i

TUGAS AKHIR

STUDI SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA KARBON

RENDAH HASIL KARBONISASI SERBUK ARANG KAYU

KAMPER (CINNAMOMUM CAMPHORA) 200 MESH DAN

HASIL SHAKER MILL

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh :

AAN HERI SETIAWAN

NIM : D200120040

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2019

i

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir yang

berjudul “STUDI SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA KARBON RENDAH

HASIL KARBONISASI SERBUK ARANG KAYU KAMPER

(CHINNAMOMUM CAMPHORA) 200 MESH DAN HASIL SHAKER MILL”

yang di buat sebagai memenuhi syarat memperoleh derajat sarjana S1

pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau

duplikasi dari skripsi yang sudah di publikasikan dan/atau pernah di pakai

untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas

Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali yang bagian

informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.

Surakarta, Yang menyatakan

Aan Heri Setiawan

D200120040

ii

HALAMAN PERSETUJUAN Tugas Akhir ini berjudul “STUDI SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA

KARBON RENDAH HASIL KARBONISASI SERBUK ARANG KAYU

KAMPER (CINNAMOMUM CAMPHORA) 200 MESH DAN HASIL

SHAKER MILL” telah di setujui oleh pembimbing untuk memenuhi

sebagai syarat memperoleh derajat Sarjana S1, jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh :

Nama : Aan Heri Setiawan

Nim : D200120040

Disetujui pada :

Hari :

Tanggal :

Pembimbing utama

(Ir.Supriyono,MT,ph.D)

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir ini berjudul “STUDI SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA KARBON RENDAH HASIL KARBONISASI SERBUK ARANG KAYU KAMPER 200 MESH DAN HASIL SHAKER MILL”. Telah di pertahankan di hadapan dewan penguji dan di sah kan sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Di persiapkan oleh ; Nama : Aan Heri Setiawan Nim : D200120040 Disetujui pada ; Hari : Tanggal : Tim penguji ;

Ketua : Ir.Supriyono, MT,ph.D ( )

Anggota 1 : Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, MT ( ) Anggota 2 : Ir. Muhamad Syukron, MT,ph,D ( )

Mengetahui :

Dekan Ketua Jurusan

(Ir.Sri Sunarjono,MT.ph.D) (Ir.Subroto,MT)

iv

iv

MOTTO

“Sesungguhnya bersama kesukaran itu ada keringanan. Karena itu bila

kau sudah selesai (mengerjakan yang lain). Dan berharaplah kepada

Tuhanmu” (Q.S Al Insyirah : 6-8)

„‟Barang siapa keluar untuk mencari ilmu maka dia berada di jalan Allah„‟

(HR.Turmudzi)

“Sebisa mungkin turuti nasihat orang tua. Bila kamu tergoda yang aneh-

aneh yang sifatnya negatif, ingatlah selalu orang tuamu menunggu dan

berdoa di rumah”

(Penulis)

v

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan penuh harap ridho Allah SWT, dengan perasaan

syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi,

setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal

lelah, Saya mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :

Bapak dan ibu tercinta yang dengan segala kasih sayang,

kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya senantiasa

membimbing dan mendo‟akanku.

Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

yang telah membimbing saya didalam perkuliahan.

Bapak Dosen pembimbing akademik sekaligus pembimbing

utama tugas akhir Ir. Supriyono, MT., Ph.D. Saya berterima

kasih atas pengarahan dan bimbingannya yang telah banyak

saya terima selama berada di Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

vi

STUDI SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA KARBON RENDAH HASIL

KARBONISASI SERBUK ARANG KAYU KAMPER (CINNAMOMUM

CAMPHORA) 200 MESH DAN HASIL SHAKER MILL

ABSTRAK

Pack carburizing merupakan metode karburisasi yang paling sederhana,

yaitu menggunakan serbuk arang sebagai penambahan unsur Karbon. Tujuan dari

penelitian ini adalah untuk mengetahui perubahan sifat-sifat dari baja, baik sifat

fisis maupun sifat mekanis setelah mengalami proses pack carburizing dengan

bahan karbon dari pertikel mikro arang kayu kamper dan partikel nano arang

kayu kamper.

Pemilihan bahan dilakukan dengan cara menguji baja lunak (mild steel) <

0,3 % C, sebagai raw material dengan alat Optical Emission Spectrometer.

Specimen bersama campuran arang kayu kamper dan NaCO3 dimasukkan dalam

gerabah, kemudian dipanaskan dalam dapur pemanas (furnace) pada temperatur

980ºC dengan waktu penahan selama 2 jam. Specimen hasil pack carburizing diuji

kekerasannya dengan metode micro Vickers menggunakan alat Micro Hardness

Tester, sebanyak 9 titik. Untuk pengamatan struktur mikro digunakan alat Inverted

Metallurgical Microscope.

Hasil pengujian komposisi kimia unsur yang paling banyak setelah besi

(Fe= 98,1%) adalah mangan (Mn= 0,676%), unsur mangan (Mn) kurang dari

8,0%, sehingga raw material ini termasuk dalam baja paduan rendah. Hasil

pengamatan struktur mikro material yang di karbonisani menggunakan serbuk

arang kamper 200 mesh lebih banyak kristal ferrit dibandingkan kristal perlit.

Sedangkan struktur mikro dengan menggunakan media serbuk arang kamper hasil

tumbukan shaker mill lebih banyak kristal perlit dibandingkan ferrit. Hal ini

menunjukan bahwa benda kerja baja setelah mengalami proses carburizing

dengan penahanan 2 jam dan menggunakan media arang yang berbeda partikel

menunjukkan hasil pengujian kekerasan paling tinggi pada media serbuk arang

kamper 200 mesh sebesar 390,00 VHN. Sedangkan untuk nilai kekerasan tertinggi

pada media serbuk arang hasil tumbukan shaker mill sebesar 436,18 VHN

Kata kunci : Baja lunak, Pack Carburizing, Serbuk arang kamper 200

mesh, Serbuk arang kamper hasil shaker mill.

vii

ABSTRACT

The carburizing pack is the simplest carburizing method, which uses charcoal

powder as an addition to the Carbon element. The purpose of this study was to

determine changes in the properties of steel, both physical and mechanical

properties after undergoing the process of pack carburizing with carbon materials

from camphor micro particles and camphor charcoal nanoparticles.

Material selection was carried out by testing mild steel

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat

dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga

Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi

persyaratan Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak

mendapat bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini,

penulis dengan penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terima

kasih kepada :

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak I r . S u b r o t o , MT selaku Ketua Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Ir. Supriyono, MT., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing

yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk

dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

4. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta Staff Tata Usaha Fakultas

Teknik

5. Bapak dan ibu tercinta yang senantiasa selalu mencintai,

menyayangi, memberikan dukungan, menenangkan hati dan

mendo‟akan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

ix

6. Teman angkatan 2012 yang sudah banyak membantu

saya dan mendukung saya dalam perkuliahan selama di

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya,

jika sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam

penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-

keterbatasan antara lain waktu, dana, literatur yang ada, dan

pengetahuan yang penulis miliki. Harapan penulis semoga laporan

ini bermanfaat untuk pembaca.

Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi

penulis dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.

Surakarta,

Penulis

x

DAFTAR ISI

Halaman judul

Halaman Pernyataan Keaslian Tugas Akhir ........................................ i

Halaman Persetujuan ......................................................................... ii

Halaman Pengesahan ........................................................................ iii

Lembar Soal Tugas Akhir...................................................................... iv

Halaman Motto ................................................................................... iv

Halaman Persembahan ...................................................................... v

Abstrak ............................................................................................... vi

Abstrack…………… ............................................................................ vii

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

Daftar Isi

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Batasan Masalah ............................................................... 2

1.3 Rumusan Masalah............................................................. 2

1.4 Tujuan Penelitian ............................................................... 3

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

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................... 5

2.2 Kajian Teoritis .................................................................... 7

2.2.1. Pengertian baja karbon .................................................. 7

2.2.2. Karburizing..................................................................... 10

xi

2.2.3. Difusi pada baja ............................................................. 13

2.2.4. Pengerasan permukaan baja ......................................... 14

2.2.5. Pendinginan udara (annealing) ...................................... 15

2.2.6. Uji kekerasan pada baja ................................................ 18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.2 Bahan dan Alat yang digunakan .............................................. 21

3.3 Pelaksanaan Penelitian ........................................................... 27

3.4 Pengambilan data uji kekerasan dan struktur mikro ................ 29

3.5 Teknik analisa data................................................................... 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Benda kerja yang diteliti ........................................................... 32

4.1.1 Pembahasab pengujian komposisi kimia........................ 33

4.2 Pengujian struktur mikro........................................................... 33

4.2.1 Pembahasan pengjian struktur mikro setelah normalizing..35

4.3 Hasil pengujian kekerasan ....................................................... 35

4.3.1 Pembahasan hasil pengujian kekerasan........................... 38

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ..................................................................... 40

5.2 Saran ............................................................................... 42

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.2.1. Diagram fasa Fe-Fe3C ....................................................... 10

2.2.2. Pengaruh temperatur karburasi pada case depth ............... 12

2.2.3. Proses terjadinya difusi ...................................................... 13

2.2.4. Diagram CCT ...................................................................... 16

3.1 Diagram alir............................................................................... 20

3.2.1 Shaker Mill ................................................................... 21

3.2.2 Timbangan .................................................................... 21

3.2.3 Gergaji .......................................................................... 22

3.2.4 Furnace ....................................................................... 22

3.2.5 Kontainer ...................................................................... 23

3.2.6 Electrical discharger machine (EDM) ............................ 23

3.2.7 Autosol.......................................................................... 24

3.2.8 Mesin pengamplas ........................................................ 24

3.2.9 Optical emission spectrometer ...................................... 25

3.2.10 Alat uji kekerasan ....................................................... 26

3.2.12. Bahan yang di gunakan. .............................................. 27

3.4 Ilustrasi tempat pengujian .................................................. 30

4.2.1 Gambar struktur mikro dengan media arang 200

mesh... ................................................................................... 34

xiii

4.2.2 Gambar struktur mikro dengan media arang hasil

tumbukan shaker mill............................................................... ... 34

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

4.1 Komposisi kimia baja karbon rendah ................................. 32

4.3.1 Harga kekerasan material yang di karburizing

Menggunakan media arang 200 mesh ......................... 36

4.3.2 Haga kekerasan setelah di karburizing menggunakan

Media arang hasil tumbukan shaker mill ....................... 37