ANALISIS PENGARUH WAKTU PADA PROSES KARBURASI TERHADAP KEKERASAN DAN MIKROSTRUKTUR BAJA KARBON MENENGAH NS-1045 SKRIPSI

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH WAKTU PADA PROSES KARBURASI TERHADAP KEKERASAN DAN MIKROSTRUKTUR BAJA KARBON MENENGAH NS-1045 SKRIPSI AGUS PARSAORAN SIAHAAN DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

2 ANALISIS PENGARUH WAKTU PADA PROSES KARBURASI TERHADAP KEKERASAN DAN MIKROSTRUKTUR BAJA KARBON MENENGAH NS-1045 SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains AGUS PARSAORAN SIAHAAN DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

3 PERSETUJUAN Judul : Analisis Pengaruh Waktu pada Proses Karburasi Terhadap Kekerasan dan Mikrostruktur Baja Karbon Menengah NS-1045 Kategori : Skripsi Nama : Agus Pasaora Siahaan Nim : Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen Fakultas : Fisika : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (Fmipa) Disetujui di Medan, 25 Maret 2014 Komisi Pembimbing : Pembimbing 2 Pembimbing 1 (Tua Raja Simbolon, S.Si, M.Si) (Drs.Aditia Warman M.Si) NIP NIP Disetujui Oleh : Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, (Dr.Marhaposan Situmorang) NIP :

4 PERNYATAAN ANALISIS PENGARUH WAKTU PADA PROSES KARBURASI TERHADAP KEKERASAN DAN MIKROSTRUKTUR BAJA KARBON MENENGAH NS-1045 SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dari ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, 25 Maret 2014 AGUS PARSAORAN SIAHAAN

5 PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus atas segala anugerah dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ANALISIS PENGARUH WAKTU PADA PROSES KARBURASI TERHADAP KEKERASAN DAN MIKROSTRUKTUR BAJA KARBON MENENGAH NS Skripsi ini disusun sebagai syarat akademis dalam menyelesaikan studi program Sarjana (S1) Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Medan. Penulis menyadari bahwa selama proses penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesarbesarnya atas segala bantuan, dukungan serta saran yang telah diberikan. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Bapak Drs. Aditia Warman, M.Si dan Bapak Tua Raja Simbolon S,Si M,Si sebagai Dosen Pembimbing yang dengan sabar dan bijaksana memberikan bimbingan serta saran sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 2. Bapak Dr. Anwar Darma,MS, sebagai dosen wali yang telah banyak membantu penulis selama dalam proses perkuliahan 3. Bapak Ir. Sabar Situmorang dan Ibu Fitri selaku kepala Laboratorium Material Test Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI) yang telah membantu dan member saya masukan-masukan dan berbagai bimbingan yang diberikan kepada penulis selama penelitian 4. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, sebagai Ketua Program Studi Fisika FMIPA USU. 5. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M. Sc, sebagai Sekretaris Program Studi Fisika FMIPA USU. 6. Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 7. Seluruh Bapak / Ibu staff pengajar di Fisika FMIPA USU yang telah membimbing saya mulai dari semester awal perkuliahan sampai selesainya tugas akhir ini 8. Kepada staff Pegawai K Tini, K Yuspa dan Juga Bang Jo yang turut memberikan masukan dan bimbingan selama penyelesaian tugas akhir ini. 9. Kedua orang tua tercinta dan terkasih Bapak T. Siahaan dan Ibu T. Br Panjaitan serta saudara-saudara penulis yang tersayang Kak Rondang Siahaan, Kak Rumeli Siahaan, Bang Binson Siahaan, Kak Lena Siahaan, Kak Mega Siahaan, yang telah banyak membantu dan memberikan dukungan penuh kepada penulis baik secara materil maupun moril sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan di Universitas Sumatera Utara ini. 10. Buat seluruh Keluarga Bapak uda Teguh, bapak uda Samuel, bapak uda Desi,bapak uda Elsana, Tulang saya, Namboru Daniel, terkusus buat

6 Bapak Uda P.Siahaan dan Nanguda N.Ritonga yang telah membantu penulis mulai dari awal perkuliahan hingga penyelesaian tugas akhir ini. 11. Stambuk breaving tersayang : Fitri Yuniati, Arvilla Mikartini, Sabam Simbolon, Sukria Novianti, Zainaluddin Rambe, Sony, Ade Irma, Masria Pane, Valentina Ginting, Eldo Jones, Yosua Pinem, Esrawati Siregar, Septiana Xaveria, Andico Sihaloho, Andrian Anshari, Helen Manurung, Yenny Toguan, Resdina Silalahi, Emy Alemmita, Stevani Sigiro, Enra Tambunan, Silviana Simbolon, Kalam Siregar, Istas Manalu, Rieni Kalesta, Natanael Saragih, Timbul Mulya dan Poltak Simarmata yang telah memberikan kesan dan kenangan manis dan pahit bagi penulis selama masa perkuliahan. Terkhusus untuk Monora Panca Bakara, Agus ningsih,nurzannah, Ferdi, Harti Malau, Herdiana Purba, dan Wenny Yoweri Gulo yang menjadi orang terdekat penulis selama menjalani perkuliahan di FISIKA USU. 12. Untuk seluruh adik adik di FISIKA USU angkatan 2010 Teresia Simanjuntak, Gunawan, Amin, Layla, Sarah, dkk, 2011 Lilis Sagita, Dosni, Eman, Widya, Jepri, Ivo dkk, terkhusus untuk adik 2012 Fitri Silaban, Fransisco Purba, ivan, Iqbal, Jacson, Betaria, Crist, Eni, Marta, dkk yang tak bisa saya sebutkan satu persatu, dan juga buat abang/kakak senior bang Zulkarnaen Manalu, dan kak Putri Duha yang telah memberikan semangat buat penulis dalam penyelesaian skripsi ini. 13. Buat Saudara/I Kontrakan Bunga Wijaya Kesuma buat Namboru/amang boru Heri, Kak Missie, Bang Anto, Jesika, Sitio Naldy, Agung Sihombing, Putri, Elisabeth, roy, Gladys, dan Tomy yang telah memberikan semangat dan doa buat penulis selama penyelesaian skripsi ini Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mohon maaf apabila terdapat banyak kekurangan dan kesalahan. Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis maupun orang lain yang membacanya. Amin. Penulis, Agus Parsaoran Siahaan

7 ANALISIS PENGARUH WAKTU PADA PROSES KARBURASI TERHADAP KEKERASAN DAN MIKROSTRUKTUR BAJA KARBON MENENGAH NS-1045 ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh waktu pada proses karburasi terhadap kekerasan dan mikrostruktur baja karbon menengah, pada temperatur C dengan variasi waktu selama 2 jam, 4 jam, 6 jam, dan 8 jam. Jenis karburasi adalah Pack Carburizing ( Karburasi menggunakan zat padat). Media karburasi terdiri dari carbon aktif dari serbuk arang batok kelapa bermassa 50 gram dicampur dengan CaCO 3 bermassa 5 gram, dan kemudian dikeraskan dengan media pendingin oli Mesran SAE 40. Uji kekerasan yaitu uji Vickers dilakukan dengan beban 10 kgf dan uji mikrostruktur dengan Metal Microscopy. Hasil yang didapat adalah kekerasan yang terbaik melalui proses karburasi dengan waktu karburasi 8 jam. Nilai kekerasan maksimum adalah 256,984 kgf/mm 2 setelah dilakukan proses quenching. Pada uji mikrostruktur, dengan perbesaran 100x struktur yang didapat adalah perlit dan ferit sebelum proses quenching. Setelah dilakukan proses quenching struktur yang didapat adalah perlit dan martensit dengan perbesaran 500x. Dari hasil penelitian ini, diketahui bahwa waktu karburasi dapat mempengaruhi kekerasan dan mikrostruktur baja karbon menengah. Kata kunci : karbon aktif, karburasi, kekerasan, mikrostruktur, quenching,.

8 ANALYSIS EFFECT OF TIME ON THE CARBURIZING PROCESS ON HARDNESS AND MICROSTRUCTURE OF MEDIUM CARBON STEEL NS-1045 ABSTRACT Research on the effect of time on the carburizing process on hardness and microstructure of carbon steel Medium NS-1045 had been made at temperature 950 o C with variation of the time for 2 hours, 4 hours, 6 hours, and 8 hours. Carburizing type is Pack carburizing (Carburizing using solids). Carburizing media consists of mixed of active carbon from coconut shell charcoal powder mass of 50 grams and CaCO 3 mass of 5 grams. and then been hardened by cooling oil medium SAE 40. Vickers test as hardness test was done with a load 10kgf and microstructure test was done with Metal Microscopy. The result is the best hardness on the process of carburizing at the time for 8 hours. The maximum hardness value kgf/mm 2 after quenching process. In the test microstructure, with 100x magnification obtained structure is pearlite and ferrite before quenching process. After quenching process structure is pearlite and martensite obtained with a magnification of 500x. From these results, it is known that the carburizing time can affect the hardness and microstructure of medium carbon steel. Keywords: activated carbon, carburizing, hardness, microstructure, quenching,.

9 DAFTAR ISI Halaman Persetujuan... i Pernyataan... ii Penghargaan... v Abstrak... vi Daftar Isi... vii Daftar Tabel... ix Daftar Gambar... x BAB I Pendahuluan 1.1. Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 3 BAB II Tinjauan Pustaka 2.1. Baja Baja Karbon Baja Paduan Unsur Campuran Pada Baja Pengaruh Unsur Campuran Perlakuan Panas (Heat Treatment) Diagram Fasa Karburasi (Carburizing) Karburasi Dalam Zat Padat Adsorpsi Pendinginan (Quenching) Media Pendingin Karbon Aktif Kekerasan Mikrostruktur Baja Karbon BAB III Metode Penelitian 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Prosedur Penelitian Proses Karburasi Pengujian Sampel Uji Kekerasan Uji Mikrostruktur Diagram alir Penelitian... 32

10 BAB IV BAB V Hasil dan Pembahasan 4.1. Hasil Penelitian Kekerasan Mikrostruktur Pembahasan Analisis Kekerasan Analisis Mikrostruktur Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan Saran Daftar Pustaka Lampiran I Lampiran II... 65

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Pengkristalan kembali pada beberapa logam. 11 Tabel 3.1. Alat Tabel 3.2. Bahan Tabel 4.1. Hasil Uji Kekerasan Permukaan Baja Karbon Menengah Sebelum Proses Quenching Tabel 4.2. Hasil Uji Kekerasan Permukaan Baja Karbon Sedang Setelah Proses Quenching... 35

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. diagram besi- karbida besi Gambar 2.2. Bentuk Struktur atom BCC Gambar 2.3 Bentuk Struktur atom FCC Gambar 2.4. Perubahan Bentuk struktur atom Akibat Pemanasan pada Logam 15 Gambar 2.5 Pengujian Vickers Gambar 4.1 Hubungan lama karburasi terhadap kekerasan baja karbon menengah NS-1045 sebelum proses quenching.. 34 Gambar 4.2 Hubungan lama karburasi terhadap kekerasan baja karbon menengah NS-1045 sesudah proses quenching dengan Oli Mesran SAE Gambar 4.3 Mikrostruktur baja karbon menengah tanpa perlakuan (bahan original) perbesaran 100x 36 Gambar 4.4 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses karburasi selama 2 jam sebelum di quenching perbesaran 100x 37 Gambar 4.5 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses karburasi selama 4 jam sebelum di quenching perbesaran 100x 38 Gambar 4.6 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses karburasi selama 6 jam sebelum di quenching perbesaran 100x 39 Gambar 4.7 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses Karburasi selama 8 jam sebelum di quenching perbesaran 100x 40 Gambar 4.8 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses karburasi 2 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran SAE 40 perbesaran 100x. 41 Gambar 4.9 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses karburasi 4 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran SAE 40 perbesaran 100x. 42 Gambar 4.10 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses karburasi 6 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran SAE 40 perbesaran 200x 43 Gambar 4.11 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses karburasi 8 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran SAE 40 perbesaran 500x 44 Gambar 4.12 Perbandingan kekerasan baja karbon menengah NS-1045 sebelum dan sesudah quenching dengan Oli Mesran SAE 40 46