PENINGKATAN KEKERASAN SPROCKET IMITASI MELALUI...

PENINGKATAN KEKERASAN SPROCKET IMITASI

MELALUI PROSES KARBURISASI CAIR

PADA SUHU 900°C

Skripsi

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh:

Ponang Adi Pradana

NIM 145214110

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

i

PENINGKATAN KEKERASAN SPROCKET IMITASI

MELALUI PROSES KARBURISASI CAIR

PADA SUHU 900° CELCIUS

Skripsi

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh:

Ponang Adi Pradana

NIM 145214110

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018


ii

THE INCREASED OF HARDNESS OF IMITATION SPROCKET

THROUGH LIQUID CARBURIZING PROCESS

AT 900° CELCIUS OF TEMPERATURE

A Thesis

Presented as Partial Fulfillment of the

Requirement to Obtain the Degree of Sarjana Teknik

Mechanical Engineering Study Program

Written by:

Ponang Adi Pradana

Student ID 145214070

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


iv

SKRIPSI

PENINGKATAN KEKERASAN SPROCKET IMITASI MELALUI PROSES KARBURISASI CAIR PADA SUHU 900 C

Dipersiapkan dan ditulis oleh:

Ponang Adi Pradana

NIM 145214110

Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji

Pada Tanggal 13 Juli 2018

dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji

Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua : Ir. Rines, M.T ……………

Sekretaris : Doddy Purwadianto, S.T., M.T. ……………

Anggota : Budi Setyahandana, M.T. ……………

Yogyakarta, 23 Juli 2018

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Dekan,

Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D.


vi

LEMBAR PERNYATAAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma

Nama : Ponang Adi Pradana

NIM : 1452140110

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

PENINGKATAN KEKERASAN SPROCKET IMITASI MELALUI PROSES

KARBURISASI CAIR PADA SUHU 900°C

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma untuk menyimpan, mangalihkan

kedalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data,

mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikan di internet atau media

lainya untuk kepentingan akademis tanpa meminta izin dari saya ataupun

memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal 23 Juli 2018

Yang menyatakan,

Ponang Adi Pradana


Laurentius Ponang

vii

ABSTRAK Karburisasi bertujuan untuk meningkatkan kekerasan sprocket dengan mendifusikan karbon menuju permukaan. Karburisasi yang dilakukan adalah karburisasi cair dengan menggunakan garam Potassium Hexacyanoferrate sebagai alternatif sumber karbon yang akan didifusikan menuju permukaan sprocket.

Proses karburisasi cair dilakukan pada dua jenis sprocket imitasi untuk kemudian dibandingkan dengan karakteristik sprocket original. Variabel dalam penelitian ini adalah waktu penahanan, 15 menit, 30 menit dan 45 menit dengan suhu dalam tungku 900°C kemudian didinginkan secara cepat dengan media oli. Hasil sprocket yang telah dikarburasi selanjutnya dilakukan pengujian yang meliputi, pengujian komposisi, pengujian kekerasan dan observasi struktur mikro.

Hasil pengujian untuk sprocket imitasi hitam menunjukkan bahwa pada waktu penahanan 15 menit nilai kekerasan setara dengan nilai kekerasan sprocket original yakni 105,65 HRB, sedangkan sprocket imitasi putih dapat setara pada waktu penahanan 45 menit. Hasil peningkatan kekerasan dari kedua jenis sprocket membuktikan bahwa proses karburisasi cair menggunakan Potassium Hexacyanoferrate sebagai sumber karbon benar – benar bekerja. Kata kunci: Kekerasan, Sprocket, Karburisasi dan Potassium Hexacyanoferrate.


viii

ABSTRACT Carburizing aims to increase the surface hardness of the sprocket by difusing carbon into the surface. Carburizing used is Liquid Carburizing with Potassium Hexacyanoferrate as an alternative carbon source that will diffused towards the surface of sprocket .

Liquid Carburizing performed on two different kind of imitation sprocket to then compared with the original sprocket of Honda Revo. In this experiment, the specimens of imitation sprocket were carburized with the various of holding time 15 menit, 30 menit, and 45 menit then quenched quickly in the water. The results of the experimented sprocket includes, composition test, hardness test and microstructure observation.

The experiment results for black imitation sprocket perform that at 15 minutes of holding time the hardness value suited to the original sprocket that has 105,65 HRB, while the white imitation sprocket get suited to the original at 45 minutes of holding time. The increased of hardness results from the both of imitation sprocket proves that liquid carburizing process using Potassium Hexacyanoferrate as a carbon source is definitely work. Keywords: Hardness, Sprocket, Carburizing and Potassium Hexacyanoferrate.


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang selalu

melimpahkan curahan berkat, kasih dan bimbingan-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

Tugas akhir dengan judul “Peningkatan Sprocket Imitasi Melalui Proses

Karburisasi Cair pada Suhu 900°C” yang telah diselesaikan penulis merupakan

salah satu syarat untuk memperoleh gelas sarjana teknik pada program studi Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Dalam

menyelesaikan tugas akhir ini, penulis tidak lepas dari bantuan, dukungan serta

bimbingan dari orang-orang di sekitar penulis. Oleh karena itu, melalui tulisan ini

dengan segala kerendahan hati dan rasa hormat, penulis ingin menyampaikan

ucapan terima kasih kepada:

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains

dan teknologi Uiversitas Sanata Dharma.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma.

3. Budi Setyahandana, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pendamping Akademik.

5. Dosen Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, yang

telah membimbing dan membagikan ilmunya kepada penulis selama

perkuliahan.

6. Orang tua, saudara serta semua keluarga yang selalu memberikan

bantuan, dukungan serta fasilitas selama menyelesaikan perkuliahan dan

tugas akhir ini.

7. Teman teman SMA Seminari Menengah Mertoyudan angkatan 2008

yang selalu memberikan dukungan, semangat dan motivasi kepada

penulis.


x

8. Michael Richard, Frans Bernad dan Ricardus Febrian, yang selalu

memberikan dukungan serta menjadi teman dalam penyelesaian tugas

akhir ini.

9. Rekan-rekan Teknik Mesin 2014 Universitas Sanata Dharma, yang

selalu bersedia memberikan bantuan, dukungan selama perkuliahan dan

dalam penyelesaian tugas akhir ini.

10. Keluarga Besar Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

11. Dan kepada semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per

satu, yang telah memberikan dukungan dan bantuan dalam

penyelesaian tugas akhir ini.

Semoga Tuhan Yesus Kristus membalas segala bentuk dukungan dan

kebaikan yang sudah diberikan. Tentu dalam penyusunan tugas akhir ini masih

banyak kekurangan dan jauh dari kata sempurna. Oleh sebab itu, penulis menerima

masukkan dan saran. Penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi

pembaca.

Yogyakarta, ... Juli 2018

Penulis


xi

DAFTAR ISI

Halaman

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xvii

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................. 2

1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah .................................................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................ 3

BAB II LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

A. Landasan Teori .......................................................................................... 4

2.1. Sprocket ................................................................................................. 4


xii

2.2. Baja Karbon (Alloy Carbon Steel) ......................................................... 6

2.3. Klasifikasi Baja Karbon ......................................................................... 6

2.4. Sturktur Mikro ........................................................................................ 7

2.4.1. Ferit ............................................................................................ 8

2.4.2. Perlit ........................................................................................... 8

2.4.3. Sementit ..................................................................................... 9

2.4.4. Austenit ...................................................................................... 10

2.4.5. Martensit .................................................................................... 11

2.4.6. Bainit .......................................................................................... 11

2.5. Diagram Besi – Karbon ......................................................................... 12

2.6. Proses Perlakuan Panas .......................................................................... 12

2.6.1. Annealing ................................................................................... 13

2.6.2. Normalizing ................................................................................ 13

2.6.3. Quenching atau Hardening ......................................................... 14

2.6.4. Stress Relieving .......................................................................... 14

2.7. Surface Treatment .................................................................................. 15

2.7.1. Flame Hardening ....................................................................... 15

2.7.2. Induction Hardening .................................................................. 15

2.7.3. Laser Beam Hardening .............................................................. 15

2.7.4. Nitriding ..................................................................................... 16

2.7.5. Carburizing ................................................................................ 16

a. Pack Carburizing ....................................................................... 17

b. Liquid Carburizing ..................................................................... 18

c. Gas Carburizing ......................................................................... 18

2.8. Difusi ...................................................................................................... 19

2.9. Pengujian Bahan .................................................................................... 19

2.9.1. Pengujian Tarik .......................................................................... 20

2.9.2. Pengujian Impact ........................................................................ 21


xiii

2.9.3. Pengujian Kekerasan .................................................................. 23

2.9.3.1. Kekerasan Brinell ................................................................. 24

2.9.3.2. Kekerasan Vikers .................................................................. 25

2.9.3.3. Kekerasan Rockwell ............................................................. 26

B. Tinjauan Pustaka ...................................................................................... 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Bagan Alir Penelitian ............................................................................. 32

3.2. Bahan dan Peralatan ............................................................................... 33

3.2.1. Bahan .......................................................................................... 33

a. Spesimen .................................................................................. 33

b. Komposisi Larutan Garam Sianida .......................................... 33

3.2.2. Peralatan ..................................................................................... 35

3.3. Proses Perlakuan Panas .......................................................................... 40

1.3.1 Karburisasi Cair ......................................................................... 40

3.4. Pengujian Spesimen ............................................................................... 44

3.4.2. Pengujian Kekerasan Rockwell ............................................... 41

3.4.3. Pengamatan Struktur Mikro ..................................................... 41

3.5. Analisa Data ........................................................................................... 42

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Hasil Uji Komposisi ...................................................................... 43

4.2. Hasil Pengamatan Struktur Mikro .......................................................... 45

4.2.1 Pengamatan Sturktur Mikro Pada Permukaan Spesimen .......... 45

4.2.2 Pengamatan Sturktur Mikro Pada Lapisan Spesimen ................ 48

4.3. Pengujian Kekerasan Rockwell ............................................................. 51

4.3.1 Pengujian Kekerasan sebelum Proses Karburasi Cair ............. 52


xiv

4.3.2 Pengujian Kekerasan setelah Proses Karburasi Cair ............... 54

4.3.3 Grafik Peningkatan Kekerasan Sprocket Imitasi ..................... 56

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 58

5.2. Saran ....................................................................................................... 58

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 60

LAMPIRAN ....................................................................................................... 62


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sprocket .......................................................................................... 6

Gambar 2.2 Bentuk geometris kristal ................................................................ 8

Gambar 2.3 Struktur mikro baja pada fasa ferrite ............................................. 8

Gambar 2.4 Struktur mikro baja pada fasa pearlite ........................................... 9

Gambar 2.5 Struktur mikro baja pada fasa cementite ........................................ 10

Gambar 2.6 Struktur mikro baja pada fasa austenite ......................................... 10

Gambar 2.7 Struktur mikro baja pada fasa martensite ...................................... 11

Gambar 2.8 Diagram Besi-Karbon (Fe-C) ......................................................... 12

Gambar 2.9 Kurva tegangan-regangan pada pengujian tarik ............................. 21

Gambar 2.10 Skema pengujian impact Charpy .................................................. 22

Gambar 2.11 Parameter-parameter dasar pada pengujuan kekerasan Brinell ... 34

Gambar 2.12 Tipe-tipe lekukan piramid intan .................................................... 35

Gambar 3.1 Potassium Hexacyanoferrat ........................................................... 39

Gambar 3.2 Tabung Reaksi berbahan keramik .................................................. 35

Gambar 3.3 Oven Heat Treatment ..................................................................... 36

Gambar 3.4 Alat uji kekerasan Rockwell .......................................................... 36

Gambar 3.5 Mikroskop Mettalurgy ................................................................... 37

Gambar 3.6 Neraca Digital ................................................................................ 37

Gambar 3.7 Dial Caliper ................................................................................... 37

Gambar 3.8 Stopwatch ........................................................................................ 38


xv

Gambar 3.9 Thermometer Digital ...................................................................... 38

Gambar 3.10 Beaker Glass ................................................................................. 39

Gambar 3.11 Tang penjepit ................................................................................ 39

Gambar 3.12 Penjepit benda uji ......................................................................... 39

Gambar 3.13 Hex saw ........................................................................................ 40

Gambar 4.1 Sprocket imitasi putih ..................................................................... 45

Gambar 4.2 Sprocket imitasi hitam .................................................................... 45

Gambar 4.3 Sturktur mikro permukaan sprocket imitasi putih dengan waktu

penahanan selama 15 menit .......................................................... 46

Gambar 4.4 Struktur mikro permukkan sprocket imitasi putih dengan waktu


Gambar 4.5 Struktur mikro permukaan sprocket imitasi putih dengan waktu


Gamabr 4.6 Struktur mikro permukaan sprocket imitasi hitam dengan waktu


Gambra 4.7 Struktur mikro permukaan sprocket imitasi hitam dengan waktu


Gambar 4.8 Struktur mikro permukaan sprocket imitasi hitam dengan waktu


Gambar 4.9 Lapisan karburasi sprocket imitasi putih dengan waktu



penahanan selama 30 menit ........................................................ 49



xvi


Gambar 4.12 Lapisan karburasi sprocket imitasi hitam dengan waktu






Gambar 4.15 Ilustrasi pengujian kekerasan Rockwell ....................................... 51

Grafik 4.1 Peningkatan kekerasan setelah proses karburisasi ....................... 56


xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Skala kekerasan Rockwell dan huruf awalannya ............................... 28

Tabel 3.1 Data uji komposisi sebelum dikenai perlakuan panas ....................... 34

Tabel 4.1 Data uji komposisi bahan sebelum karburasi .................................... 43

Tabel 4.2 Data uji komposisi spesimen setelah proses karburasi ...................... 44

Tabel 4.3 Data kekerasan specimen sprocket original ...................................... 52

Tabel 4.4 Data kekerasan specimen sprocket imitasi putih .............................. 52

Tabel 4.5 Data kekerasan specimen sprocket imitasi hitam ............................. 53

Tabel 4.6 Data kekerasan spesimen sprocket imitasi putih ................................ 54

Tabel 4.7 Data kekerasan spesimen sprocket imitasi hitam ............................... 55


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Indonesia merupakan negara berkembang dengan jumlah penggunaan

kendaraan bermotor sangat tinggi. Menurut data yang disampaikan oleh Badan

Statistik Nasional (BSN), Indonesia menempati urutan ketiga populasi motor

terbanyak di Asia pada tahun 2015 dengan jumlah unit sebanyak 98,85 juta unit.

Sedangkan menurut Asosiasi Industri Sepeda Motor Indonesa (AISI), pada tahun

2017 jumlah distribusi sepeda motor ke pasar domestik mencapai angka 5,886,103

unit. Data tersebut menunjukkan bahwa perkembangan industri kendaraan

bermotor di Indonesia berkembang dengan pesat.

Dengan semakin meningkatnya jumlah sepeda motor yang ada di

masyarakat maka kebutuhan akan ketersediaan komponen atau suku cadang secara

otomatis juga meningkat. Kondisi tersebut memicu munculnya industri – industri

lokal (non pabrikan) untuk turut masuk dalam pasar industri kendaraan bermotor

di segmen komponen atau suku cadang. Suku cadang kendaraan bermotor yang

diproduksi oleh industri lokal sering kali kita sebut dengan suku cadang imitasi.

Suku cadang imitasi yang diproduksi oleh industri lokal menjadi alternatif

bagi para pengguna pengguna kendaraan bermotor karena harganya yang relatif

lebih murah. Namun demikian, perlu diketahui bahwa antara suku cadang jenis

original dan imitasi tentu memiliki karakteristik mekanis yang berbeda. Contoh

komponen kendaraan tersebut adalah sprocket. Komponen tersebut harus memiliki

sifat kekerasan pada bagian luar atau permukaan dan memiliki sifat keuletan pada

bagian dalam, agar sprocket tersebut dapat bekerja secara maksimal. Pada

komponen imitasi keadaan tersebut akan sulit tercapai, dipengaruhi oleh berbagai

faktor misalkan, pemilihan material yang tidak tepat atau tidak diperhitungkan,

tidak dikenai perlakuan lanjutan untuk memperoleh kualitas atau karakteristik yang


2

hampir sama dengan komponen yang original, biaya produksi yang terbatas

sehingga tidak mampu mendapatkan material dasar yang berkualitas.

Salah satu cara untuk dapat meningkatkan kualitas komponen imitasi pada

kendaraan beremotor dapat dilakukan pengerasan permukaan dengan proses

karburisasi, Proses karburisasi biasanya dilakukan untuk material baja karbon

rendah yang memliki sifat lunak dan keuletan yang tinggi. Dari proses karburisasi

ini dapat diperoleh sifat fisis peningkatan kekerasan pada bagian permukaan benda,

sehingga menghasilkan komponen yang mengalami peningkatan kekuatan

terhadap gesekan. Pada komponen bagian dalam tetap mempunyai sifat keuletan

yang baik dan memiliki nilai ketangguhan yang tinggi.

1.2. Rumusan Masalah

1. Bagaimana spesifikasi dan karakteristik suku cadang imitasi jika

dibandingkan dengan suku cadang original?

2. Apakah proses karburisasi dapat meningkatkan nilai kekerasan suku cadang

imitasi?

3. Berapa besar nilai kekerasan yang berhasil ditingkatkan melalui proses

karburisasi?

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui pengaruh proses karburisasi cair menggunakan larutan garam

sianida terhadap sifat kekerasan sprocket imitasi.

2. Membandingkan peningkatan nilai kekerasan yang terjadi terhadap kedua

jenis sprocket imitasi setelah dikenai proses karburisasi cair.

3. Membandingkan peningkatan kekerasan sprocket imitiasi untuk setiap waktu

penahanan karburisasi yang dilakukan.

4. Mengamati jenis struktur mikro yang terbentuk, baik sebelum maupun

setelah dikenai proses karburisasi cair

5. Mengamati pengaruh proses karburisasi cair terhadap peningkatan kadar

karbon pada sprocket imitasi.


3

1.4. Batasan Masalah

Judul dari tugas akhir yang penulis susun masih dapat mecakup

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

lebih terarah, maka penulis memberikan batasan permasalahah sebagai berikut:

1. Material yang akan di uji berasal dari komponen sprocket dari kendaraan

bermotor original dan imitasi.

2. Sprocket yang dikenai proses perlakuan panas adalah sprocket jenis imitasi.

3. Proses perlakuan panas yang digunakan adalah karburisasi cair (liquid

carburizing) pada suhu 900o Celcius.

4. Proses karburisasi akan dilakukan pada variasi waktu 15 menit, 30 menit dan

45 menit.

5. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian komposisi material, pengamatan

struktur mikro, dan pengujian kekerasan.

6. Pengujian akan dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Program Studi

Teknik Mesin Universitas Santa Dharma dan PT. Itokoh Ceperindo.

1.5. Sistematika Penulisan

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

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

penelitian dan sistematika penulisan.

2. Bab II membahas tentang dasar teori dan tinjauan pustaka

3. Bab III membahas mengenai metodologi penelitian

4. Bab IV membahas mengenai hasil penelitian dan pembahasan

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

diperoleh dan hasil perhitungan serta saran-saran yang diajukan oleh penulis.


4

BAB II

Landasan Teori dan Tinjauan Pustaka

A. Landasan Teori

2.1. Sprocket

Sprocket merupakan komponen yang sangat vital dalam mentransmisikan

tenaga dan putaran untuk sebagian besar jenis sepeda motor. Pada umumnya,

terdapat sepasang sprocket pada system transimisi sepeda motor, yakni sprocket

depan dan sprocket belakang. Putaran sprocket depan merupakan hasil dari

hubungan langsung dengan kotak transmisi (gear box). Selanjutnya, sprocket depan

mentransmisikan putaran dan tenaga menuju sprocket belakang menggunakan

hubungan rantai. Pada dasarnya, sprocket digunakan pada setiap system transmisi

yang menggunakan rantai.

Sprocket dapat dihasilkan melalui beberapa proses manufaktur. Proses

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

pengecoran dan lain sebagainya. Pemilihan proses dalam pembuatan sprocket

tentunya didasarkan pertimbangan, antara lain jenis material, ketersediaan peralatan

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

manufaktur yang tepat.

Pemilihan jenis material yang tepat untuk sprocket mempengaruhi banyak

faktor, termasuk harga yang sesuai dengan performa material yang dibutuhkan.

Berdasarkan kondisi kerja sprocket, kekerasan dan biaya merupakan faktor penting

untuk dipertimbangkan ketika memilih jenis material. Untuk hampir semua jenis

sprocket, jenis material yang digunakan adalah kelompok baja karbon rendah (low

carbon steel) dan baja karbon sedang (medium karbon steel).

Baja merupakan perpaduan antara besi dan karbon. Selain karbon, terdapat

unsur – unsur yang ditambahkan untuk meningkatkan kekerasan. Unsur paling

sering ditambahkan pada paduan adalah nikel, krom dan molybdenum. Unsur –

unsur tersebut membuat baja paduan lebih mudah dikenai proses perlakuan panas

untuk menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi.


Jenis material dalam kelompok baja karbon sedang yang digunakan untuk

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

antara 570 – 700 MPA dan nilai kekerasan antara 87 – 95 HRB (Rockwell Hardness

Number on B Scale). Selain itu, AISI 1045 memiliki karakter mampu las

(weldability) dan mampu mesin (machinability) yang baik, serta sifat kekerasan dan

nilai impact yang tinggi, sehingga sangat sesuai untuk sprocket. Berdasarkan

pengaplikasiannya, standar nilai kekerasan sprocket yang diperlukan berkisar

antara 92 – 114 HRB (Rockwell Hardness Number on B Scale) setelah melalui

proses perlakuan panas(“Fndamentals of Sprocket Design and Reverse

Engineering of Rear Sprocket of Motorcycle”, 2014).

Nilai kekerasan tersebut dibutuhkan selain karena permukaan sprocket yang

selalu bersinggungan dengan rantai, juga karena secara fungsi sprocket harus

mampu bekerja mentransmisikan tenaga dan putaran dengan beban tertentu. Namun

demikian, perlu diperhatikan bahwa nilai kekerasan 92 hingga 114 HRB merupakan

nilai kekerasan yang cukup tinggi, sehingga material dengan nilai kekerasan

tersebut merupakan material yang cukup getas, sedangkan sprocket harus tetap

memiliki sifat ulet untuk menjaganya dari patah pada saat bekerja. Oleh karena itu,

diperlukan proses perlakuan panas yang tepat agar sprocket dapat mencapai nilai

kekerasan antara 92 hingga 114 HRB pada permukaan, dan tetap memiliki sifat

yang lebih ulet pada bagian dalamnya.

Proses perlakuan panas (heat treatment) merupakan proses penting untuk

memperoleh karakteristik akhir dari benda kerja yang sesuai dengan fungsinya,

termasuk sprocket. Seperti yang telah dijelaskan bahwa sprocket harus memiliki

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

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

semua jenis proses pengerasan akan sesuai untuk menghasilkan sprocket yang

berkualitas. Proses pengerasan yang paling sesuai untuk sprocket adalah jenis

proses pengerasan permukaan (surface hardening). Pengerasan permukaan

merupakan salah satu jenis pengerasan dalam proses perlakuan panas yang dapat

mengeraskan benda kerja hanya pada bagian permukaannya. Dengan demikian,


Laurentius Ponang

5

kekerasaan benda kerja pada bagian dalam akan lebih rendah sehingga tetap

memiliki sifat yang ulet. Oleh karena itu, pengerasan permukaan sangat tepat untuk

diterapkan pada proses pengerasan sprocket.

Gambar 2.1 Sprocket

(Sumber: http://www.linngear.com/part-type/sprockets/)

2.2. Baja Karbon

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

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

terdapat beberapa unsur lain dengan prosentase yang sangat kecil. Pada umumnya,

unsur yang terkandung pada baja karbon adalah Si, Mn, S dan P. Keikutsertaan

material di dalam baja karbon seringkali disebut dengan ketidakmurnian.

2.3. Klasifikasi Baja Karbon Berdasarkan Kadar Karbon

Berdasarkan jumlah kadar karbon yang terkandung di dalamnya, baja karbon

diklasifikasikan menjadi baja karbon rendah, baja karbon sedang dan baja karbon

tinggi. Kadar karbon yang terkandung memberikan sifat dan karakteristik yang

berbeda – beda.

1. Baja Karbon Rendah

Baja karbon rendah memiliki kandungan karbon sejumlah 0,05% sampai

0,25%. Unsur karbon yang rendah menyebabkan baja karbon memiliki sifat yang

identik dengan besi murni. Baja karbon rendah ditinjau dari kekuatannya memiliki

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


Laurentius Ponang

6

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

mudah dibentuk, sedangkan untuk meningkatkan kekerasan pada permukaan dapat

dilakukan dengan proses karburisasi.

2. Baja Karbon Sedang

Baja karbon sedang memiliki kandungan karbon sejumlah 0,29% sampai

0,54%. Baja karbon sedang memiliki keuletan dan kekuatan yang dapat dikatakan

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

digunakan pada sebagian besar komponen mesin dan kendaraan bermotor.

3. Baja Karbon Tinggi

Baja karbon tinggi mengandung 0,55% sampai 0,95% karbon. Baja jenis ini

sangat kuat dan pada umumnya digunakan untuk material pegas (spring) serta kabel

– kabel dengan kekuatan tinggi. Sifat kekuatan yang tinggi secara otomatis

menyebabkan sifat ketangguhannya rendah. Dengan kata lain, baja karbon tinggi

merupakan material yang getas. Untuk meningkatkan sifat keuletannya dapat

dilakukan melalui proses tempering.

2.4. Struktur Mikro

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

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

logam berbeda karena adanya perbedaan unsur-unsur penyusun serta paduan yang

akan membentuk struktur mikronya. Unsur adalah material yang independen dan

murni tanpa pengotor atau unsur-unsur lain. Unsur-unsur tersusun atas atom-atom

yang mempunyai inti dan elektron.Inti atom bermuatan positif (+) yang terdiri dari

proton dan neutron, sedangkan elektron bermuatan negatif (-). Karena adanya

muatan ini setiap unsur akan saling tarik menarik sehingga mencapai kondisi yang

stabil atau netral (Supardi,1999). Karena adanya gaya tarik menarik antar atom,

maka atom-atom logam akan membentuk persenyawaan satu dengan yang lain.

Persenyawaan ini akan membentuk suatu bagan geometrik tertentu dalam keadaan

padat yang disebut sebagai kristalit. Bentuk geometri pada logam besi dan baja

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

seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2.


Laurentius Ponang

7

Gambar 2.2. Bentuk geometris kristal (Supardi, 1999)

2.4.1. Ferit

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

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

temperatur 723o C, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic). Pada suhu ruang,

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

magnetik sampai suhu 768o C. Sifat-sifat ferit adalah ketangguhan rendah, keuletan

tinggi, ketahanan korosi medium dan struktur paling lunak diantara diagram Fe3 –

C.

Gambar 2.3. Struktur mikro baja pada fasa ferit

2.4.2. Perlit

Fase perlit merupakan campuran mekanis yang terdiri dari dua fasa, yaitu ferit

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

kadar karbon 6,67%. Perlit merupakan struktur mikro dari reaksi eutektoidlamellar.


Laurentius Ponang

8

Perlit memiliki struktur yang lebih keras daripada ferit, terutama disebabkan oleh

fase sementit atau karbida dalam bentuk lamel – lamel.

Gambar 2.4. Struktur mikro baja pada fasa perlit

2.4.3. Sementit

Sementit atau karbida dalam sistem paduan berbasis besi adalah

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

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

sebenarnya dapat terurai menjadi bentuk yang lebih stabil yaitu Fe dan C sehingga

sering disebut sebagai fase metastabil. Namun, untuk keperluan praktis, fase ini

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

membentuk sifat-sifat mekanik akhir baja.

Sementit dapat berada di dalam sistem besi baja dalam berbagai bentuk

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

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

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

karbida, dikenal sebagai lintasan ferit 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 ferit rata-rata.


Laurentius Ponang

9
































Laurentius Ponang

10

Gambar 2.5. Struktur mikro baja pada fasa cementite

(Sumber: https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2008/Steel_Microstructure/SM.html)

2.4.4. Austenit

Fase austenit memiliki struktur atom FCC (Face Centered Cubic). Dalam

keadaan setimbang fase austenit ditemukan pada temperatur tinggi. Fase ini bersifat

non magnetik dan ulet pada temperatur tinggi. Kelarutan atom karbon di dalam

larutan padat austenit lebih besar jika dibandingkan dengan kelarutan atom karbon

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

intertisi di dalam fase austenit (atau kristal FCC) dan fase ferit (atau kristal BCC).

Perbedaan ini dapat digunakan untuk menjelaskan fenomena transformasi fase pada

saat pendinginan austenit yang berlangsung secara cepat.

Selain pada temperatur tinggi, austenit pada sistem ferrous dapat pula

direkayasa agar stabil pada temperatur ruang. Elemen-elemen seperti mangan dan

nikel misalnya dapat menurunkan laju transformasi dari gamma – austenit menjadi

alpha – ferit. Dalam jumlah tertentu elemenelemen tersebut akan menyebabkan

austenit stabil pada temperatur ruang.

Gambar 2.6. Struktur mikro baja pada fasa austenit



Laurentius Ponang

11

2.4.5. Martensit

Martensit adalah mikro konstituen yang terbentuk tanpa melalui proses difusi.

Konstituen ini terbentuk saat austenit didinginkan secara sangat cepat, melalui

proses pendinginan pada medium air. Transformasi berlangsung dengan sangat

cepat, mendekati orde kecepatan suara, sehingga tidak memungkinkan terjadi

proses difusi karbon. Transformasi martensit diklasifikasikan sebagai proses

transformasi tanpa difusi yang tidak tergantung waktu (diffusionless time-

independent transformation). Martensit yang terbentuk berbentuk seperti jarum

yang bersifat sangat keras dan getas.

Fase martensite adalah fase metastabil yang akan membentuk fase yang lebih

stabil apabila diberikan perlakuan panas. Martensit yang keras dan getas diduga

terjadi karena proses transformasi secara mekanik (geser) akibat adanya atom

karbon yang terperangkap pada struktur kristal pada saat terjadi transformasi

polimorf dari FCC ke BCC. Hal ini dapat dipahami dengan membandingkan batas

kelarutan atom karbon di dalam FCC dan BCC serta ruang intertisi maksimum pada

kedua struktur kristal tersebut.

Gambar 2.7. Struktur mikro baja pada fasa martensite


2.4.6. Bainit

Bainit merupakan fasa yang terjadi akibat transformasi pendinginan yang

sangat cepat pada fasa austenit ke suhu antara 250o - 550oC dan ditahan pada suhu


Laurentius Ponang

10
































Laurentius Ponang

5

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

Fe3C) non lamellar. Bainit merupakan struktur mikro campuran fasa ferit dan

sementit (Fe3C). Kekerasan bainit kurang lebih berkisar antara 300- 400 HVN

(Yogantoro, 2010).

2.5. Diagram Besi - Karbon (Fe-C)

Struktur mikro baja dapat dipahami melalui metalurgi baja karbon dengan

diagram besi karbon (Fe-C). Gambar 2 menunjukkan transformasi fasa yang terjadi

sebagai akibat dari perlakuan panas pada baja yakni pemanasan dan pendinginan.

Pada pendinginan di bawah A1 akan mempengaruhi struktur mikro baja (Higgins,

1999).

Gambar 2.8. Diagram fasa baja

(Sumber: http://www.calphad.com/iron-carbon.html)

2.6. Proses Perlakuan Panas

Dalam rangkaian proses manufaktur, proses perlakuan panas dilakukan

setelah benda kerja melewati berbagai rangkaian proses permesinan. Proses

perlakukan panas merupakan proses untuk menentukan sifat dan karakteristik akhir

dari suatu benda kerja. Proses perlakuan panas dilakukan dengan memanaskan

material hingga mencapai suhu tertentu, dan kemudian mendinginkannya pada

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

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


Laurentius Ponang

12

benda kerja yang telah ada. Proses perlakuan panas dapat digunakan untuk

mengembalikan dan memperbaiki sifat – sifat material yang hilang akibat proses

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

sebagainya.

Sebagian besar proses perlakuan panas dilakukan dengan pendinginan yang

lambat atau memperpanjang waktu pada saat peningkatan suhu. Kondisi tersebut

dilakukan untuk mencapai keseimbangan struktur dengan berpatokan pada diagram

keseimbangan fase. Parameter yang mempengaruhi proses perlakuan panas antara

lain suhu pemanasan, waktu penahanan dan media pendinginan.

2.6.1. Annealing

Proses anealling dilakukan untuk untuk mengurangi kekerasan atau kekuatan

material, menghilangkan tegangan dalam, memperbaiki ketangguhan,

mengembalikan keuletan serta mengembalikan sifat elektrik dan magnetik dari

material. Dalam proses aneling, baja hypoetectoid (kadar karbon kurang dari

0,77%) dipanaskan hingga mencapai suhu 30o – 60o C di atas suhu perubahan A3

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

suhu perubahan yang ditunjukan oleh garis Acm pada diagaram Fe-C. Secara umum,

proses aneling dilakukan agar material dapat lebih mudah dikerjakan pada proses

permesinan.

2.6.2. Normalising

Normalising dilakukan untuk memperbaiki atau menghilangkan struktur

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

suhu 60o C di atas garis perubahan A3 (hypoeutectoid) atau Acm (hypereutectoid),

kemudian ditahan pada suhu tersebut untuk menghasilkan struktur austenite yang

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

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

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

dihasilkan juga sangat bervariasi bergantung kepada ukuran dan bentuk dari


Laurentius Ponang

13

material tersebut, namun pada sebagian besar baja dihasilkan struktur perlit yang

baik dengan kelebihan ferit atau sementit.

2.6.3. Quenching / Hardening

Proses ini dilakukan untuk memperoleh kekerasan pada baja dengan cara

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

Proses tersebut akan merubah struktur mikro menjadi martensit. Terdapat beberapa

faktor yang mempengaruhi nilai kekerasan akhir. Faktor pertama adalah suhu

pemanasan. Suhu pemanasan pada baja karbon ditentukan berdasarkan prosentase

kadar karbon. Berdasarkan diagram Fe-C, untuk baja hypotectoid (< 0,8% C) suhu

pemanasan harus mencapai suhu kritis di atas garis A3, sedangkan untuk baja

hypertectoid (> 0,8% C) suhu pemanasan harus mencapai suhu kritis di atas haris

Acm. Dengan kata lain, suhu kritis tersebut dibutuhkan untuk menghasilkan

struktur austenite pada baja.

Faktor selanjutnya yang menentukan nilai kekerasan akhir adalah proses

pendinginan (quenching). Proses pendinginan akan merubah struktur austenite

pada baja menjadi struktur martensite. Kecepatan pendinginan untuk baja

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

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

pada prosentase kadar karbon yang terkandung. Kesalahan pada pemilihan kadar

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

menyebabkan nilai kekerasan tidak tercapai.

2.6.4. Stress Relieving

Proses stress relieving dilakukan untuk menghilangkan tegangan sisa pada

baja akibat proses pengelasan atau proses pembentukan dingin. Material

dipanaskan hingga mendekati suhu perubahan A1 atau pada kisaran suhu 550

sampai 650 C, tahan periode waktu tertentu, kemudian didinginkan secara perlahan.

Waktu penahanan suhu sangat bergantung pada dimensi dan bentuk, beberapa

sumber menyatakan untuk baja karbon waktu yang diperlukan adalah 1 jam pada

material dengan ketebalan 1 inchi. Akan tetapi, proses stress relieving tidak dapat

































Laurentius Ponang

5

diaplikasikan untuk menghilangkan tegangan sisa dari proses quenching yang

dilakukan setelah proses hardening dan tempering. Proses stress relieving

dilakaukan pada material tersebut dapat merusak kekerasan yang telah terbentuk.

2.7. Surface Treatment

Surface treatment merupakan suatu proses untuk menghasilkan sifat – sifat

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

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

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

juga harus dipertahankan pada bagian inti agar sprocket mampu menerima beban

tarik/tekan dan kejut saat bekerja.

Terdapat beberapa jenis metode yang diklasifikasikan sebagai proses

pengerasan permukaan, antara lain flame hardening, pengerasan induksi,

pengerasan sinar laser, karburisasi dan nitriding. Nilai kekerasan maksimal yang

dapat dicapai tergantung pada kandungan karbon sedangkan kedalaman kekerasan

bergantung kepada kedalaman pemanasan dan kemampuan untuk dikeraskan yang

dimiliki setiap material.

2.7.1. Flame Hardening

Flame hardening menggunakan api gas oxyacetylene (oksigen + asitelin)

untuk mencapai suhu permukaan yang cukup tinggi sehingga struktur austenit

kembali terbentuk. Area permukaan tersebut kemudian didinginkan menggunakan

media air sehingga akan dihasilkan permukaan yang lebih keras. Kedalaman

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

mencapai suhu 32000 C, tergantung rasio konsumsi antara oksigen dan asitelin.

2.7.2.Pemanasan secara Induksi

Pada proses pemanasan induksi (induction hardening), material ditempatkan

di dalam sebuah kumparan konduktor, dialiri listrik dengan arus AC. Perubahan

medan magnet akan menginduksi permukaan material tersebut dan kemudian

dipanaskan menggunakan hambatan listrik. Tingkat pemanasan akan sangat cepat


berlangsung dan dengan efisiensi yang tinggi. Pemanasan secara induksi sangat

cocok untuk mengeraskan permukaan ketika tingkat pemanasan dan kedalamannya

dapat dikontrol secara langsung melalui pengaturan arus dan frekuensi dari

generator.

2.7.3. Pemanasan Sinar Laser

Proses pemanasan sinar laser (laser beam hardening) digunakan untuk

menghasilkan permukaan yang keras pada material yang memiliki geometri

bervariasi. Pada proses ini biasanya seng atau mangan ditambahkan untuk melapisi

bagian permukaan baja untuk meningkatkan efisiensi ketika energi cahaya yang

dipancarkan pada baja berubah menjadi panas. Sinar laser dipancarkan pada

permukaan material, di mana ukuran sinar, intensitas sinar dan kecepatan

pemancaran ditentukan berdasarkan besar panas yang dimasukkan dan kedalaman

pemanasan itu sendiri. Sedangkan untuk proses pendinginan, pada umumnya

menggunakan media air atau oli, sekalipun pendinginan menggunakan udara pada

dasarnya sudah cukup efektif.

2.7.3. Nitriding

Pada prinsipnya, nitriding merupakan proses pelapisan permukaan baja

dengan nitrogen lewat pemanasan baja pada suhu 4800 – 6500 C. Nitrogen yang

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

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

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

dan korosi baik di lingkuang air, atau pun uap air. Nitriding biasanya dilakukan

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

dan Mo. Nitriding memerlukan waktu yang lebih lambat dibandingkan dengan

karburisasi.

2.7.4. Karburisasi

Karburisasi (carburizing) merupakan metode yang paling sering digunakan

dalam proses pengerasan permukaan. Karburisasi merupakan penambahan karbon


Laurentius Ponang

14

secara difusi dari sumber sumber karbon yang tinggi. Tujuan utama dari proses

karburisasi adalah untuk menambah kekerasan dan ketahanan aus pada lapisan

permukaan. Baja karbon rendah yang mengandung carbon antara 0,1% hingga

0,18% merupakan jenis baja yang sesuai dengan proses ini.

Berdasarkan sumber karbon, karburisasi diklasifikasikan menjadi karburisasi

padat (pack carburizing), karburisasi gas (gas carburizing) dan karburisasi cair

(liquid carburizing.) Tujuan utama dari proses carburazing adalah untuk menambah

kekerasan dan ketahanan aus pada lapisan permukaan. Kelompok baja karbon

rendah yang mengandung carbon antara 0,1% hingga 0,18% merupakan jenis baja

yang sesuai dengan proses ini.

a. Karburisasi Padat

Pada proses karburisasi padat (pack carburizing), komponen dibungkus

bersama dengan media padat yang mengadung karbon tinggi seperti arang, serbuk

karbon, atau tatal besi, dan kemudian dipanaskan pada oven selama 6 – 72 jam pada

suhu 900o C. Komponen carburisasi yang panas akan memproduksi gas CO, yang

akan bereaksi dengan logam, melepaskan karbon yang kemudian diserap oleh

austenit panas. Ketika jumlah karbon yang didifusi untuk kedalaman yang

ditentukan telah cukup, komponen yang dibungkus dikeluarkan dari oven.

Material yang telah melalui proses pemanasan tersebut kemudian

didinginkan. Perbedaan kadar karbon pada bagian permukaan dan inti akan

menyebabkan rata – rata kecepatan pendinginan berbeda dan menghasilkan sifat

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

mempengaruhi kecepatan pendinginan sehingga berpengaruh pula pada kualitas

karakteristik produk yang dihasilkan. Kandungan karbon pada permukaan yang

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

yang dilakukan. Kedalaman kekerasan yang dihasilkan pada umumnya tidak lebih

dari 1,5 mm.

Beberapa permasalahan yang ditemui pada proses pack karburisasi antara

lain, pemanasan yang tidak efisien, keseragaman temperatur yang tidak mudah

dikontrol dan waktu operasi yang cukup lama.


Laurentius Ponang

15

b. Karburisasi Cair

Secara prinsip proses karburasi cair hampir sama dengan proses karburisasi

padat. Yang menjadi perbedaan mendasar adalah sumber karbon yang digunakan

dalam proses karburasi. Pada karburasi cair ini, karbon berasal dari larutan garam

sianida (-CN). Larutan garam (molten salt) dan benda kerja dimasukkan secara

bersama ke dalam tabung reaksi untuk kemudian dipanaskan menggunakan oven

heat treatment hingga mencapai temperatur kerja antara 850 – 950o C. Pada

temperatur tersebut akan terjadi difusi karbon menuju permukaan benda kerja.

Larutan garam cair untuk karburisasi cair biasanya mengandung 20 – 40 % garam

sianida.

Waktu yang diperlukan untuk proses karburasi cair berkisar antara 10 hingga

40 menit, tergantung pada kadar sianida dan suhu kerja yang digunakan. Pengaturan

waktu dan suhu kerja akan sangat berpengaruh pada kedalaman pengerasan

permukaan yang dihasilkan. Karburasi cair ini mampu menghasilkan kekerasan

pada permukaan hingga kedalaman 6,35 mm. Akan tetapi, pada umumnya

kedalaman pengerasan yang dilakukan hanya berkisar pada 0,5 hingga 1,5 mm.

Proses karburasi cair dan sianiding merupakan proses yang secara prinsip

berbeda sekalipun memiliki kesamaan dalam penggunaan bahan kimia sianida.

Pada proses sianiding nitrogen yang diserap lebih besar dibandingkan dengan unsur

karbon itu sendiri. Selain itu, kedalaman pengerasan permukaan yang dihasilkan

pun lebih tipis.

c. Gas Carburizing

Pada proses pengerasan karburasi gas ini dilakukan dengan cara memanaskan

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

karbon yang mudah berdifusi pada temperatur karburisasi 900o – 950o C selama 3

jam.

Gas-gas pada temperatur karburisasi itu akan bereaksi menghasilkan karbon

aktif yang nantinya berdifusi ke dalam permukaan baja. Pada proses ini lapisan

hypereutectoid yang menghalangi pemasukan karbon dapat dihilangkan dengan

memberikan periode difusi, yaitu dengan menghentikan pengaliran gas tetapi tetap


Laurentius Ponang

16

mempertahankan temperatur pemanasan. Dengan demikian karbon akan berdifusi

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

Karburisasi dalam media gas lebih menguntungkan dibanding dengan

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

dan kandungan karbon pada lapisan permukaan dalam dikontrol lebih teliti.

Menurut B.H Amstead (1979: 153) mengatakan bahwa “proses karburisasi media

gas digunakan untuk memperoleh lapisan tipis antara 0,1 – 0,75 mm”.

2.8. Difusi

Difusi karbon terjadi karena atom bergerak ke dalam material secara

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

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

dan koefisen difusi tergantung pada temperatur, semakin tinggi temperatur semakin

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 yang

mempunyai kemampuan melarutkan karbon yang lebih besar daripada logam

dengan struktur kristal BCC. Hal tersebut juga dipengaruhi oleh faktor temperatur.

Bila suhu atau temperatur naik, atom-atom bergerak dengan energi yang lebih besar

sehingga atom mampu untuk berpindah tempat.

Jadi bila karbon ditambahkan kedalam besi, maka atom karbon akan

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

pengerasan permukaan yaitu pada temperatur pemanasan 8250 - 9250 C akan

mencapai maksimum yang ditunjukan oleh garis Acm. Bila kadar karbon yang

dilarutkan melebihi batasan maksimum, maka akan terbentuk fasa lain yaitu

austenit + sementit (Fe3C).

2.9. Pengujian Bahan

Pengujian bahan bertujuan untuk mengetahui karakteristik material dan

menganalisa kecacatan pada material tersebut. Secara garis besar pengujian

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


Laurentius Ponang

17

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

yang akan digunakan adalah pengujian merusak, antara lain pengujian tarik,

pengujian impak, pengujian kekerasan dan pengujian keausan. Pengujian tersebut

dilakukan untuk memperoleh sifat-sifat mekanis yang dibutuhkan, yaitu kekuatan,

kekerasan, ketangguhan dan ketahanan terhadap aus.

2.9.1. Pengujian Tarik

Uji tarik adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian ini

sesuai standar ASTM E8. Pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara

beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan

tersebut. Ini disebut daerah linier (linear zone). Di daerah ini, kurva pertambahan

panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut:

“rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan”

Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan.

Strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan.

" =$%(2.1)

dimana,

σ : Tegangan (N/m2 )

F : gaya tarik (N)

A: luas penampang (mm 2 )

+ =∆-

-. (2.2)

dimana,

ε : regangan

∆L : pertambahan panjang (mm)

Lo : panjang awal (mm)


Laurentius Ponang

18

Hubungan antara tegangan dan regangan dirumuskan:

/ =0

1(2.3)

Gambar 2.8 merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik.

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

regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama "Modulus Elastisitas" atau "Young

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

ini kerap disingkat kurva Stress-Strain.

Gambar 2.9. Kurva tegangan – regangan pada pengujian tarik

(Sumber: http://www.infometrik.com/2009/09/mengenal-uji-tarik-dan-sifat-sifat-

mekanik-logam/)

2.9.2. Pengujian Impact

Pengujian bahan adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji

kekuatan suatu bahan/material dengan cara memberikan beban gaya yang sesumbu.

Pengujian impak bertujuan untuk mengetahui kemampuan spesimen menyerap

energi yang diberikan. Pengujian impact merupakan salah satu proses pengukuran

terhadap sifat kerapuhan bahan. Sifat keuletan dari suatu bahan yang tidak dapat

terdeteksi oleh pengujian lain, jika dua buah bahan akan memiliki sifat yang mirip


Laurentius Ponang

19

sama namun jika diuji dengan impact test itu akan berbeda. Pengujian impak

dilakukan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap pembebanan kejut seperti

kerapuhan yang disebabkan oleh perlakuan panas atau sifat kerapuhan dari produk

tuangan serta pengaruh bentuk dari produk tersebut.

Pengujian impact merupakan respon terhadap beban kejut atau beban tiba-

tiba. Pengujian ini dilakukan pada mesin uji yang dirancang dengan memilki sebuah

pendulum dengan berat tertentu yang mengayun dari suatu ketinggian untuk

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

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

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

Charpy dan Izod, dirancang dan digunakan untuk mengukur energi impak yang

dikenal dengan ketangguhan takik. Spesimen charpy berbentuk batang dengan

penampang lintang bujur sangkar dengan takikan V oleh proses permesinan.

Pembebanan dalam proses pengujian pukul takik diberikan oleh ayunan

pendulum dengan berat G dan jarak terhadap sumbu putar R yang bergerak dari

ketinggian h1 pada sudut awal α.

Gambar 2.10. Skema pengujian impak charpy

(Sumber: Jurnal Imiah Teknik Mesin, Vol. 1, No. 2, Agustus 2013 , Universitas Islam, hal 45)

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

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


Laurentius Ponang

20

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

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

penunjuk yang telah dikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji. Energi terserap

juga dapat dituliskan dalam bentuk rumus :

/ = 3. 4 ℎ67ℎ8 = 49:9;<9=9>(?@ABCB, 2013: 18)

dimana :

E = energi terserap = tenaga untuk mematahkan benda uji (Joule)

m = massa pendulum (kg)

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

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

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

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

α = sudut jatuh (°)

β = sudut ayun (°)

Sehingga :

H9=49I3J9KL =/MN=4@LN=ON=9J(PBQRN)

SQ9OJNM93J9M4J9L9ℎ9MANMT9Q<@(338)

2.9.3. Pengujian Kekerasan

Pada umumnya, kekerasan menyatakan ketahanan terhadap deformasi dan

merupakan ukuran ketahanan logam terhadap deformasi plastik atau deformasi

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

diartikan sebagai ukuran kemudahan dan kuantitas khusus yang menunjukkan

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

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

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

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

lekukan yang banyak menarik perhatian dalam kaitannya dengan bidang rekayasa.


Laurentius Ponang

21

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

Vickers, Rockwell, Knoop, dan sebagainya.

2.9.3.1. Kekerasan Brinell

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

merupakan uji kekerasan lekukan yang pertama kali banyak digunakan serta

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

lekukan pada permukaan logam memakai bola baja yang dikeraskan yang ditekan

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

dan diameter lekukan diukur dengan mikroskop, setelah beban tersebut

dihilangkan. Permukaan yang akan dibuat lekukan harus relatif halus, rata dan

bersih dari debu atau kerak. Angka kekerasan Brinell (BHN) dinyatakan sebagai

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

pengukuran mikroskopik panjang diameter jejak. BHN dapat ditentukan dari

persamaan berikut:

UHV =W

XY2 (Y − Y8 − T8)

=2W

(XY)(Y − Y8 − T8)…………………(1)

dimana:

P = beban yang digunakan (kg)

D = diameter bola baja (mm)

d = diameter lekukan (mm)

Dari gambar 1, tampak bahwa d = DsinΦ . Dengan memasukkan harga ini ke

dalam persamaan (1) akan dihasilkan bentuk persamaan kekerasan Brinell yang

lain, yaitu:

UHV =W

X2 Y

8(1 − KBO\)……………………………………(2)


Laurentius Ponang

22

Gambar 2.11 Parameter-parameter dasar pada pengujuan kekerasan

Brinell (Dieter, 1987)

Jejak penekanan yang relatif besar pada uji kekerasan brinell memberikan

keuntungan dalam membagikan secara pukul rata ketidakseragaman lokal. Selain

itu, uji brinell tidak begitu dipengaruhi oleh goresan dan kekasaran permukaan

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

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

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

dapat menyebabkan kegagalan.

2.9.3.2. Pengujian Vikers

Uji kekerasan vickers menggunakan indentor piramida intan yang pada

dasarnya berbentuk bujursangkar. Besar sudut antar permukaan-permukaan

piramida yang saling berhadapan adalah 1360 . Nilai ini dipilih karena mendekati

sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antara diameter lekukan dan

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

kekerasan vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan.

Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal

jejak. VHN dapat ditentukan dari persamaan berikut:

]HV =2WO@M ^/2

T8=

1,854 WT8

dengan: P = beban yang digunakan (kg) d = panjang diagonal rata-rata (mm)

θ = sudut antara permukaan intan yang berhadapan = 1360


Laurentius Ponang

23

Karena jejak yang dibuat dengan penekan piramida serupa secara geometris

dan tidak terdapat persoalan mengenai ukurannya, maka VHN tidak tergantung

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

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

120 kg. tergantung pada kekerasan logam yang akan diuji. Hal-hal yang

menghalangi keuntungan pemakaian metode vickers adalah: (1) Uji ini tidak dapat

digunakan untuk pengujian rutin karena pengujian ini sangat lamban, (2)

Memerlukan persiapan permukaan benda uji yang hati-hati, dan (3) Terdapat

pengaruh kesalahan manusia yang besar pada penentuan panjang diagonal.

Gambar 2.12 Tipe-tipe lekukan piramid intan: (a) lekukan yang sempurna (b)

lekukan bantal jarum (d) lekukan berbentuk lonjong (Dieter 1987)

Lekukan yang benar yang dibuat oleh penekan piramida intan harus

berbentuk bujur sangkar (Gambar.3a). Lekukan bantal jarum (Gambar.3b) adalah

akibat terjadinya penurunan logam di sekitar permukaan piramida yang datar.

Keadaan demikian terjadi pada logam-logam yang dilunakkan dan mengakibatkan

pengukuran panjang diagonal yang berlebihan. Lekukan berbentuk tong

(Gambar.3c) akibat penimbunan ke atas logam-logam di sekitar permukaan

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

2.9.3.3. Pengujian Rockwell

Pengujian Rockwell mirip dengan pengujian brinell, yakni angka kekerasan

yang diperoleh merupakan fungsi derajat indentasi. Beban dan indentor yang

digunakan bervariasi tergantung pada kondisi pengujian. Berbeda dengan


Laurentius Ponang

24

pengujian Brinell, indentor dan beban yang digunakan lebih kecil sehingga

menghasilkan indentasi yang lebih kecil dan lebih halus. Banyak digunakan di

industri karena prosedurnya lebih cepat (Davis, Troxell, dan Wiskocil, 1955).

Indentor atau “penetrator” dapat berupa bola baja atau kerucut intan dengan

ujung yang agak membulat (biasa disebut “brale”). Diameter bola baja umumnya

1 /16 inchi, tetapi terdapat juga indentor dengan diameter lebih besar, yaitu 1 /8, 1

/4, atau 1 /2 inchi untuk bahan-bahan yang lunak. Pengujian dilakukan dengan

terlebih dahulu memberikan beban minor 10 kg, dan kemudian beban mayor

diaplikasikan. Beban mayor biasanya 60 atau 100 kg untuk indentor bola baja dan

150 kg untuk indentor brale. Mesikpun demikian, dapat digunakan beban dan

indentor sesuai kondisi pengujian.

Karena pada pengujian Rockwell, angka kekerasan yang ditunjukkan

merupakan kombinasi antara beban dan indentor yang dipakai, maka perlu

diberikan awalan huruf pada angka kekerasan yang menunjukkan kombinasi beban

dan penumbuk tertentu untuk skala beban yang digunakan.

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

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

B digunakan untuk pengujian dengan kekerasan medium seperti baja karbon rendah

dan baja karbon medium dalam kondisi telah dilunakkan. Range kekerasannya dari

0–100. Bila indentor bola baja dipakai untuk menguji bahan yang kekerasannya

melebihi B 100, indentor dapat terdefomasi dan berubah bentuk. Selain itu, karena

bentuknya, bola baja tidak sesensitif brale untuk membedakan kekerasan bahan-

bahan yang keras. Tetapi jika indentor bola baja dipakai untuk menguji bahan yang

lebih lunak dari B 0, dapat mengakibatkan pemegang indentor mengenai benda uji,

sehingga hasil pengujian tidak benar dan pemegang indentor dapat rusak.


Laurentius Ponang

25

Tabel 2.1. Skala kekerasan Rockwell dan huruf awalannya (Sumber: http://www.alatuji.com/article/det ail/3/what-is-hardness-test-uji- kekerasan-)


Laurentius Ponang

26

B. Tinjauan Pustaka

Darmanto (2006) melakukan penelitian tentang �PENGARUH HOLDING

TIME TERHADAP SIFAT KEKERASAN DENGAN REFINING THE CORE

PADA PROSES CARBURIZING MATERIAL BAJA KARBON RENDAH�.

Penelitian ini menggunakan arang batok kelapa sebagai unsur penambah karbon.

Waktu penahanan adalah 1, 2 dan 3 jam. Suhu yang digunakan adalah 900°C. Dari

penelitian ini disimpulkan bahwa sifat mekanis (kekerasan) material baja karbon

rendah akibat karburisasi semakin berkurang sebanding dengan kedalaman dari

permukaan. Sedangkan pengaruh waktu penahanan adalah semakin lama

penahanan kekerasannya semakin bertambah.

Masyrukan (2006), melakukan penelitian �PENAMBAHAN

KANDUNGAN UNSUR KARBON KE DALAM PERMUKAAN BAJA�.

Sumber karbon diperoleh dari arang kayu jati yang telah ditumbuk halus.

Temperatur yang digunakan selama proses pengarbonan adalah 900°C, dengan

variasi waktu penahanan 2, 4 dan 6 jam. Pengujian kekerasan yang telah dilakukan

terhadap material pengarbonan menghasilkan distribusi kekerasan dari permukaan

menuju inti, untuk masing- masing waktu penahanan yang berbeda. Sedangkan

hasil pengamatan foto struktur mikro dengan microscope Olympus

photomicrographic system dihasilkan foto struktur mikro untuk raw material dan

carburizing sama terdapat ferit dan perlit. Semakin lama proses carburizing,

semakin banyak pula kandungan perlitnya yang mengakibatkan semakin tingginya

tingkat kekerasan baja tersebut.

Joko Waluyo (2009), Melakukan penelitian tentang “PENGARUH

TEMPERATUR DAN WAKTU TAHAN PADA PROSES KARBURASI CAIR

TERHADAP KEKERASAN BAJA AISI 1025 DENGAN MEDIA

PENDINGINAN AIR”. Media yang digunakan untuk pengarbonan ini adalah

cairan garam, biasanya garam sianida (NaCN). Selain mengandung karbon, garam

ini juga mengandung nitrogen (N). Oleh sebab itu, selain terjadi proses

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

dipanaskan di atas suhu Ac1 dalam dapur garam cyanide sehingga karbon dan


Laurentius Ponang

27

nitrogen dapat berdifusi dalam lapisan luar. Baja karbon rendah dengan kadar

karbon (C) 0,15% umumnya dikeraskan dengan proses pencelupan. Selama proses

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

Bambang Kuswanto (2010), melakukan penelitian “PERLAKUAN PACK

CARBURIZING PADA BAJA KARBON RENDAH SEBAGAI MATERIAL

ALTERNATIF PISAU POTONG PADA PENERAPAN TEKNOLOGI TEPAT

GUNA”, kebutuhan komponen mesin yang berupa pisau potong dapat dijumpai

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

merupakan penerapan teknologi tepat yang digunakan sebagai material dasar (raw

materials) yang mampu dikeraskan dan membuat harganya lebih mahal. Maka dari

itu, diperlukan alternative material yang dapat digunakan sebagai pengganti agar

harganya lebih murah. Penelitian ini memerlukan penambahan karbon pada baja

karbon rendah melalui proses pack carburizing. Prosesnya dipanaskan

menggunkan temperatur 900°C dengan waktu penahanan dua jam, dari percobaan

ini disimpulkan bahwa telah terjadi difusi atom karbon (C) ke dalam struktur baja.

Hal ini ditunjukkan dengan adanya peningkatan nilai kekerasan permukaan

material dan dapat dilihat dengan perbandingan gambar struktur mikro. Dari hasil

yang diperoleh maka material baja karbon rendah dapat digunakan sebagai

alternatif pengganti material pisau potong yang lebih terjangkau dengan terlebih

dahulu dikenai perlakuan panas yaitu pack carburizing.

Nevada J. M. Nanulaitta, Alexander A. Patty (2011), melakukan penelitian,

“ANALISA NILAI KEKERASAN BAJA KARBON RENDAH (S35C) DENGAN

PENGARUH WAKTU PENAHANAN (HOLDING TIME) MELALUI PROSES

PENGARBONAN PADAT (PACK CARBURIZING) DENGAN

PEMANFAATAN CANGKANG KERANG SEBAGAI KATALISATOR”. Salah

satu proses perlakuan panas adalah proses karburasi (carburizing) yang bertujuan

untuk meningkatkan ketahanan aus dengan menambah kekerasan permukaan

logam. Pada penelitian ini material yang digunakan adalah palt baja S35C.

Menggunakan komposisi bubuk karbon (C) 60% dan cangkang kerang CaCO3 40%

sebagai katalisator proses karburasi. Hasil penelitian menunjukkan nilai kekerasan

secara berurutan dari nilai kekerasan yang paling tinggi adalah material dengan


Laurentius Ponang

28

presentase 60% karbon kayu jati dengan 40% CaCO3, material dengan presentase

70% karbon kayu jati dengan 30% CaCO3, material dengan presentase 80% karbon

kayu jati dengan 20% CaCO3, material dengan presentase 90% karbon kayu jati

dengan 10% CaCO3. Penelitian ini dapat disimpulkan bahwa proses pengerasan

dengan presentase 60% karbon kayu jati dengan 40% CaCO3 didapatkan nilai

kekerasan paling tinggi.


Laurentius Ponang

29

33

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Bagan Alur Penelitian

Diagram 3.1 Bagan alir penelitian


34

3.2. Persiapan Bahan dan Peralatan

3.2.1. Bahan

a. Spesimen / benda uji

Material yang diuji dalam penelitian ini merupakan sprocket sepeda motor Honda.

Sprocket yang diteliti terdiri dari 1 buah sprocket original dan 2 buah sprocket imitasi.

Material dasar dari ketiga jenis sprocket tersebut termasuk dalam golongan baja karbon

rendah dengan kadar karbon di bawah 0,2%. Jumlah spesimen untuk masing masing bahan

yang akan digunakan dalam pengujian adalah sebagai berikut :

1. 1 buah spesimen jenis sprocket original

2. 3 buah spesimen jenis sprocket imitasi A

3. 3 buah spesimen jenis sprocket imitasi B

Dimensi spesimen untuk setiap jenis sprocket disesuaikan dengan dimensi

awal dari sprocket.

b. Komposisi Larutan Garam Sianida

Pada proses karburasi cair ini, karbon yang akan didifusikan ke dalam benda

kerja berasal dari bahan kimia, yaitu K4(Fe)CN6 (potassium hexacyanoferrate).

Unsur karbon (C) yang terdapat pada potassium hexacyanoferrate akan terdifusi

ke dalam permukaan benda uji pada suhu austenit. Selain itu, agar unsur karbon

(C) dapat didifusikan dengan baik pada permukaan benda kerja, diperlukan bahan

kimia lain yaitu KCl (potassium chlorida) dan Na2CO3 (sodium carbonate).

Dengan begitu, rumus reaksi kimia dari bahan – bahan yang akan digunakan dalam

proses karburasi cair ini adalah sebagai berikut :

40% K4(Fe)CN6 + 25% KCl + 35% Na2CO3

Na2CO3 dan NaCl dalam proses ini berfungsi sebagai katalisator agar proses

difusi dapat berlangsung dengan lebih cepat dan efektif. Adapun penentuan kadar

untuk masing – masing bahan kimia mengacu pada buku ASM (American Standard

for Material) Handbook Volume 4. Berikut ini merupakan tabel komposisi larutan

garam sianida pada ASM Handbook Volume 4.


35

Tabel 3.1. Komposisi larutan pada karburasi cair – ASM Handbook Volume 4

Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa untuk penggunaan bahan potassium

chloride pada suhu carburasi 845o – 900o C kadar yang digunakan tidak lebih dari

25%. Selanjutnya, untuk penentuan kadar bahan potassium hexacyanoferrate

berkisar antara 10 hingga 40 %. Kandungan K4(Fe)CN6 yang melebihi 40 % akan

menimbulkan potensi terbentuknya kerak karbon (ASM Handbook Vol. 4).


36

Sedangkan penentuan kadar Na2CO3 lebih bersifat fleksibel menyesuaikan kadar

bahan kimia lain, pada penelitian ini kandungan Na2CO3 ditentukan sebesar 35%.

Gambar 3.1. Bahan – bahan kimia yang digunakan dalam proses karburasi

cair

3.2.2. Peralatan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Tabung reaksi, harus terbuat dari bahan non logam, tujuannya untuk

mencegah difusi karbon pada tabung pada saat karburasi berlangsung. Oleh karena

itu tabung reaksi yang akan digunakan pada proses ini terbuat dari bahan keramik.

Selain itu, bahan keramik juga tahan terhadap temperatur yang sangat tinggi.

Gambar 3.2. Tabung reaksi berbahan keramik


37

2. Oven Heat Treatment, menaikan temperatur benda kerja hingga

mencapai suhu 900oC, sehingga proses karburasi dapat terjadi. Pada proses ini

oven akan dipanaskan hingga mencapai suhu sekitar 750 sampai 900o Celcius.

Gambar 3.3. Oven Heat Treatment

3. Alat uji kekerasan Rockwell, digunakan untuk mendapatkan nilai

kekerasan benda uji original dan imitasi, baik sebelum proses karburasi atau

sesudahnya. Nilai kekerasan yang didapatkan akan berada pada satuan HRC

(Hardness Rockwell Number).

Gambar 3.4. Alat uji kekerasan Rockwell


38

4. Mikroskop, digunakan untuk mengamati perubahan struktur mikro yang

terjadi pada permukaan spesimen. Selain itu untuk mengamati kedalaman

pengerasan (depth of hardening) spesimen setelah dikenai proses karburasi cair.

Gambar 3.5. Mikroskop metallurgy

5. Neraca Digital, digunakan dalam pembuatan komposisi garam cair

(molten salt), agar perbandingan kadar bahan kimia yang digunakan dapat lebih

akurat.

Gambar 3.6. Neraca Digital

6. Dial Kaliper, digunakan untuk berbagai macam proses pengukuran

spesimen, baik ketika proses pembuatan spesimen maupun pengukuran spesimen

setelah melalui proses pengujian.

Gambar 3.7. Dial Caliper


39

7. Stopwatch, digunakan untuk mengontrol waktu penahanan (holding

time) saat spesimen dikenai proses normalizing dan karburasi cair.

Gambar 3.8. Stopwatch

8. Thermometer, digunakan dalam setiap proses perlakuan panas untuk

mengontrol setiap suhu pemanasan yang diperlukan.

Gambar 3.9. Thermometer Digital


40

9. Beaker Glass, digunakan untuk mengukur volume benda uji yang akan

dilakukan proses karburasi. Adapun gambar beaker glass tersebut ditunjukkan

pada Gambar

Gambar 3.10. Beaker Glass

10. Tang Penjepit, digunakan untuk menjepit mangkuk thermal saat

memasukkan atau mengeluarkan dari dalam oven atau tungku api. Adapun gambar

tang penjepit tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11. Tang Penjepit

11. Penjepit Spesimen, digunakan untuk menjepit benda uji saat dilakukan

pengetsaan dan menjepit benda uji pada proses pendinginan. Adapun gambar

penjepit benda uji tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12. Penjepit Spesimen


41

12. Hex Saw, digunakan untuk memotong benda uji. Pemotongan pada saat

pembuatan benda uji harus dilakukan secara manual, jika dilakukan dengan proses

permesinan nantinya dapat mengubah struktur mikro dari benda uji.

Gambar 3.13. Hex Saw

3.3. Proses Perlakuan Panas

Karena tujuan penelitian ini akan mengidentifikasi sejauh mana pengaruh

proses karburisasi cair terhadap peningkatan performa sprocket imitasi, maka

proses perlakuan panas merupakan langkah kunci dari penelitian ini. Proses

perlakuan panas yang dikenakan pada benda uji diharapkan akan mampu

memodifikasi struktur mikro yang membentuk sehingga akan meningkatkan

karakteristik yang dimiliki. Peningkatan karakteristik yang diinginkan tidak hanya

pada sifat kekerasannya akan tetapi juga nilai kekuatan, keuletan dan ketangguhan

yang memang diperlukan oleh sprocket.

3.3.1. Karburisasi Cair

Pada proses karburisasi cair, sebelum melakukan proses karburasi langkah

pertama yang perlu dilakukan adalah mempersiapkan larutan garam cair (molten

salt), yang terdiri dari 40% K4(Fe)CN6 (potassium hexacyanoferrate), 25% KCl

(potassium chloride), dan 35% Na2CO3 (sodium carbonate). Penentuan jumlah

larutan garam cair yang digunakan untuk mengacu pada Tabel 3.1, yaitu sebesar

1,76 gr/cm3 pada suhu kerja 900o C.

Bahan-bahan kimia tersebut dimasukkan bersama dengan spesimen uji ke

dalam tabung reaksi yang terbuat dari keramik. Meskipun proses ini disebut dengan


42

carburasi cair, namun bahan – bahan kimia tersebut pada awalnya berbentuk serbuk

dan baru akan berubah wujud menjadi cair pada temperatur 600o C.

Selanjutnya, tabung reaksi yang berisi spesimen dan garam cair dimasukkan

ke dalam oven listrik yang telah dipanaskan hingga mencapai suhu 900o C. Pada

proses karburasi cair ini, difusi carbon berlangung dengan lebih cepat jika

dibandingkan dengan proses karburasi padat. Penentuan temperatur karburasi dan

waktu penahanan akan menentukan kedalaman permukaan material yang

dikeraskan. Pada penelitian ini waktu penahanan bervariasi yaitu 15 menit, 30

menit, dan 45 menit untuk melihat seberapa besar pengaruh waktu terhadap

peningkatan kekerasan permukaan dan untuk melihat seberapa besar kedalaman

pengerasan permukaan yang dihasilkan.

3.4. Pengujian Spesimen

Beberapa jenis pengujian yang dilakukan pada penelitian ini antara lain,

pengujian tarik, pengujian kekerasan Rockwell dan pengamatan struktur mikro.

Setiap data pengujian didapat dari masing – masing spesimen kemudian akan

dibandingkan, sehingga akan diperoleh seberapa besar performa yang ditingkatkan

oleh spesimen setelah dikenai proses karburasi cair.

3.4.1. Pengujian kekerasan Rockwell

Dalam penelitian ini pengujian kekerasan dilakukan menggunakan metode

Rockwell, hal ini dikarenakan pengujian kekerasan Rockwell yang sederhana,

cepat dan tidak memerlukan mikroskop untuk mengukur jejak dari indentor. Pada

pengujian kekerasan Rockwell ini menggunakan skala B yang biasanya

diaplikasikan untuk material lunak, seperti paduan tembaga, paduan aluminium

dan baja lunak. Indentor yang digunakan yaitu bola baja dengan diameter 1/16

inchi dan beban total sebesar 100 kgf.

3.4.2. Pengamatan Struktur Mikro

Pengamatan struktur mikro dilakukan untuk mengamati peningkatan atau

perubahan struktur mikro akibat difusi karbon yang terjadi. Pada pengamatan ini

spesimen dipotong dalam arah tegak lurus batang poros (Metode Grossman).


43

Setelah proses pemotongan, bidang spesimen yang akan diamati dihaluskan

menggunakan amplas dengan mesh kasar hingga mesh paling halus (600, 1000,

1500, dan 2000) dan dilanjutkan dengan pemolesan dengan pasta yang

mengandung alumina. Langkah selanjutnya, material dietsa menggunakan larutan

Nital 2%-5% (Nitrit Acid 2% dan Alkohol 99%) selama kurang lebih 10 detik.

Setelah melalui tahapan tersebut, spesimen siap untuk diamati menggunakan

mikroskop.

3.5. Analisis Data

Secara garis besar, penelitian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar

peningkatkan performa sprocket imitasi setelah dikenai proses karburasi cair.

Peningkatan performa dapat diidentifikasi dari perubahan nilai kekerasan dan

kekuatan tarik melalui beberapa proses pengujian. Identifikasi dari data perubahan

sifat – sifat mekanis tersebut nantinya akan dilakukan dengan membandingkan

antara material sprocket original dan sprocket imitasi sesudah proses karburasi cair.

Dengan perbandingan kedua data yang ada, akan analisa apakah sprocket imitasi

yang telah dikenai proses karburasi cair memiliki performa yang meningkat, dan

juga akan dilakukan analisa seberapa besar peningkatan performa yang terjadi.

Analisa yang dilakukan tentunya tidak akan terlepas dari sifat atau karakteristik

umum yang diperlukan oleh sprocket itu sendiri.


43

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Data yang diambil dalam penelitian ini meliputi data pengujian komposisi,

data pengamatan struktur mikro dan data pengujian kekerasan. Selanjutnya, akan

dilakukan perbandingan data spesimen sprocket sebelum dan sesudah dikenai

proses karburisasi cair untuk kemudian menganalisa keterkaitan antar data yang

telah diperoleh.

4.1. Data Hasil Uji Komposisi

Pengujian komposisi dilakukan di PT. ITOKOH Ceperindo terhadap ketiga

jenis sprocket, yakni sprocket original, sprocket imitasi putih, dan sprocket imitasi

hitam. Pengujian komposisi dilakukan baik sebelum dan sesudah sprocket imitasi

dikenai proses karburising untuk melihat pengaruh proses karburisasi cair terhadap

perubahan komposisi bahan, terutama terhadap komposisi kadar karbon (C).

4.1.1. Data Pengujian Komposisi sebelum Proses Karburisasi cair

Adapun data komposisi ketiga jenis sprocket sebelum dikenai proses

perlakuan panas ditunjukkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Data Uji Komposisi Bahan Sebelum Karburisasi

Jenis Sprocket Komposisi

Fe C Si Cr Mn Cu

Original 98,83% 0,17% 0,2% 0,017% 0,86% 0,013%

Imitasi Putih 99,27% 0,11% 0,10% 0,013% 0,38% 0,013%

Imitasi Hitam 99,26% 0,14% 0,15% 0,017% 0,35% 0,017%

Berdasarkan data uji komposisi bahan, ketiga jenis sprocket memiliki

kandungan karbon di bawah 0,29%, yang berarti ketiganya masuk dalam kelompok

baja karbon rendah.


44

4.1.2. Data Pengujian Komposisi setelah Proses Karburisasi Cair

Setelah dilakukan proses karburisasi cair pada sprocket jenis imitasi, proses

pengujian komposisi kembali dilakukan untuk melihat kenaikan kadar karbon yang

terdifusi. Pengujian komposisi bahan dilakukan untuk memperkuat hasil

pengamatan struktur mikro. Pengujian komposisi dilakukan pada spesimen

sprocket imitasi putih yang telah dikarburisasi dengan waktu penahanan 30 menit.

Tabel 4.2. Data Uji Komposisi Spesimen setelah Proses Karburisasi

Jenis Sprocket Komposisi

Fe C Si Cr Mn Cu

Imitasi Putih 98,4% 0,87% 0,16% 0,03% 0,36% 0,016%

Data pengujian komposisi terhadap spesimen sprocket imitasi putih dengan

waktu penahanan 30 menit menunjukkan bahwa karbon yang terkandung di

dalamnya berjumlah 0,87%. Jumlah karbon tersebut meningkat cukup pesat dari

jumlah karbon awal. Dengan meningkatnya jumlah karbon menjadi 0,87%

mengindikasikan bahwa proses karburisasi yang dilakukan telah berhasil. Jumlah

kandungan karbon akan berpengaruh terhadap susunan struktur mikro dan nilai

kekerasan material. Secara teori, semakin banyak jumlah karbon maka nilai

kekerasan suatu material akan semakin meningkat. Pernyataan tersebut akan

dibuktikan pada tabel hasil pengujian kekerasan.

Selain itu, dari jumlah karbon yang terkandung di dalam spesimen setelah

proses karburisasi cair dapat diketahui bahwa spesimen berada di wilayah baja

karbon hypereutectoid. Hypereutectoid merupakan jenis baja karbon yang memiliki

kandungan karbon di atas 0,8%. Baja karbon hypeeurtecoid sendiri memiliki

struktur mikro yang terdiri dari perlit dan sementit. Teori tersebut akan digunakan

sebagai dasar pada pengamatan struktur mikro.


45

4.2. Hasil Pengamatan Struktur Mikro

Pengamatan struktur mikro dilakukan untuk melihat jenis struktur yang

terbentuk pada permukaan sprocket dan perubahannya setelah mengalami proses

karburisasi cair. Pengamatan dilakukan pada setiap jenis sprocket. Kemudian,

untuk melihat kedalaman pengerasan permukaan yang terbentuk akibat proses

karburisasi, pengamatan dilakukan pada potongan spesimen pada arah melintang.

4.2.1 Pengamatan Struktur Mikro Pada Permukaan Spesimen

Berikut ini merupakan hasil pengamatan struktur mikro awal dari kedua

sprocket imitasi yang ditunjukkan pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3.

Gambar 4.1. Struktur Mikro Permukaan Sprocket Imitasi Putih Sebelum

Karburisasi

Gambar 4.2. Struktur Mikro Permukaan Sprocket Imitasi Hitam Sebelum

Karburisasi


46

Pengamatan struktur mikro menunjukkan bahwa pada sprocket imitasi putih

didominasi oleh fasa ferit, dapat dilihat pada Gambar 4.2. Kadar karbon yang

terdapat di dalam sprocket imitasi sangat sedikit, sehingga seluruh atom karbon

larut ke dalam atom – atom Fe membentuk larutan padat intersisi yang disebut ferit.

Hal tersebut diperkuat dengan hasil pengujian kekerasan awal pada sprocket imitasi

putih yang menunjukkan nilai kekerasan yang rendah, ditunjukkan pada Tabel 4.3.

Pada sprocket imitasi hitam, pengamatan struktur mikro menunjukkan

struktur mikronya terdiri dari fasa ferite dan perlit yang lebih banyak. Karbon yang

terkandung di dalamnya sebagian larut ke dalam atom Fe membentuk fasa ferit dan

sebagian membentuk fasa perlit. Fasa perlit memiliki sifat yang lebih keras

dibandingkan dengan fasa ferit. Hal tersebut sesuai dengan nilai kekerasan sprocket

imitasi hitam yang lebih tinggi dibanding sprocket imitasi putih.

Secara umum, pengamatan struktur mikro kedua jenis sprocket imitasi

menunjukkan bahwa keduanya terdiri dari ferit dan perlit. Hasil pengamatan ini

sangat sesuai dengan hasil pengujian komposisi di mana kedua jenis ini berada di

wilayah baja karbon hypoeutectoid yang memiliki kandungan karbon kurang dari

0,8%. Baja karbon hypoeutecoid terdiri dari struktur ferit dan perlit, sesuai dengan

hasil pengamatan yang dilakukan pada penelitian ini.

Pengamatan struktur mikro kedua jenis sprocket imitasi setelah proses

karburisasi cair ditunjukkan pada Gambar 4.4 hingga Gambar 4.10. Pengamatan

struktur mikro dilakukan pada masing – masing spesimen untuk setiap variasi

waktu penahanan, yakni 15 menit, 30, menit dan 45 menit.

Gambar 4.3. Struktur Mikro Permukaan Sprocket Imitasi Putih Setelah Karburisasi

Selama 15 Menit


Selama 30 Menit


47

Pengamatan struktur mikro terhadap sprocket imitasi hitam dan putih setelah

karburisasi cair menunjukkan perubahan dari kondisi awal. Pada spesimen yang

dikarburisasi selama 15 menit dan 30 menit terbentuk struktur martensit, baik pada

spesimen imitasi putih maupun hitam. Hal tersebut dikarenakan spesimen


Selama 45 Menit

Gambar 4.6. Struktur Mikro Permukaan Sprocket Imitasi Hitam Setelah Karburisasi

Selama 15 Menit


Selama 30 Menit


Selama 45 Menit


48

dipanaskan di dalam oven hingga mencapai suhu austenit (900oC), kemudian

didinginkan secara tiba – tiba hingga mencapai suhu ruangan sehingga terbentuklah

martensit. Selain disebabkan karena pendinginan cepat, martensit hanya akan

terbentuk apabila kandungan karbon yang terdapat di dalam spesimen lebih dari

0,2% (“Solid State Phenomena”, 2011).

Hasil pengamatan struktur mikro tampak berbeda pada spesimen imitasi

dengan yang dikarburisasi selama 45 menit. Pengamatan pada kedua jenis spesimen

menunjukkan bahwa martensit dikelilingi oleh garis – garis hitam yang tampak

seperti batas butir. Garis – garis tersebut merupakan retained austenit (austenit sisa)

yang terbentuk akibat kandungan karbon yang tinggi. Struktur martensit yang

dikelilingi austenit sisa merupakan jenis plate martensit (martensit plat). Plate

martensit akan terbentuk apabila material memiliki kandungan karbon lebih dari

1,08% (“Investigation On The Morphology Of Martensit In Carbon Steels”, 1996).

4.2.2. Pengamatan Struktur Mikro pada Lapisan Spesimen

Proses surface hardening treatment seperti karburisasi cair yang dilakukan

pada penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kekerasan material dengan

mendifusikan karbon pada permukaan. Pada setiap proses karburisasi karbon akan

terdifusi menuju permukaan dengan kedalaman tertentu. Kedalaman karbon yang

terdifusi dipengaruhi oleh waktu penahanan pada saat proses karburisasi.

Metode yang digunakan untuk menghitung kedalaman lapisan karbon adalah

dengan membandingkan perbesaran kawat kalibrasi untuk menentukan skala

perbesaran mikroskop. Kawat kalibrasi yang memiliki ukuran diameter aktual

sebesar 0,11 mm diamati menggunakan mikroskop. Selanjutnya, dilakukan

pengukuran terhadap diameter kawat yang tampak pada mikroskop. Untuk

mengetahui skala perbesaran mikroskop, ukuran diameter kawat yang tampak pada

mikroskop dibagi dengan ukuran diameter kawat aktual. Perhitungan skala

perbesaran mikroskop untuk lensa okuler M10 dan M20 adalah sebagai berikut :

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

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

o Perbesaran lensa M10 = d1 : D è 15 : 0,11 = 136,364 (kali)


49

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

o Perbesaran lensa M20 = d2 : D è 30 : 0,11 = 272,727 (kali)

Contoh perhitungan kedalaman lapisan pada sprocket imitasi putih setelah

karburisasi selama 15 menit (Gambar 4.9).

• Kedalaman lapisan hasil pengukuran = 45 mm

• Skala Perbesaran (Lensa M20) = 272,727

• Kedalaman lapisan aktual è 45 : 272,727 = 0,165 mm

Hasil pengamatan terhadap kedalama lapisan karbon yang terdifusi pada

setiap spesimen ditunjukkan pada Gambar 4.9 hingga Gambar 4.14.

Gambar 4.9. Lapisan Karburisasi Sprocket Imitasi Putih selama 15 Menit

Gambar 4.10. Lapisan Karburisasi Sprocket Imitasi Putih selama 30 Menit

Gambar 4.11. Lapisan Karburisasi Sprocket Imitasi Putih selama 45 Menit (Lensa M10)


50

Hasil pengamatan struktur mikro terhadap sprocket imitasi putih

menunjukkan peningkatan kedalaman lapisan karbon mulai dari karburisasi selama

15 menit, 30 menit dan 45 menit. Pada proses karburisasi selama 15 menit,

kedalaman lapisan sebesar 0,165 mm, pada 30 menit sebesar 0,23 mm sedangkan

pada 45 menit sebesar 0,35 menit. Begitu pula dengan sprocket imitasi hitam.

Kedalaman permukaan sprocket imitasi hitam terus meningkat mulai dari

karburisasi selama 15 menit hingga 45 menit. Kedalaman lapisan yang terbentuk

adalah sebesar 0,23 mm untuk karburisasi selama 15 menit, untuk karburisasi

selama 30 menit lapisan yang terbentuk sedalam 0,25 mm dan 0,35 mm untuk

lapisan sprocket imitasi hitam dengan karburisasi selama 45 menit.

Gambar 4.12. Lapisan Karburisasi Sprocket Imitasi Hitam selama 15 Menit

Gambar 4.13. Lapisan Karburisasi Sprocket Imitasi Hitam selama 30 Menit

Gambar 4.14. Lapisan Sprocket Imitasi Hitam selama 45 Menit (M10)


51

Peningkatan kedalaman lapisan untuk masing – masing spesimen

menunjukkan perbedaan kadar karbon yang berhasil didifusikan menuju

permukaan spesimen. Semakin lama waktu penahanan kedalaman lapisan semakin

bertambah, maka kadar karbon yang terserap juga semakin meningkat seiring

dengan penambahan waktu penahanan pada saat proses karburisasi.

4.3. Hasil Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan pada penelitian ini menggunakan alat uji kekerasan

Rockwell. Pengujian kekerasan Rockwell dilakukan dengan ketentuan sebagai

berikut:

• Skala Pengujian : B (HRB)

• Jenis Indentor : Bola, diameter 1/16 inchi

• Beban Penekanan : 100 kgf

• Pengujian dilakukan masing masing sebanyak 5 kali pada setiap

spesimen dengan penentuan titik uji secara acak.

Ilustrasi pengujian kekerasan menggunakan alat uji kekerasan Rockwell

ditunjukkan pada Gambar 4.9 di bawah ini.

Gambar 4.15. Ilustrasi Pengujian Kekerasan Rockwel dengan Indentor Bola

4.3.1. Pengujian kekerasan sebelum proses karburisasi cair.

Berikut ini data pengujian kekerasan sprocket pada kondisi awal sebelum

dikenai proses karburisasi cair.


52

Tabel 4.3 Data Pengujian Kekerasan Spesimen Sprocket Original

Nomor Spesimen Titik Uji Nilai Kekerasan (HRB)

Nilai Kekerasan Rata - rata (HRB)

O.1

A 102.46

105.594 B 106.62 C 104.18 D 104.44 E 110.27

O.2

A 98.15

105.298 B 110.52 C 106.26 D 109.15 E 102.41

O.3

A 108.8

106.056 B 106.77 C 98.69 D 109.76 E 106.26

Tabel 4.4. Data Pengujian Kekerasan Spesimen Sprocket Imitasi Putih Sebelum

Karburisasi


Nilai Kekerasan Rata - rata

(HRB)

P.1

A 64.59

62.148 B 60.03 C 59.78 D 64.59 E 61.75

P.2

A 64.59

61.754 B 61.75 C 62.92 D 59.73 E 59.78

P.3

A 61.25

61.532 B 63.07 C 60.69 D 61.2 E 61.45


53

Tabel 4.5. Data Pengujian Kekerasan Spesimen Sprocket Imitasi Hitam Sebelum

Karburisasi


Nilai Kekerasan Rata - rata (HRB)

H.1

A 70.57

70.088 B 73.67 C 67.28 D 69.36 E 69.56

H.2

A 74.63

70.228 B 70.37 C 68.6 D 69.86 E 67.68

H.3

A 74.43

71.466 B 75.69 C 70.73 D 68.44 E 68.04

Dari data pengujian kekerasan rockwell terhadap ketiga jenis sprocket

diketahui bahwa nilai kekerasan rata – rata pada sprocket original memiliki nilai

kekerasan paling tinggi yaitu 105.65 HRB, sedangkan pada sprocket imitasi putih

dan hitam masing – masing memiliki nilai kekerasan rata - rata sebesar 61,81 dan

70,59 HRB. Data pengujian kekerasan tersebut sesuai dengan data hasil pengujian

komposisi dimana sprocket jenis original memiliki kandungan karbon sebesar

0,7%, sprocket imitasi putih dengan kandungan karbon sebesar 0,11% dan sprocket

imitasi hitam dengan kandungan karbon 0,14%. Semakin banyak karbon yang

terkandung dalam suatu material maka nilai kekerasannya semakin bertambah.


54

4.3.2. Pengujian kekerasan spesimen setelah proses karburisasi cair.

Berikut ini data pengujian kekerasan dari sprocket jenis imitasi putih dan

hitam setelah dikenai proses karburisasi cair.

Tabel 4.6. Data Pengujian Kekerasan Sprocket Imitasi Putih Setelah Proses

Karburisasi.

Holding Time at 900 Celcius (menit) Titik Uji

Nilai Kekerasan

(HRB)


(HRB)

Presentasi Kenaikan Kekerasan

(%)

15’

A 96

93.2 51% B 90.4 C 93.67 D 93.67 E 92.26

30’

A 99.17

99.87 62% B 104.86 C 99.17 D 97.00 E 99.17

45’

A 103

103.4 67% B 104 C 103 D 103 E 104

Data pengujian kekerasan diperoleh dari spesimen imitasi putih setelah

dikenai proses karburisasi cair dengan variasi waktu selama 15 menit, 30 menit dan

45 menit. Pada spesimen imitasi putih setelah karburisasi 15 menit nilai kekerasan

meningkat menjadi 93,2 HRB atau sebesar 51%. Pada karburisasi dengan waktu

penahan selama 30 menit, terjadi peningkatan menjadi 99,87 HRB atau sebesar

62% dan untuk waktu penahanan selama 30 menit nilai kekerasan meningkat

menjadi 103,4 HRB atau sebesar 67%. Data tersebut menunjukkan bahwa waktu

penahanan selama proses karburisasi cair berpengaruh terhadap nilai kekerasan

material yang dihasilkan. Semakin lama waktu penahan nilai kekerasan material

semakin tinggi. Hal tersebut disebabkan oleh jumlah karbon yang terdifusi. Difusi

karbon akan semakin besar ketika waktu penahanan semakin lama, dimana jumlah

karbon berpengaruh terhadap nilai kekerasan material.


55

Tabel 4.7. Data Pengunjian Kekerasan Sprocket Imitasi Hitam Setelah Proses

Karburisasi.

Holding Time at 900 Celcius

(menit) Titik Uji

Nilai Kekerasan

(HRB)


(HRB)

Presentasi Kenaikan Kekerasan

(%)

15'

A 104.86

105.03 49% B 106.57 C 104.86 D 104.00 E 104.86

30'

A 108

109.2 55% B 109 C 110 D 110 E 109

45'

A 112.22

112.9 60% B 113.33 C 112.22 D 112.22 E 114.5

Data pengujian kekerasan terhadap kekerasan Rockwell terhadap sprocket

imitasi hitam menunjukkan nilai yang lebih tinggi dibanding pada spesimen imitasi

putih baik pada waktu penahanan 15 menit, 30 menit maupun 45 menit. Pada waktu

penahan selama 15 menit, nilai kekerasan rata – rata yang diperoleh adalah sebesar

105,03 HRB atau terjadi peningkatan kekerasan sebesar 49%. Nilai kekerasan

meningkat menjadi 109,2 HRB atau 55% pada waktu penahanan 30 menit

sedangkan waktu penahanan 45 menit menyebabkan kekerasan sproket imitasi

hitam meningkat menjadi 109,04 HRB atau sebesar 60% dari nilai kekerasan awal

yakni sebesar 70,59%.

Proses karburisasi cair pada sprocket imitasi hitam meningkatkan nilai

kekerasan rata – rata meningkat melebihi nilai kekerasan sprocket original yang

memiliki nilai kekerasan sebesar 105,65 HRB. Bahkan pada waktu penahanan

selama 15 menit kekerasan yang dicapai telah menyentuh angka 105 HRB

mendekati nilai kekerasan sprocket original sebesar 105,65 HRB. Spesimen dengan

waktu penahanan 30 dan 45 menit telah mencapai kekerasan di atas nilai kekerasan

di atas nilai kekerasan rata – rata sprocket original.


56

Grafik 4.1. Peningkatan nilai kekerasan setiap jenis sprocket setelah proses

karburisasi

Waktu penahanan (holding time) merupakan salah satu parameter penting

dalam proses perlakuan panas termasuk pada proses karburisasi cair. Pada proses

karburisasi cair, penahanan dilakukan setelah oven mencapai suhu perubahan Ac1

atau suhu Austenit (900o C) . Grafik 4.1 menunjukkan bagaimana waktu penahanan

berpengaruh terhadap kenaikan nilai kekerasan sprocket. Semakin lama waktu

penahanan yang dilakukan pada proses karburisasi, maka kekerasan akan semakin

meningkat seiring dengan jumlah kadar karbon yang terdifusi ke dalam material.

Pada sprocket imitasi hitam nilai kekerasan yang dihasilkan lebih tinggi

dibandingkan dengan sprocket imitasi hitam baik pada waktu penahanan 15 menit,

30 menit, maupun 45 menit. Hal tersebut disebabkan karena sprocket imitasi hitam

memiliki potensial karbon yang lebih besar dibandingkan pada sprocket imitasi

putih seperti ditunjukkan pada tabel pengujian komposisi (Tabel 4.1). Sprocket

imitasi putih yang memiliki potensial karbon 0,11% atau paling rendah dibanding

kedua jenis sprocket lain sebenarnya mengalami peningkatan kekerasan yang


57

cukup signifikan, namun masih di bawah nilai kekerasan sprocket original.

Kenaikan nilai kekerasan tertinggi terjadi pada waktu penahanan 45 menit, sebesar

103,4 HRB.

Sprocket imitiasi hitam yang telah dikarburisasi selama 15 menit pada

dasarnya telah mampu menyamai nilai kekerasan sprocket original. Nilai kekerasan

sprocket imitasi hitam dengan waktu penahanan 15 menit berada di angka 105

HRB, sama seperti nilai kerasan rata – rata sprocket original. Sedangkan untuk

sprocket imitasi putih, pada waktu penahanan yang sama (15 menit) nilai

kekerasannya sebesar 93,2 HRB, lebih rendah dibanding nilai kekerasan sprocket

imitasi hitam. Kondisi tersebut disebabkan karena sprocket imitasi hitam memiliki

potensial karbon yang lebih tinggi dibandingkan dengan sprocket imitasi putih,

sehingga nilai kekerasan yang diperoleh pada setiap waktu penahanan lebih tinggi

dibanding sprocket imitasi putih.


58

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan, dapat

diambil beberapa kesimpulan antara lain :

1. Proses liquid carburizing dengan menggunakan garam sianida yang

berupa campuran dari K4(Fe)CN6 40%, KCl 5% dan Na2CO3 35% diikuti

pendinginan dengan media pendingin air dapat meningkatkan kekerasan

permukaan sprocket imitasi.

2. Peningkatan nilai kekerasan spesimen sprocket imitasi putih lebih rendah

dibandingkan peningkatan pada spesimen sprocket imitasi hitam baik pada waktu

penahanan 15 menit, 30 menit, maupun 45 menit.

3. Sprocket imitasi hitam mampu mencapai nilai kekeraan yang setara

dengan sprocket original pada waktu penahanan karburasi selama 15 menit,

sedangkan sprocket imitasi putih membutuhkan waktu penahanan 45 menit untuk

memperoleh nilai kekerasan setara dengan sprocket original

4. Proses karburasi menyebabkan perubahan struktur mikro dari perlit dan

ferit menjadi martensit.

5. Proses karburasi meningkatkan kadar karbon sprocket imitasi putih yang

memiliki potensial karbon terendah yakni 0,11% C menjadi 0,87% C.

5.2 Saran

Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, penulis menyarankan

beberapa hal antara lain:

1. Hasil karburasi cair akan lebih optimal apabila menggunakan oven heat

treatment yang mampu menjaga temperatur secara stabil.

2. Tabung reaksi yang digunakan sebagai wadah sebaiknya berbahan dasar

porseline karena seringkali tabung reaksi berbahan keramik tidak mampu bertahan

pada temperatur tinggi. Selain itu, tabung reaksi yang digunakan sebaiknya dapat


59

3. benar – benar tertutup rapat agar karbon tidak berikatan dengan oksigen

dan dapat terdifusi dengan lebih optimal menuju permukaan benda kerja.

4. Untuk mendapatkan kekerasan yang lebih tinggi dapat dilakukan dengan

meningkatkan temperatur, waktu, dan memperbanyak prosentase garam sianida.

5. Perlu dipersiapkan alat penjepit untuk mengeluarkan benda kerja dari

oven agar oksidasi dapat terhindar pada saat akan melakukan pendinginan.


60

DAFTAR PUSTAKA

Ant. Suroto & B.Sudibyo. Ilmu Logam, Metallurgy. Surakarta. 2012

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

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

Refining The Core pada Proses Carburizing Material Baja Karbon Rendah.

11 Maret 2017.

Dieter, G.E., 1987, Metalurgi Mekanik, terj. Sriati D., Erlangga, Jakarta, hal. 6.

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

Ebhota Williams S, Ademola Emmanuel, Oghenekaro Peter. (2014). Fundamentals

of Sprocket Design and Reverse Engineering of Rear Sprocket of a Yamaha

CY80 Motorcycle. International Journal of Engineering and Technology

Volume 4. National Engineering Design Development Institute, Nigeria.

Jet-Journal.org. 4 April 2017.

George E. Diepiter Jr. Metallurgy and Metallurgical Enginering Series, New York.

1961

Jaleel Kareem Ahmad, International Journal of Materials Science and

Applications, 2015; 4(2-1): 11 – 14

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

Kekerasan Sproket Speda Motor. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas

Sanata Dharma. Yogyakarta.

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

Pengaruh Proses Pengarbonan dari Arang Kayu Jati. Universitas

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

Maret 2017.


61

McCormick Place. Heat Treatment and Surface Enginering. Chicago. Illinois. 1998

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

Karbon Rendah (S35c) dengan Pengaruh Waktu Penahanan (Holding

Time) Melalui Proses Pengarbonan Padat (Pack Carburizing) dengan

Pemanfaatan Cangkang Kerang sebagai Katalisator. 11 Maret 2017.

Norman E. Dowling. Mechanical Behaviour of Matterials. United States. 2013

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

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

Rochim Suratman. (1994). Paduan Proses Perlakuan Panas. Institut Teknologi

Bandung.

Setyahandana, B., Materi Kuliah Bahan Teknik Manufaktur, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

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

Material. Erlangga, Jakarta.

Surdia, Tata.and Shinroku S., 1999, Pengetahuan Bahan Teknik, cetakan keempat, PT. Pradnya Paramita, Jakarta

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

London and Boston.

Waluyo Joko. (2009). Pengaruh Temperatur dan Waktu Tahan pada Proses

Karburasi Cair terhadap Kekerasan Baja Aisi 1025 dengan Media

Pendinginan Air. 11 Maret 2017.

Yang Yan-Hui at al. Microstructure and Mechanical Properties of Gear Steels after

High Temperature Carburization. 2013.


62

Lampiran

Lampiran 1. Pengujian Komposisi Sprocket Original


63

Lampiran 2. Pengujian Komposisi Sprocket Imitasi Putih sebelum Karburisasi


64

Lampiran 3. Pengujian Komposisi Sprocket Imitasi Hitam sebelum Karburisasi


65

Lampiran 4. Pengujian Komposisi Sprocket Imitasi Putih setelah Karburisasi

selama 30 menit


PENINGKATAN KEKERASAN SPROCKET IMITASI MELALUI...

Documents

Transcript of PENINGKATAN KEKERASAN SPROCKET IMITASI MELALUI...