Analisa Pengaruh Waktu Tahan Terhadap Baja Karbon Rendah Dengan Metode Pack Carburizing

BAB I

Matreial dan Manufaktur Data dan Pembahasan 56

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Pendahuluan

Semakin meningkatnya perkembangan hidup manusia maka jamanpun ikut berkembang dengan pesat. Karena perkembangan manusia bertambah maju maka bidang teknologipun ikut berkembang sangat pesat dengan harapan segala kebutuhan manusia dapat terpenuhi dengan baik.Jika diperhatikan, segala kebutuhan manusia tidak lepas dari unsur logam. Kerena hampir semua alat yang digunakan manusia terbuat dari unsur logam. Sehingga logam mempunyai peranan aktif dalam kehidupan manusia dan menunjang teknologi dijaman sekarang. Oleh karena itu timbul usaha usaha manusia untuk memperbaiki sifat sifat dari logam tersebut. Yaitu dengan merubah sifat mekanis dan sifat fisiknya.Adapun sifat mekanis dari logam antara lain : kekerasan, kekuatan, keuletan, kelelahan dan lain lain. Sedangkan dari sifat fisiknya yaitu dimensi, konduktivitas listrik, struktur mikro, densitas, dan lain lain.

Karena banyaknya permintaan yang bermacam macam maka diadakan pemilihan bahan. Pemilihan bahan tersebut dapat dipersempit sesuai dengan kegunaannya. Seperti misalnya pada baja karbon. Baja karbon mendapat prioritas yang utama untuk dipertimbangkan. Karena baja karbon mudah diperoleh, mudah dibentuk atau sifat permesinannya baik dan harganya relatif murah. Karena baja karbon mendapat prioritas utama maka dituntut untuk memodifikasi atau memperbaiki sifatnya seperti kekerasan, kekerasan pada permukaan, tahan aus akibat gesekan. Karena hal tesebut maka perlu diadakan proses perlakuan panas guna menambah kekerasan dari bahan tersebut.

Perlakuan panas adalah suatu perlakuan (treatment) yang diterapkan pada logam agar diperoleh sifat sifat yang diiginkan. Dengan cara pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam dalam keadaan fase padat sebagai upaya untuk memperoleh sifat sifat tertentu dari logam.

Salah satu cara adalah dengan menggunakan proses karburasi yaitu dengan mengeraskan permukaannya saja. Karburasi adalah salah satu proses perlakuan panas untuk mendapatkan kulit yang lebih keras dari sebelumnya.

Dan berdasarkan hal hal tersebut diatas maka penulis mencoba untuk mengadakan suatu penelitian dengan judul :

ANALISA PENGARUH WAKTU TAHAN TERHADAP BAJA KARBON RENDAH DENGAN METODE PACK CARBURIZING 1.2. Rumusan Masalah

Adapun alasan bidang ini disesuaikan dengan kebutuhan pada bidang industri yang semakin modern, dalam hal ini adalah pengembangan sifat sifat dari logam. Yang mana mempunyai kekerasan yang baik tapi juga ulet. Dimana aplikasinya digunakan pada alat alat potong, alat alat pahat, roda gigi atau kontruksi mesin yang sering mengalami kontak antara bahan satu dengan bahan lainnya.Dengan proses perlakuan panas dengan metode karburasi diharapkan dapat memperpanjang umur pemakainanya tetapi masih memiliki sifat keuletan pada bagian dalamnya.1.3. Batasan Masalah

Karena luasnya masalah ilmu perlakuan panas khususnya masalah karburasi, maka masalah yang akan dibahas adalah mencakup pengerasan permukaan dan waktu tahan carburasi pada material baja karbon rendah. Hal hal yang berhubungan dengan proses kimia dan perpindahan panas pada waktu pendinginan tidak dibahas.

Dan batasan yang diberikan agar peneliti lebih spesifik adalah sebagai berikut :

Bahan spesimen uji adalah Baja Karbon Rendah.

Kondisi pada awal pemanasan adalah sama untuk setiap spesimen.

Bahan untuk proses perlakuan panas pada Pack Carburising adalah Bubuk Carbon aktif + Natrium Carbonat sebagai energizer.

Open pemanas yang digunakan adalah milik Balai Latihan Kerja Industri Surabaya.

Proses pendinginan yang dilakukan adalah dengan cara pendinginan langsung (dirrect quenching).

Pengujian kekerasan menggunakan uji kekerasan Vickers.

Temperatur pemanasan 8750 C.

Waktu pemanasan adalah 15 menit, 30 menit, dan 50 menit.

Media pendinginan yang digunakan adalah oli.

1.4. Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan penahanan waktu pemanasan terhadap difusi karbon dan kekerasannya, media pendinginan terhadap kekerasan dan sejauhmana kekerasan permukaan dapat dicapai dengan proses karburasi pada material baja karbon rendah.

Disamping itu sebagai penerapan materi materi yang didapat dibangku kuliah sehingga diharapkan akan menambah pengetahuan, wawasan dan keterampilan mahasiswa teknik mesin khususnya.

Pembuatan Tugas Akhir ini adalah salah satu persyaratan bagi mahasiswa untuk menyelesaikan program sarjana sesuai dengan kurikulum yang berlaku pada Jurusan Mesin, Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya.

1.5. Sistematika Penulisan

Makalah yang disampaikan dalam penulisan tugas akhir ini disajikan dalam bentuk sistematika sebagai berikut :

BAB I

PENDAHULUAN

Berisikan latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, dan sistematika penulisan

BAB II

DASAR TEORI

Berisikan dasar dasar teori yang didasarkan dari hasil studi literatur dan jurnal

BAB III

METODA PENELITIAN

Berisikan alur penelitian yang akan dilakukan oleh penulis.

BAB IV

ANALISA DATA

Berisikan data hasil pengujuan.

BAB V

KESIMPULAN

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Perlakuan Panas

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

2.2. Pengerasan Permukaan

Pengerasan permukaan disebut juga case hardening, dapat juga dikatakan sebagai suatu proses laku panas yang diterapkan pada suatu logam agar memperoleh sifat sifat tertentu. Dalam hal ini hanya pengerasan permukaannya saja. Dengan demikian lapisan permukaan mempunyai kekerasan yang tinggi, sedangkan bagian yang dalam tetap seperti semula, yaitu dengan kekerasan rendah tetapi keuletan atau ketangguhannya tinggi.Dalam pemakaian suatu bagian mesin atau perkakas sering kali diperlukan permukaan yang keras dan tahan aus dengan bagian inti yang relatif lunak dan ulet atau tangguh. Baja yang dikeraskan dengan cara konvensional memang dapat menghasilkan permukaan yang keras dan tahan aus, tetapi kurang ulet. Pengerasan permukaan dimaksudkan untuk mengeraskan bagian permukaannya saja, sedang bagian inti tetap lunak dan ulet, sehingga secara keseluruhan benda masih cukup ulet tetapi sekarang permukaan menjadi lebih keras dan tahan aus.

Untuk itu pengerasan permukaan atau case hardening adalah merupakan salah satu jalan keluar yang cukup baik. Dengan pengerasan permukaan akan diperoleh permukaan yang lebih baik dari sebelumnya. Dengan pengerasan pada permukaan akan menyebabkan lapisan permukaan menjadi kuat atau keras dan pada lapisan permukaan itu terjadi tegangan sisa yang berupa tegangan tekan. Karena hal tersebut maka benda kerja menjadi lebih tahan terhadap kelelahan, atau fatigue limitnya menjadi naik. Biasanya proses perlakuan panas ini dilakukan terhadap roda gigi, pahat, cetakan (dies), alat alat potong, alat alat pada kontruksi, dan lain - lain.

Karena banyaknya cara proses pengerasan permukaan diantaranya adalah :

Carburising (karburasi mengunakan media padat, cair, atau gas)

Nitriding

Dan lain lain.

Oleh karena itu penelitian ini hanya menggunakan proses karburasi (Carburising) menggunakan media padat.

2.3. Karburasi (Carburising)

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

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

Pada proses pengerasan permukaan dengan metode karburasi dapat dibagi menjadi 2 tahap :2.3.1. Penambahan Karbon

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

Ada 3 cara dalam penambahan karbon atau karburasi (carburizing), yaitu :

a. Menggunakan medium padat atau Pack Carburizing

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

CO2+C

2 CO

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

2 CO

CO2+C

Dimana C yang terbentuk ini berupa atom karbon yang dapat masuk berdifusi ke dalam fase austenit dari baja.

Dengan adanya energizer proses akan lebih mudah berlangsung karena meskipun udara yang terperangkap sedikit, tetapi energizer menyediakan CO2 yang akan segera mulai mengaktifkan reaksi - reaksi selanjutnya.

Reaksi dekomposisi NaCO3 ;

NaCO3

Na O + CO2

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

Gambar 2 1 : Kotak SementasiMaksudnya bila baja yang dikeraskan permukaannya mengalami pemanasan hingga temperatur tinggi atau temperatur austenit maka difusi karbon dapat mencapai batas jenuhnya yang berdifusi melebihi batas Acm maka akan terjadi atau tumbuh fasa baru yaitu sementit.

Gambar 2 2 : Potongan Diagram Fase Fe-Fe3C

Tebal lapisan permukaan yang mengalami penambahan karbon (Case Depth) tergantung pada temperatur pemanasan dan lamanya waktu penahanan pada temperatur pemanasan tersebut. Semakin tinggi karbon dan semakin lama holding time maka semakin banyak penyerapan karbon yang masuk kedalam spesimen.

Keuntungan dari proses ini adalah dapat digunakan pada proses pengerasan permukaan yang relatif tebal. Sedangkan kerugiannya adalah jika lapisan terlalu tebal, pada saat pendinginan (quenching) akan retak atau terkelupas, benda uji tersebut mengalami shock karena pendinginan yang tiba - tiba.

b. Menggunakan medium cair atau Liquid Carburizing

Pada karburasi yang menggunakan medium cair atau Liquid Carburizing biasanya pemanasan benda kerja menggunakan garam cair (salt bath) yang terdiri dari campuran sodium cyanide (NaCN) atau potasium cyanide (KCN) yang berfungsi sebagai karburasi agent yang aktif, dengan natrium carbonat (Na2CO3) yang berfungsi sebagai energizer dan penurun titik cair garam. Dalam praktek, NaCN lebih banyak digunakan karena relaitif lebih murah, lebih banyak menagndung karbon dan titik cair relatif lebih rendah (5000 C).

Pada temperatur karburasi (antara 8500 C - 9000 C), cyanida akan bereaksi :

2 NaCn + O2

2 NaCNO

4 NaCNO

2 NaCN + Na2CO3 + 2 N + CO3 Fe + 2 CO

Fe3C + CO22 CO

CO2 + C

Dari reaksi tersebut tampak bahwa disamping atom karbon, atom nitrogen ikut juga berdifusi masuk ke dalam baja karbon. Karena nitrogen di dalam baja akan bereaksi membentuk nitrida. Banyaknya karbon dan nitrogen yang terserap tergantung pada temperatur pemanasan dan kadar cyanide yang berada di dalam garam cair.Garam cair atau salt bath untuk liquid carburizing biasanya mengandung 40 % - 50 % garam cyanide. Selama pemakaian kandungan cyanide akan berkurang, karena itu komposisi garam cair harus sering sering diperiksa. Pada garam cair proses difusi berlangusng sangat cepat dan permukaan benda kerja tetap bersih sehingga dapat langung didinginkan. Hanya saja setelah selesai proses benda kerja harus dibersihkan dari sisa sisa garam untuk menghindari terjadinya korosi dan selain itu garam cyanide adalah senyawa yang sangat beracun.Keuntungan dari proses ini adalah dapat mengeraskan baja tetapi tidak lebih dari 0,5 mm, dapat juga untuk benda kerja yang kecil, dan juga proses oksidasi dan dekarbonisasi dapat dicegah.

Gambar 2 3 : Liquid Carburizingc. Menggunakan medium gas atau Gas Carburizing

Pada proses karburasi meggunakan medium gas atau gas carburizing, baja dipanaskan didalam dapur pemanas dengan tekanan (atmosfer) yang banyak mengandung gas CO dan gas hydrokarbon misalnya methana, ethana, propana, dan lain lain. Proses ini dilakukan pada tungku pit (pit furnace). Pemanasan dilakukan pada temperatur 9000 C - 9400 C.

Pada temperatur tinggi gas gas tersebut terdekomposisi menjadi :

2 CO

C + CO2CH4

C + 2H2CO + H2

C + H2O

Pada karburasi gas ini lapisan hypereutectoid dapat dihilangkan dengan memberikan suatu difusi period, yaitu dengan menghentikan pengaliran gas karburasi, tetapi mempertahankan temperatur pemanasan. Dengan demikian karbon akan berdifusi lebih ke dalam atau lapisan pada kulit lebih merata.

Disamping itu benda kerja lebih bersih sehingga langsung dapat di dinginkan. Untuk melakukan proses karburasi gas diperlukan suatu dapur yang kedap udara, yang dapat mencegah masuknya udara ke dalam dapur karena masuknya udara ke dalam dapur akan mempengaruhi konsentrasi gas yang terkaburisasi.

Gambar 2 4 : Gas Carburizing

2.3.2. Pendinginan (Quenching)

Setelah lapisan kulit mengandung cukup karbon, proses dilanjutkan dengan pengerasan yaitu dengan pendinginan untuk mencapai kekerasan yang tinggi.

Proses pengerasan (quenching) dapat dilakukan dengan cara :

Pendinginan langsung (Direct Quenching) adalah pendinginan secara langsung dari media karburasi.

Efek yang timbul adalah kemungkinan adanya pengelupasan pada benda kerja. Pada pendinginan langsung ini diperoleh permukaan benda kerja yang getas.

Grafik 2 5 : Proses Pendinginan Langsung

(Dirrect Quenching)

Pendinginan tunggal (Single Quenching) adalah pemanasan dan pendinginan dari benda kerja setelah benda kerja tersebut di karburasi dan telah didinginkan pada suhu kamar.

Tujuan dari metode ini adalah untuk memperbaiki difusisitas dari atom atom karbon, dan agar gradien komposisi lebih halus.

Grafik 2 6 : Proses Pendinginan Tunggal

(Single Quenching) Double Quenching adalah proses pendinginan atau pengerasan pada benda kerja yang telah di karburasi dan didinginkan pada temperatur kamar kemudian dipanaskan lagi diluar kotak karbon pada temperatur kamar lalu dipanaskan kembali pada temperatur austenit dan baru didinginkan cepat.

Tujuan dari metode ini untuk mendapatkan butir struktur yang lebih halus.

Grafik 2 7 : Proses Double Quenching

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

1. Kekerasaan permukaan tinggi dan tahan aus.

2. Tahan temperatur tinggi.

3. Umur lelah lebih tinggi.

2.4. Transformasi Fase Pada Saat Pemanasan

Transformasi fase yang terjadi pada saat pemanasan dapat dipelajari dari diagram keseimbangan (diagram fase) besi karbida baja. Baja karbon rendah pada diagram fase terletak dibawah ini, termasuk dalam baja hypoutektoid.

Pada temperatur kamar baja karbon rendah terdiri dari butir butir kristal ferit dan perlit dengan jumlah butir ferit lebih banyak dari butir perlit. Perbandingan jumlah buntir ferit dan perlit tersebut sesuai dengan jumlah kadar karbon yang terkandung dalam baja karbon rendah tersebut.

Gambar 2 8 : Diagram fasa Fe Fe3C

Semakin banyak jumlah kadar karbon semakin sedikit jumlah butir ferit dan semakin banyak butir perlitnya.

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

Reaksi eutektoid pada saat pemanasan :

Ferit+ Fe3C

austenit

Reaksi autektoid ini berlangsung pada temperatur konstan dan temperatur tidak akan naik sebelum reaksi eutektoid selesai atau seluruh ferit dan sementit didalam perlit habis menjadi austenit. Setelah perlit habis dan mulai terjadi kenaikan temperatur, maka ferit preutektoid akan mulai mengalami transformasi allotropik, ferit yang mempunyai bentuk struktur kristal BCC (body centre cubic) akan berubah menjadi austenit yang FCC (face centre cubic). Transformasi ini berlangsung bersamaan dengan naiknya temperatur. Makin tinggi temperatur pemanasan makin banyak ferit yang bertransformasi menjadi austenit. Tranformasi dari ferit ke austenit selesai ditunjukan pada garis A3, jadi diatas A3 struktur yang terjadi adalah austenit dengan bentuk kristal FCC (face center cubic)2.5. Difusi

Difusi karbon terjadi karena atom bergerak ke dalam material secara penyisipan (interstisi) di batas butir. Laju difusi tergantung pada jenis atom yang berdifusi, jenis atom tempat difusi berlangsung dan ditentukan oleh koefisien difusi. Dan koefisien difusi tergantung pada temperatur, makin tinggi temperatur makin besar pula difusi yang berlangsung.

Jarak tempuh difusi akan tergantung pada lamanya waktu yang tersedia untuk berlangsungnya difusi. Pada daerah suhu austenit atom atom besi menyusun diri menjadi bentuk kristal FCC. Dan struktur kristal FCC ini mempunyai bentuk kristal FCC. Dan struktur kristal FCC ini mempunyai kemampuan melarutkan karbon yang lebih besar daripada logam dengan struktur kristal BCC karena kecuali struktur kristal FCC mempunyai kerapatan atom lebih besar daripada BCC, juga karena pengaruh temperatur. Bila suhu atau temperatur naik, atom atom bergerak dengan energi yang lebih besar sehingga atom mampu untuk pindah dari tempatnya.

Gambar 2 9 : Bentuk Struktur Kristal BCC

Gambar 2 10 : Bentuk Struktur Kristal FCC

Jadi bila karbon ditambahkan kedalam besi, karena atom karbon sangat kecil dibandingkan atom besi, maka atom - atom karbon akan terdistribusi pada ruangan disela sela antara atom atom besi atau disebut larutan padat interstisi.

Kelarutan karbon pada proses case hardening yaitu pada temperatur pemanasan 825 0C 925 0C akan mencapai maksimum ditujukan oleh garis Acm. Bila kadar karbon yang dilarutkan melebihi batasan maksimum, maka akan terbentuk fasa lain yaitu austenit + sementit (Fe3C).

Grafik 2 - 11 : Grafik hubungan waktu dengan kedalaman difusi

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

dimanaCx= kadar karbon material pada kedalaman x

C0= kadar karbon spesimen

C1= kadar karbon permukaan spesimen

x= kedalaman diffusi karbon (cm)

D= koefisien diffusi karbon (cm2/s)

t= waktu (holding time) (s)

erf= fungsi error (error function) (tabel)

harga koefisien diffusi dicari dengan cara :

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

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

T= temperatur pemanasan (0K)

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

2.6. Transformasi Fase Pada Saat Pendinginan

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

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

Gambar 2 12 : Kurva Pendinginan

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

Gambar 2 13 : Bentuk Struktur Kristal BCT2.7. Pengujian KekerasanDisini penguji memakai pengujian kekerasan berdasarkan deformasi permanen atau deformasi plastis akibat beban statis Vickers. Pada pengujian vickers ini digunakan indikator intan yang berbentuk piramid dengan sudut 1360. Angka kekerasan vickers adalah beban dibagi dengan luas indentasi yaitu :

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

P= Beban sebesar 30 kg

A= Luas Indentasi (mm2)

d= Diagonal rata-rata (mm)

Gambar 2 14 : Pengujian Vickers

Keuntungan dari metode pengujian Vickres :

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

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

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

Sedangkan kerugian kerugian dari metode pengujian Vickers adalah :

a. Bahan bahan tidak homogen (sejenis), seperti besi tuang dan perunggu tidak dapat dipertanggung jawabkan untuk diukur dengan metode Vickers.

b. Dibandingkan dengan pengukuran kekerasan menurut Rockwell, metode ini cukup memakan waktu lama karena adanya dua penanganan yang terpisah yaitu pelaksanaan indentasi dan pengukuran.

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

METODE PENELITIAN

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

3.1. Alur Penelitian

Dalam melakukan penelitian dibutuhkan alatalat antara lain :a. Material Benda uji.

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

b. KawatBerfungsi sebagai pengikat benda uji agar memudahkan dalam pengambilan dari kotak sementasi pada waktu proses pendinginan.

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

d. Kotak sementasi (kotak karbon)

gambar 3 2 : Kotak Sementasi

Kotak sementasi harus memiliki karakteristik sebagai berikut :

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

Tahan suhu tinggi untuk waktu yang relatif lama.

Sesuai untuk bentuk dan ukuran benda kerja yang akan diproses.

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

Relatif ringan.

Biasanya bahan Sementasi terbuat dari :

Baja Cr Ni

Bahan ini harganya relatif mahal, tetapi bahan ini sangat stabil pada suhu yang tinggi serta relatif ringan. Baja lunak, murah tetapi masa pakainya singkat.

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

e. PenjepitBerfungsi untuk pengambilan kotak karbon dari tungku dan benda uji dari kotak karbon.

Gambar 3 3 : Penjepit

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

g. Alat Pengujian kekerasan

Pengujian kekerasan menggunakan alat uji kekerasan vickers.

h. Kertas gosok besi.

Berfungsi untuk menggosok benda uji supaya halus.

3.2. Perencanaan Penelitian

Adapun perencanaan penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut :a. Persiapan

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

Tanda yang diberikan adalah :

Tanda SpesimenWaktu Penahanan

(Holding Time)Media Pendinginan

(Quenching)

A1

A2

B1

B2

C1

C215 Menit

15 Menit

30 Menit

30 Menit

50 Menit

50 MenitOli

Ol i

Oli

Oli

Oli

Oli

ZTanpa proses perlakuan panas

Kotak sementasi diisi dengan bubuk karbon dan BaCO3 dengan perbandingan 60 % bubuk karbon dan 40 % BaCO3.

Spesimen sebelum dimasukkan ke kotak sementasi harus diikat dahulu dengan kawat.

Gambar 3 4 : Pengikatan spesimen dengan kawatb. Pemanasan

Oven dihidupkan, kemudian kotak sementasi dimasukkan dan temperatur diatur 8750 C. Proses pemanasan dilakukan 3 kali tiap 2 spesimen sesuai dengan penahanan waktu pemanasan yang telah ditentukan pada benda uji tersebut yaitu :Proses pemanasan I:Benda uji A1 dan A2, waktu penahanan temperatur 15 menit.

Gambar 3 5 : Grafik Proses Pemanasan I

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

Gambar 3 6 : Grafik Proses Pemanasan II

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

Gambar 3 7 : Grafik Proses Pemanasan IIIc. Pendinginan

Pendinginan dilakukan setelah waktu penahanan temperatur tercapai dengan cara langsung dari media karburasi (Dirrect Quenching). Media pendinginan mengunakan Oli SAE 20 50d. Proses Permesinan

Setelah pendinginan dilakukan dan spesimen telah menjadi dingin dengan suhu kamar, pada salah satu sisi dari spesimen tersebut dilakukan proses permesinan yaitu dengan menyekrap / memakan setebal 1 2 mm. Pada saat menyekrap suhu benda kerja dijaga agar tidak sampai panas karena bisa mengakibatkan perubahan kekerasan akibat panas yang ditimbulkan. Sedangkan tujuan dari penyekrapan adalah untuk mengetahui kekerasan dari bagian pinggir yang telah terkaburasi dan bagian dalam dan untuk mengetahui ketebalan difusi karbon.e. Proses Penggosokan (Grinding)Sebelum proses penggosokan, spesimen dimasukkan kedalam pipa yang telah diisi dengan dempul besi. Tujuan dalam hal ini adalah agar nantinya pada waktu penggosokan spesimen benar benar halus, siku dan rata. Jika tidak rata, hasil dari pemotretan pada bagian yang tidak rata akan kabur atau jelek.

Gambar 3 8 : Benda uji dalam pipa yang didempul

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

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

g. ETSA

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

Proses esta selesai setelah benda uji diletakkan dibawah mikroskop, terlihat struktur mikro dengan jelas.h. Pengukuran Tebal Difusi Karbon

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

Gambar 3 9 : Skala Pengukuran pada lensa okuler

i. Pengujian Kekerasan

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

Gambar 3 10 : Penampang dan Permukaan Benda UjiPengujian kekerasan dilakukan pada tahap terakhir dengan maksud agar diperoleh hasil yang akurat, karena permukaan benda uji sudah rata, halus dan bersih pada bagian penampang luasannya dan sisi permukaannya.

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

Spesimen diklem pada penjepit benda kerja dan diusahakan agar didapatkan permukaan yang benar benar horizontal. Penjepit benda kerja ini dapat bergerak melingkar 360 0 , sehingga dapat bergerak dengan kemiringan seperti yang kita inginkan. Setelah didapatkan permukaan yang benar benar horizontal baru klem tersebut dikeraskan. Spesimen diletakkan pada meja pengujian kemudian Penetrator dipasang berupa prisma intan dengan sudut 136 0.

Penyetelan beban awal 10 kg sampai beban utama 30 kg.

Meja pengujian dinaikkan hingga spesimen menekan indikator samapi beban 10 kg. Pengujian kekerasan pada penampang dilakukan dengan jarak yang teratur mulai dari permukaan yaitu 0,3 mm, 0,6 mm dan seterusnya hingga permukaan pada bagian bawah, dan penekanan dilakukan secara berurutan atau diagonal. Sedangkan pada permukaan benda uji dilakukan secara acak.

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

Dan kemudian mengukur diagonal hasil indikator prisma tersebut.

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

dimana :

P= Gaya penekanan (kg)

d= Diameter tapak tekan (mm)dimana rumus tersebut didapat :

luas bidang segitiga dari prisma , Luas 1 bidang (A),

A = . a . t

Dimana :

sehingga :

karena a2 = d2 maka :

Luas 4 bidang (prisma) :

sehingga :

maka rumus kekerasan Vickers didapat :

ALUR PROSES KARBURASI

BAB IV

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

4.1. Hasil Pengujian KekerasanDalam pengujian ini pengambilan data kekerasan dilakukan pada :

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

b. Pada permukaan dan penampang benda uji setelah mengalami proses perlakuan panas (cese hardening) dengan metode pack carburising.

Pengujian kekerasan pada permukaan spesimen dilakukan secara acak pada permukaan. Sedangkan pada pengujian pada penampang dilakukan indentasi secara diagonal dengan jarak yang teratur dari permukaan.

Sebelum dilakukan proses perlakuan panas benda uji dilakukan pengujian kekerasan terlebih dahulu dengan :Pengujian kekerasan: HV

Beban

: 30 kg

Lama pembebanan

: 15 detik

Penetrator

: Intan (diamond)

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

Tabel 4 1

Data Hasil Pengujian Vickers

Sebelum Proses Perlakukan Panas

No.Nilai Diagonal (d)pada Pengujian Vickers

Permukaan

Benda Uji1

2

3

4

50,6920,667

0,770

0,645

0,723

Penampang

Benda Uji1

2

3

4

50,6790,766

0,710

0,751

0,709

Tabel 4 2

Data Hasil Pengujian Vickers Setelah Proses Perlakukan Panas Dengan Penahan Waktu 15 menit

No.Nilai Diagonal (d) pada Pengujian Vickers

A1A2

Permukaan Benda Uji12

3

4

50,5190,501

0,520

0,490

0,5010,5010,501

0,519

0,504

0,504

Penampang Benda Uji12

3

4

50,6070,607

0,619

0,619

0,6190,5990,614

0,599

0,599

0,599

Tabel 4 3


No.Nilai Diagonal (d)

pada Pengujian Vickers

B1B2


2

3

4

50,4910,474

0,474

0,453

0,4530,4740,474

0,463

0,463

0,491


2

3

4

50,5800,604

0,604

0,604

0,6080,5740,601

0,601

0,601

0,601

Tabel 4 4


No.Nilai Diagonal (d)

pada Pengujian Vickers

C1C2


2

3

4

50,4650,449

0,427

0,449

0,4490,4580,436

0,450

0,458

0,458


2

3

4

50,5790,579

0,579

0,574

0,5740,5730,573

0,573

0,576

0,576

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

Tabel 4 5Data Kekerasan Sebelum Proses Perlakuan Panas

No.Nilai Kekerasan

( HV )Kekerasan

Rata rata ( HV )


3

4

5114 , 76125 , 1693 , 80133 , 45106 , 20114 , 67


3

4

5120 , 5694 , 80110 , 1498 , 46110 , 45106 , 88

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

Tabel 4 6Data Kekerasan Setelah Proses Perlakukan Panas

Dengan Penahan Waktu 15 menit

No.Nilai Kekerasan

( HV )

A1A2


2

3

4

5220 , 84221 , 70205 , 53231 , 56221 , 70221 , 70221 , 70206 , 56218 , 84218 , 84

Rata - Rata 220 , 27217 , 53


2

3

4

5150 , 73

150 , 73

145 , 20

145 , 20

145 , 20154 , 91

147 , 42

154 , 91

154 , 91

154 , 91

Rata - Rata147 , 41153 , 41



No.Nilai Kekerasan

( HV )

B1B2


2

3

4

5230 , 53247 , 37247 , 37270 , 54270 , 54247 , 37247 , 37258 , 68258 , 68230 , 54

Rata - Rata253 , 27248 , 53

Penampang Benda Uji1 2

3

4

5165 , 26152 , 30152 , 30152 , 30150 , 53168 , 65154 , 26154 , 26154 , 26154 , 26

Rata - Rata154 , 54157 , 14



No.Nilai Kekerasan

( HV )

C1C2


2

3

4

5256 , 92274 , 79304 , 52274 , 79274 , 79264 , 56292 , 53274 , 45264 , 56264 , 56

Rata - Rata277 , 16272 , 13


2

3

4

5165 , 59165 , 59165 , 59168 , 83165 , 59168 , 86168 , 86 168 , 86 167 , 56168 , 86

Rata - Rata166 , 19168 , 60

Dari data data tersebut diatas dapat diketahui bahwa pendinginan benda uji satu dengan yang lainnya berbeda kekerasannya (dalam waktu tahan yang sama). Dan penahanan waktu yang lebih lama maka didapat difusi karbon yang paling besar nilainya dan juga kekerasannya paling tinggi. Untuk lebih jelasnya maka data data tersebut disajikan dalam bentuk grafik.Grafik 4 1

Data Kekerasan Setelah Proses Perlakuan Panas

Dengan Penahanan Waktu 15 menit

Grafik 4 2

Data kekerasan Setelah Proses Perlakukan Panas


Grafuk 4 3

Data Kekerasan Setelah Proses Perlakuan Panas


4.2. Difusi Karbon4.2.1. Hasil Pengukuran Ketebalan Difusi Karbon

Pengukuran ketebalan difusi karbon dilakukan dgn menggunakan mikroskop dr alat uji micro hardness tester. Dan mikroskop tsb terlihat seberapa dlm hasil penyebaran atau peresapan karbon terhadap benda uji. Dan data hasil pengukuran difusi tersebut adalah sebagai berikut :Tabel 4 9Ketebalan Difusi Karbon

NoKode Tepi 1 ( m )Tepi 2 ( m )Rata - rata

1

2

3

4

5

6A1

A2

B1

B2

C1

C290

92

158

160

200

19595

95

160

165

202

19892 , 5

93 , 5

159 , 0

162 , 5

201 , 0

196 , 5

Keterangan : 1 m = 1 / 1000 mmDari data difusi karbon tersebut dapat diketahui bahwa waktu penahanan merupakan faktor yang sangat berpengaruh terhadap difusi karbon terhadap benda uji. Karena dengan semakin lamanya penahanan waktu maka semakin banyak proses penyerapan karbon yang terjadi.

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

Grafik 4 - 4

Hubungan Difusi Karbon Dan Penahanan Waktu

4.2.2. Perhitungan Kadar Karbon Hasil Difusi

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

dimanaCx= kadar karbon material pada kedalaman x

C0= kadar karbon spesimen

C1= kadar karbon permukaan spesimen

x= kedalaman diffusi karbon (cm)

D= koefisien diffusi karbon (cm2/s)

t= waktu (holding time) (s)

erf= fungsi error (error function) (tabel)

Gambar 4 5 Bagian Difusi Karbon

harga koefisien diffusi dicari dengan cara :

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

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

T= temperatur pemanasan (0K)

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

Karena temperatur pemanasan ketiga proses adalah sama yaitu 8750 C, maka harga koefisien difusi karbon adalah sama :D0= 0 , 21 cm2 / s

Q= 33 , 800 cal / mol / K

T= 8750 C + 2730 K = 11480 K

Sehingga ;

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

D= 0 , 21 cm2 / s . 3,74 . 107D= 7 , 85 . 108 cm2 / sTabel 4 10Diffusing ElementDiffusing ThroughD0 cm2 / sQ cal / mol

Carbon - iron0 , 007918 . 100

Carbon - iron0 , 2133 . 800

Nickel - iron0 , 566 . 000

Manganesse - iron0 , 3567 . 000

Chromium - iron30 . 00082 . 000

Chromium - iron18 . 00097 . 000

Sumber : Steel and its Heatreatment, Karl Erik Thelning halaman 25Tabel 4 11

yerf (y)yerf (y)

00 , 0000 , 80 , 742

0 , 10 , 1120 , 90 , 797

0 , 20 , 2231 , 00 , 843

0 , 30 , 3291 , 20 , 910

0 , 4 0 , 4281 , 40 , 952

0 , 50 , 5211 , 60 , 976

0 , 60 , 6042 , 00 , 995

0 , 70 , 6782 , 40 , 999

Sumber : Steel and its Heatreatment, Karl Erik Thelning halaman 26a. Benda Uji kode A1 dan A2

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

t = 15 menit = 900 detik (s)

Co = 0 , 07 %C ; C1 = 0 , 8 %CDitanya: Cx ?

Jawab:

Cx - 0 , 07 = 0 , 8 - 0 , 07 (1 - erf 0 , 48)Harga erf diperoleh dari interpolasi tabel 4 7 pada harga y = 0 , 48 , sehingga didapat erf (y) = 0 , 500

Sehingga :

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

Cx = 0 , 365 + 0 , 07

Cx = 0 , 44 % Cb. Benda Uji kode B1 dan B2

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


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

Ditanya: Cx ?

Jawab:

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

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

Sehingga :

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

Cx = 0 , 249 + 0 , 07

Cx = 0 , 32 % Cc. Benda Uji kode C1 dan C2

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


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

Ditanya: Cx ?

Jawab:

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

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

Sehingga :

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

Cx = 0 , 2701 + 0 , 07

Cx = 0 , 34 % CHubungan difusi karbon terhadap penahanan waktu dan kekerasan adalah dengan lamanya penahanan waktu (holding time) maka kadar karbon yang masuk kedalam benda uji akan bertambah banyak, sehingga selain semakin dalam peresapan karbon, kadar karbon pada bagian permukaan hingga batas difusi berbeda. Jadi spesimen dengan kode C , mempunyai kadar karbon lebih besar terhadap benda uji dengan kode 1. untuk lebih jelas lihat tabel dibawah ini :Tabel 4 12Kadar Karbon Pada Benda Uji

Jarak dari Permukaan (m)Kadar Karbon (%C)

Benda Uji Kode ABenda Uji Kode BBenda Uji Kode C

2550

75

93100

125

150

160 , 75175

198 , 750 , 6940 , 598

0 , 503

0 , 435

-

-

-

-

-

-0 , 7260 , 645

0 , 576

-

0 , 494

0 , 433

0 , 371

0 , 319-

-0 , 7400 , 669

0 , 606

-

0 , 545

0 , 481

0 , 433

-

0 , 377

0 , 340

Grafik 4 6

Hubungan Ketebalan Difusi Karbon dan Kadar Karbon

BAB V

KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

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

a. Semakin lama waktu penahan (Holding Time) maka semakin tebal difusi karbon pada benda uji dan dengan adanya penambahan unsur karbon pada permukaan maka kekerasan permukaan benda uji bertambah keras. Hal tersebut dapat diketahui dengan melihat hasil perhitungan kadar karbon pada benda uji. Kadar karbon yang tinggi membuat permukaan benda uji semakin keras dan getas.b. Dengan pendinginan langsung dapat mempengaruhi kekerasan permukaan benda uji, hal tersebut dapat diketahui dengan melihat hasil hasil kekerasan benda uji. Pada proses pengerasan suatu material akan diperoleh hasil yang maksimal bila dicapai struktur martensit. Dan struktur martensit ini hanya dapat dicapai dari fase austenit yang didinginkan dengan cepat. Dengan pendinginan yang cepat dari temperatur austenit nk diperoleh bentuk kristal BCC yang tergeser menjadi BCT akibat perbedaan temperatur yang tinggi pada materil.

5.2. Saran

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

_1141575939.vsdOperating Position

P

136

0

d2

d1

d =

d1 + d2

2

_1141992238.vsd8 cos 22

A =

d 2

_1142793138.vsd300

100

200

10

20

50

40

30

Waktu - Menit

Kedalaman Difusi Karbon

_1142968180.vsdCx - C0 = C1 - C0

1 - erf ( )

1 , 6075 . 10-2

2 7 , 85 . 10-8 . 1800

_1159390446.vsd300

100

200

1

2

5

4

3

HV

A1

A2

Z

Kekerasan permukaan benda uji

_1159390506.vsd300

100

200

1

2

5

4

3

HV

B1

B2

Z


_1159390649.vsd300

100

200

1

2

5

4

3

HV

C1

C2

Z


_1142968233.vsdCx - C0 = C1 - C0

1 - erf ( )

1 , 9875 . 10-2

2 7 , 85 . 10-8 . 3000

_1142971360.vsd0

25

50

75

200

0,100

0,300

0,600

0,800

Jarak dari Permukaan Benda Uji (Mikon Meter)

Kadar Karbon

Benda Uji Kode B

Benda Uji Kode A

Benda Uji Kode C

100

125

150

175

0,200

0,400

0,500

0,700

_1142794388.vsdD= 0 , 21 cm2 / s . exp

11480 K

33 , 800 cal / mol / K

1,987 cal/ mol +

_1142966080.vsdCx - C0 = C1 - C0

1 - erf ( )

9 , 3 . 10-3

2 7 , 85 . 10-8 . 1200

_1142793655.vsd

Cx

Co

C1

_1141992516.vsd2 cos 22

A =

d 2

_1141992881.vsdHV = ; dimana A =

P

2 cos 22

d 2

HV = 2 cos 22 . = 1,854 .

d 2

d 2

P

P

A

_1141992383.vsd8 cos 22

A = 4 .

d 2

_1141649254.vsd0

80

200

_1141991756.vsda

Cos 22 =

a

t

t =

2 cos 22

a

220

t

1360

_1141992067.vsd2 Cos 22

a

4 cos 22

=

A = . a .

a2

_1141990732.vsda2 + a2=d2 2a2=d2a2= d2

a

a

d

_1141645638.vsd

_1141647971.vsdDempul besi

_1141577833.vsd5 mm

50 mm

25 mm

Fe= 99 , 51 %

C= 0 , 07 %

Si= 0 , 02 %

P= 0 , 063 %

Mn= 0 , 317 %

Gambar 3 - 1 : Matrial Benda Uji

_1141580052.vsd

Mulai

Pemotongan Spesimen Ukuran 5 x 2,5 cm

Pemberian Tanda pada Spesimen

B1, B2

C1, C2

A1, A2

Z

Spesimen Diikat Dengan kawat

Spesimen disusun dalam kotak simentasi

Pemanasan 875 C

0

Waktu Penahanan

Pendinginan degan oli

Permesinan

Pengambilan data

Analisa data

kesimpulan

Selesai

Pengisian Kotak Simentasi dengan bubuk karbon dan Barium Carbonat

Spesimen dikeluarkan secepat mungkin dari oven dan kotak simentasi

_1141487671.vsd

Kotak Kontainer

Tutup Kotak Kontainer

Bubuk Karbon + Barium Carbonat

Benda Kerja (Spesimen)

_1141492969.vsdTemperatur

Temperatur Austenit

Time

Pendinginan

_1141497234.vsda = b = c

/

a

b

c

_1141501079.vsd

Austenit (Stable)

Waktu

Temperatur

Coorse Peorlite R/C 15

Medium Peorlite R/C 30

Fine Peorlite R/C 40

Martensite R/C 64

Upper Boinete R/C 40

Lower Boinete R/C 60

Austenite (Unstable)

M1

M2

A + F + C

CCR

25 %

A1

A3

A2

A4

A5

A5

A6

A5

A1


Temperatur Austenit

Time

Pendinginan

_1141491760.vsd

Gas Carburizing Furnace

Inlet Port for Carburizing Gas

Part to be Case Hardened


Temperatur Austenit

Time

Pendinginan

_1141490279.vsd

Garam Cair

Koil Pemanas

Benda Kerja

Steel Currible

Batu Tahan Api

Udara

_1132842179.vsd

a

a

a

_1132843146.vsd

_1132845226.vsdText

Text

Text

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

TEMPERATUR C

0

TIME

30 MENIT

_1132845260.vsdText

Text

Text

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

TEMPERATUR C

0

TIME

15 MENIT

_1132843509.vsd

_1132845199.vsdText

Text

Text

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

TEMPERATUR C

0

TIME

50 MENIT

_1132842275.vsd

a

a

a

_1132127205.vsdText

Text

400

600

800

1000

1400

1200

1600

200

0,8

2

4,3

6.67

727 (1340 F)

o

o

Suhu, C

o

Karbon, % (berat)

1559

2,11

1148

o

0,02

Fe C

3

Cairan

Ferit ( ) + Fe C

3

+

+

Fe C

3

austenit

( )

autectic

+

Fe C

3

+

3

Fe C

Fe C

3

+

_1132221938.vsdText

Text

HV = 1,8544 .

P

d

2

_1132584788.vsdText

a

b

_1132129457.vsdText

0

Cx - C = ( C - C )

1

0

1 - erf (

2 ( Dt )

X

)

_1132130105.vsdText

0

D = D exp

Q

RT

_1132128858.vsdText

Text

0

0,4

0,3

0,2

0,1

16

12

8

4

Hetebalan Diffusi (cm)

Waktu ( jam )

_1131990326.vsdText

0

0,8

723

910

o

o

FERRIT

AUSTENIT

AUSTENITSEMENTIT

FERRIT

AUSTENIT

+

FERRITPERLIT

PERLITSEMENTIT

HYPOEUTECTOID

PERLIT

TEMPERATUR

A

A

A

1

3

CM

_1131992374.vsdText

Text

HV =

1,8544 .

P

d

2

Analisa Pengaruh Waktu Tahan Terhadap Baja Karbon Rendah Dengan Metode Pack Carburizing

Documents