel 4.3.4 Hasil uji kekerasan brinell baja karburising dengan

specimen arang sekam padi. ............................................. 69

Tabel 4. 3. 5 Perbandingan Hasil Uji Kekerasan Brinell Rata-rata Raw

Material, Arang Kayu Mahoni, Arang Tempurung Kelapa

dan Arang Sekam Padi. ..................................................... 70