ANALISIS PENINGKATAN KEKERASAN PROSES KARBURISASI MENGGUNAKAN MEDIA CAMPURAN ARANG KAYU DENGAN

0%, 10%, 20%, 30% SERBUK CANGKANG KERANG DARAH PADA BAJA KARBON RENDAH

[1]Umen Rumendi, [2]Rico Satyanegara,.Program Studi Teknik Mesin dan Manufaktur, Politeknik Manufaktur Negeri BandungJl. Ir. H. Juanda Komp. Kanayakan Dago, Tromol Pos 851, Bandung 40135 Indonesia

Email: umen_rumendi2012@yahoo.com

Karburisasi (Carburizing) adalah proses penambahan karbon untuk meningkatkan kekerasan permukaan pada baja karbon rendah. Pada penelitian proses karburisasi padat dilakukan pada baja karbon rendah St37 dengan campuran karbon arang kayu (charcoal)yang ada dipasaran dengan CaCO3 yang diolah dari cangkang kerang darah. Dalam penelitian ini dilakukan beberapa variabel campuran antara karbon arang kayu dengan CaCO3, 0%, 10%, 20% dan 30% pada temperatur dan soaking time konstan 950°C selama 4 jam. Penelitian ini bertujuan untuk menguji tingkat kekerasan yang dihasilkan terhadap variabel campuran antara arang kayu dengan CaCO3. Hasil proses karburisasi padat terjadi penurunan kekerasan permukaan dari kekerasan awal akibat dekarburisasi pada permukaan sampel, dimana kekerasan permukaan terbesar terdapat pada campuran energizer 10% yaitu 149.2 HV0.2. Sedangkan hasil proses hardening quenching kekerasan permukaan tertinggi terjadi pada campuran energizer 30% yaitu 434.9 HV0.2. Dilihat dari distribusi kekerasan, pada proses tempering yaitu pada campuran arang kayu dengan energizer 30% menghasilkan effective case depth terbesar yaitu 0.7 mm dibanding dengan campuran arang kayu dengan energizer 0%, 10% dan 20%. Berdasarkan penelitian, dapat disimpulkan bahwa variabel campuran antara karbon arang kayu dengan CaCO3, 0%, 10%, 20% dan 30% memberikan pengaruh besar terhadap peningkatan kekerasan dan kedalaman difusi karbon pada baja karbon rendah.

Kata kunci: Carburizing, arang kayu, dekarburisasi,cangkang kerang darah, hardening quenching

PENDAHULUAN

4

Karburisasi (Carburizing) adalah proses penambahan karbon untuk meningkatkan kekerasan permukaan pada baja karbon terutama baja dengan kandungan karbon rendah dibawah 0.3%. Sedangkan pack carburizing adalah metode penambahan karbon dengan medium karbon padat seperti arang batok, arang kayu ( jati, sengon, kokas, dan lain-lain). Untuk meningkatan CO 2 pada proses karburisasi umumnya melakukan dengan menambahkan energizer atau bahan pengaktif karbon seperti barium karbonat (BaCO3), natrium karbonat (NaCO3), kalsium karbonat (CaCO3) yang berfungsi untuk mempercepat terbentuknya gas CO yang dibutuhkan untuk proses difusi pada permukaan baja karbon rendah.

Dalam hal ini, dilakukan penelitian proses karburisasi padat pada baja karbon rendah St37 dengan campuran karbon arang kayu yang ada dipasaran dengan CaCO3 yang diolah dari cangkang kerang darah. Dalam penelitian ini dilakukan beberapa variabel campuran antara karbon arang kayu dengan CaCO3, 0%, 10%, 20% dan 30% pada temperatur konstan 950°C.

TUJUAN PENELITIANTujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh campuran arang kayu dengan serbuk

cangkang kerang darah 0%, 10%, 20%, dan 30%, terhadap peningkatan kekerasan permukaan pada baja karbon rendah melalui proses karburisasi padat.

REVIEW PUSTAKA

Karburisasi adalah proses penambahan karbon untuk meningkatkan kekerasan permukaan pada baja karbon rendah. karburasi dilakukan dengan cara memanaskan pada temperatur yang cukup tinggi yaitu pada temperatur austenit (875-950°C). Berdasarkan medianya karburisasi terdiri dari 3 jenis karburisasi yaitu:

1. Karburisasi padat (pack carburizing)2. Liquid carburizing3. Gas carburizing

Beberapa penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa penggunaan BaCO3 pada karburisasi padat lebih banyak di gunakan, akan tetapi berdasarkan penelitian lain BaCO 3 juga merupakan energizer yang masih tidak ramah lingkungan, untuk itu Penggunaan CaCO3 diharapkan mampu menggantikan BaCO3 Yang lebih ramah lingkungan.

Mekanisme karburisasi padat dimana Saat pemanasan, oksigen yang berada di udara dan di sekitar karbon bereaksi dengan karbon dari media membentuk .

Karbon dioksida yang terbentuk Pada kotak sementasi lalu bereaksi lagi dengan karbon dengan reaksi sebagai berikut :

Akibat semakin tingginya temperatur pemanasan, maka CO akan lebih banyak terbentuk dari pada

, pada permukaan baja CO terurai menjadi :

Satu atom karbon bebas yang dihasilkan kemudian larut melalui proses difusi dalam fasa austenit. Sedangkan akan kembali bereaksi dengan atom karbon pada media menghasilkan CO. Lalu diikuti kembali penguraian CO pada permukaan logam secara continue dan demkian seterusnya sehingga terbentuklah dipermukaan baja larutan padat α+Fe3C membentuk fasa perlit

4

Gambar 1. Mekanisme proses karburisasi pada permukaan baja

Metalografi[12]

Metalografi merupakan disiplin ilmu yang mempelajari karakteristik mikrostruktur suatu logam dan paduannya serta hubungan dengan sifat-sifat logam dan paduannya tersebut. Agar terlihat dan tergambar bentuk struktur mikro harus dilihat dibawah mikroskop, sebelum itu dilakukan preparasi terhadap permukaan sampel secara benar .

Tahap-tahap pemeriksaan metalography sebagai berikut :1. Cutting (Pemotongan sampell) 2. Grinding(meratakan permukaan sampel)3. Polishing(pemolesan sampel)4. Etching(pengkorosian permukaan sampel)

METODA PENELITIAN

Persiapan materialMaterial uji yang digunakan adalah baja karbon rendah St37 ukuran 6x20x32mm. Sebelum

melakukan proses karburisasi, sampel uji terlebih dahulu dibersihkan permukaannya dengan menggunakan mesin gerinda ampelas.

Persiapan Media KarbonMedia karbon yang digunakan adalah arang kayu pasar. Sebelum melakukan proses

karburisasi, terlebih dahulu arang kayu tersebut ditumbuk menjadi butiran kecil dengan ukuran kira-kira 1-3 mm.

Persiapan EnergizerPada percobaan ini, energizer yang digunakan berupa serbuk cangkang kerang darah yang

diperoleh dari warung makan seafood. Berdasarkan hasil uji laboratorium, cangkang kerang darah ini mengandung unsur CaCO3 data yang dapat dari hasil uji adalah 7,88% SiO2, 1,25% Al2O3, 0,03% Fe2O3, 66,70% CaO, dan 22,28% MgO[7].

Tahap untuk pembuatan energizer cangkang kerang darah adalah :

1. Cangkang kerang terlebih dahulu dibersihkan menggunakan sabun (detergen), kemudian dibilas sampai bersih dan dikeringkan.

2. Proses pemanasan cangkang kerang dilakukan dalam tungku pada temperatur 300°C selama 10 menit.

3. Hasil proses pemanasan kemudian dihaluskan dan disaring untuk mendapatkan butiran-butiran cangkang kerang yang halus.

4

Gambar2. Cangkang kerang darah Gambar 3. Sebuk cangkang kerang darah (CaCO3)

Proses karburisasi padatDalam percobaan ini proses karburisasi padat dilakukan menggunakan tungku pemanas

elektrik dengan temperatur 950°C dengan soaking time konstan 4 jam. Proses selanjutnya adalah case hardening dan tempering

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Pengujian Kekerasan Permukaan

Dari grafik hasil uji kekerasan permukaan yang terjadi di setiap sampel. Pada sampel dengan energizer 0% telah terjadi penurunan kekerasan bila dibandingkan terhadap kekerasan awalnya, hal ini disebabkan adanya proses dekarburisasi dipermukaan baja dan akibat proses pendinginan lambat yang menyebabkan baja menjadi lebih lunak (anneal). Secara keseluruhan sampel dengan 10%, 20% dan 30% CaCO3 setelah karburisasi, distribusi kekerasannya secara bertahap naik sangat signifikan, dimana kekerasan mencapai 274.9 dan 289.7 HV0.2 terjadi pada sampel campuran arang kayu dengan energizer 20% dan 30%. Sedangkan pada sampel campuran arang kayu dengan energizer 0% dan 10% kekerasannya adalah 251.5 dan 262.7 HV0.2.

Data distribusi kekerasan setelah karburisasi

Gambar 4. Distribusi kekerasan setelah karburisasi

a) Data distribusi kekerasan setelah hardening quenching

4

Gambar 5. Distribusi kekerasan setelah hardening quenching

Melihat grafik di atas dapat dilihat bahwa kekerasan paling tinggi mencapai 825 dan 838.9 HV0.2 terjadi pada sampel campuran arang kayu dengan energizer 20% dan 30%. Sedangkan pada sampel campuran arang kayu dengan energizer 0% dan 10% diperoleh kekerasan relatif lebih rendah yaitu 813.6 dan 802.3 HV0.2.

b) Data distribusi kekerasan setelah temperingTempering dilakukan untuk menghindarkan terjadinya retak lepas(galling) selapa aplikasi dilapangan tujuannya agar bendakerja menjadi tangguh.

Gambar 6. Distribusi kekerasan setelah tempering

Melihat grafik di atas setelah dilakukan tempering pada suhu 200°C dapat dilihat adanya penurunan kekerasan dari kekerasan setelah hardening quenching, hal ini menunjukkan bahwa benda kerja tersebut lebih liat dengan kekerasan yang masih tinggi, dimana kekerasan setelah proses tempering masih mencapai 603.7 HV0.2 (setara dengan 55,7 HRC) terutama terjadi pada sampel campuran arang kayu dengan energizer 30%. Selain itu Effective case depth( ECD) pada sampel campuran arang kayu dengan energizer 30% mampu mencapai kedalaman 0.7 mm.

Hasil Uji Struktur Mikro Setelah Karburisasi dan Hardeninga) Sampel dengan tanpa campuran enrgizer(0%) CaCO3

4

Gambar 7. Struktur mikro 0%CaCO3, Gambar 8. Structur mikro0%CaCO3

Setelah Carburizing (50x) setelah hardening permukaan

Pengamatan struktur mikro sampel 3 (0% CaCO3) pada bagian luar, terbentuk fasa pearlite dipermukaan walaupun pada jumlah yang relatif kecil dan sebagian besar masih terbentuk ferrite,

b) Sampel dengan campuran energizer 10% CaCO3

Gambar 9. Struktur mikro 10%CaCO3, Gambar 10. Structur mikro10%CaCO3

Setelah Carburizing (50x setelah hardening permukaan(500x)

c) Sampel dengan campuran energizer 20%CaCO3

Gambar 11. Struktur mikro 20%CaCO3 Gambar 12. Structur mikro20%CaCO3 Setelah Carburizing (50x) Setelah Hardening(500x)

d) Sampel dengan campuran energizer 30%CaCO3

perlit

Dekarb.

Martensit

Dekarb.

Ferit

Decarb.

Perlit

Perlit

MartensitFerit

Martensit

4

Gambar 13. Struktur mikro 30% CaCO3) Gambar14. Struktur mikro 30%CaCO3,

Setelah Carburizing(50x) setelah hardening(500x)

Pengamatan struktur mikro sampel 15 (30% CaCO3) pada bagian luar, terbentuk fasa pearlite dan ferrite dipermukaan, fasa pearlite yang terbentuk campuran arang kayu dengan energizer 30% adalah 100%,

KESIMPULANBerdasarkan data dan analisa dari peneltian ini, dapat di ambil beberapa kesimpulan

bahwaarang kayu dapat digunakan untuk proses karburisasi, Variabel campuran arang kayu dengan serbuk cangkang kerang darah dengan persentase 0%, 10%, 20% dan 30% sangat berpengaruh terhadap peningkatan kekerasaan dan kedalaman difusi karbon selama proses karburisasi, semakin besar persentase energizer cangkang kerang dicampurkan pada temperature dan soaking time konstan, maka semakin dalam difusi karbon dan semakin tinggi peningkatan kekerasannya.Disamping itu campuran energizer 30% pada arang kayu menghasilkan effective case depth hingga 0.7 mm

DAFTAR PUSTAKA

Samuel, S, “Penelitian Proses Karburisasi Padat dengan Media Arang Batok dan Energizer Barium Karbonat”, Tugas Sarjana Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung, 2003.

Cahyono, A, “Penelitian Pack Carburizing dengan Arang Batok Sebagai Media Carburizing dan Kalsium Karbonat Sebagai Energizer Pada Baja Karbon Rendah”, Tugas Sarjana Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung, 2003.

Budinski, G. & Budinski., K. (1999). Engineering materials-properties and selection (6th ed.), New Jersey: Prentice Hall International.

http://pttechnometalindustry.blogspot.com/2012_05_01_archive.html. Diakses 1 Juni 2013.5. ASM Handbook Volume 4. Heat Treatment. 2006.http://muhnabil.wordpress.com/2012/01/17/karburasi-pada-logam-dan-pendinginan-quenching/.

Diakses 1 Juni 2013.http://byo-creed.blogspot.com/2013/01/ringkasan-semen-cangkang.html. Diakses 15 Mei 2013.http://muhnabil.wordpress.com/2012/01/17/karburasi-pada-logam-dan-pendinginan-quenching/.

Diakses 15 Mei 2013.Sofiyyudin, Ahmad A, “Pengaruh Suhu Carburizing Menggunakan Media Arang Batok Kelapa

Terhadap Kekerasan dan Ketahanan Aus Roda Gigi Baja AISI 4140”, Tugas Sarjana Program Studi Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang, 2007.

Smith F William, 1990. Principles of Materials Science and Engineering Second Edition. USA: Mc Graw. Hill.Inc

httpkalogueloe.blogspot.com201303pengujian-keras-brinell-vickers.html. Diakses 8 September 2013.http://candadisini.blogspot.com/2010/12/metalografi.html. Diakses 8 September 2013.

Decarb.

Martens

Ferit.

Perlit

4