TUGAS AKHIR ANALISIS SIFAT FISIS DAN MEKANIS RODA GIGI REDUCER SEBELUM DAN SESUDAH DI CARBURIZING NASKAH PUBLIKASI

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR ANALISIS SIFAT FISIS DAN MEKANIS RODA GIGI REDUCER SEBELUM DAN SESUDAH DI CARBURIZING NASKAH PUBLIKASI Penguji : Ir. Bibit Sugito, MT M. Alfatih Hendrawan, ST, MT Wijianto, ST, MEngSc Disusun Oleh: WAWAN ENDRO PRASETYO NIM : D JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA MARET 212

2

3 ANALISIS SIFAT FISIS DAN MEKANIS RODA GIGI REDUZER SEBELUM DAN SESUDAH DI CARBURIZING Wawan Endro Prasetyo, Bibit Sugito, Muh. Alfatih Hehdrawan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Telp. (271) whaone_sinyo@yahoo.co.id ABSTRAKSI Untuk meningkatkan kekerasan pada roda gigi reducer ini dilakukan proses carburizing. Tujuan dari penelitian ini adalah, mengetahui kandungan komposisi kimia, membandingkan sruktur mikro, membandingkan kekerasan, dan mengetahui difusi karbon pada roda gigi cacing silindris dan batang cacing merk TKB, CEA,CCM sebelum dan sesudah dicarburizing. Pada penelitian ini spesimen dicarburizing dengan menggunakan pack carburizing (karburasi padat) yaitu wadah diisi dengan arang kayu yang sudah dicampur dengan barium carbonat yang mana spesimen diletakkan ditengah, wadah ditutup rapat dengan memberikan tanah liat diatas tutupnya supaya tidak ada udara yang masuk kemudian baru dipanaskan dengan suhu 95 ºC, dengan variasi waktu 1 jam, 2 jam dan 3 jam yang kemudian didinginkan dengan cara yang lambat. Setelah proses carburizing selesai lalu spesimen diuji sruktur mikro, kekerasan, dan difusi karbon. Hasil analisis dari pengujuian komposisi kimia pada batang cacing untuk semua merk menujukkan unsur paduan paling dominan Mangan (Mn), dengan nilai presentase terendah yaitu merk.71 sedangkan roda gigi silindris untuk semua merk menunjukkan kandungan karbon (C), dengan nilai presentasenya terendah Pada pengujian struktur mikro batang cacing untuk semua merk terdiri dari fasa dan, sebelum dan sesudah carburizing. Kemudian stuktur mikro pada roda gigi cacing silindris terdiri dari ferrit, dan grafit. Hasil pengujian kekerasan pada batang cacing dan rosa gigi cacing silindris untuk semua merk mempunyai peningkatan kekerasan setelah proses carburizing. Karena pada seluruh spesimen roda gigi cacing silindris semakin lamanya waktu penahanan semakin lunak. Pengujian difusi menunjukkan bahwa semakin tingginya suhu dan lamanya waktu penahanan, maka ketebalan difusi karbon akan semakin besar. Kata kunci : roda gigi reducer, Pack carburizing, Difusi.

4 Latar Belakang Baja sering digunakan pada pembuatan elemen-elemen mesin sampai sekarang, dikarenakan sifatnya yang keras, kuat dan ulet. Salah satunya roda gigi yang merupakan komponen yang sangat penting pada mesin produksi atau perkakas yang belum tergantikan sampai sekarang. Untuk mempertahankan kwalitas supaya lebih awet atau tahan lebih lama pada roda gigi tersebut maka diperlukan permukaan yang keras dan inti yang liat, yaitu dengan proses carburizing. Dimana media carburizing dapat berupa padat, cair, ataupun gas. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah: 1. Mengetahui kandungan unsur kimia pada spesimen. 2. Mengetahui perubahan sturuktur mikro yang ada pada spesimen. 3. Membandingkan harga kekerasan pada spesimen. 4. Mengetahui difusi karbon pada spesimen sesudah dicarburizing. Batasan Masalah Karena penelitian ini banyak kajian yang diungkap maka agar lebih focus penelitian dibatasi permasalahannya sebagai berikut : 1. Material yang digunakan adalah roda gigi pinion pada reducer dengan merk TKB, CEA, CCM. 2. Proses perlakuan bahan dengan mengguakan carburizing dengan waktu tahan 1 jam, 2 jam dan 3 jam. Tinjauan Pustaka Arif Nugroho (22) dengan judul pengaruh carburizing arang kayu jati dan arang cangkang kelapa dengan austempering pada mild steel ( baja lunak ) produk pengecoran terhadap sifat fisis dan mekanis. Dengan suhu 925 dan waktu tahan 8 jam dihasilkan peningkatan kekerasan setelah proses carburizing dimana harga kekerasan raw material yang semula VHN menjadi 4.72 VHN untuk arang kayu jati dan VHN untuk arang tempurung kelapa. Deny Rianggoro (22) dengan judul pengaruh carburizing pada mild steel (baja lunak) produk pengecoran dengan menggunukan arang kayu jati dengan waktu tahan 3 jam, 4 jam, 7 jam dengan austempering terhadap sifat fisis dan mekanis. Dihasilkan setelah mengalami proses carburizing harga rata-rata kekerasan mengalami kenaikan dan pada pengujian ketebalan difusi menunjukkan semakin lama waktu penahanan suhu carburizing (925 ºC), maka ketebalan difusi karbon semakain besar. Yoshrizal Hary Y (25) dengan judul analisis pengerasan permukaan baja karbon rendah dengan metode carburizing dengan waktu tahan 3 jam, 4 jam, 5 jam. Dihasilkan setelah mengalami proses carburizing nilai keausan dan kekerasan mengalami kenaikan.

5 LANDASAN TEORI 1. Klasifikasi Baja Karbon Baja karbon adalah paduan antara unsur besi (Fe) dan unsur karbon (C), meskipun ada unsur-unsur lain yang terkandung didalamnya antara lain Ni, Mn, Si, P, S, dan lainnya. Baja karbon dapat dikelompokkan menjdi 3 macam, yaitu : a. Baja karbon rendah Mempunyai kadar karbon.3. b. Baja karbon sedang Mempunyai kadar karbon antara.3-.7 c. Baja karbon tinggi Mempunyai kadar karbon.7 2. Pengaruh Unsur Paduan pada Baja : Karbon (C) Khrom (Cr) Mangan (Mn) Silicon (Si) Kobalt (Co) Nikel (Ni) Molibdium (Mo) Vanadium (V) Titanium (Ti) Aluminium (Al) 3. Sifat Fisis baja Sifat fisis suatu bahan adalah keadaan logam apabila mengalami peristiwa fisika dan berkaitan dengan karakteristik material yang bersangkutan.sifat fisis ini antara lain : a. komposisi kimia b. struktur mikro c. titik cair / leleh 4. Sifat Mekanis baja Sifat mekanik bahan adalah kemampuan bahan untuk menahan beban yang dikenakan pada bahan, sifat ini misalnya meliputi : a. Keuletan/Keliatan (ductility) b. Kekuatan tarik c. Ketangguhan (Thoughness) d. Kekerasan (hardness) e. Deformasi 5. Carburizing Karbonisasi adalah proses memanaskan bahan samapai diatas sukritis yaitu 9 ºC 95 ºC dalam lingkungan yang menyerahkan karbon lalu

6 dibiarkan beberapa lamanya pada suhu tersebut dan kemudian didinginkan (beumer, 198:37). Karbonisasi dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu : a. Karbonisasi padat b. Karbonisasi cair c. Karbonisasi gas METODE PENELITIAN Mulai Studi literature dan standard pengujian Persiapan spesimen Uji Komposisi Kimia Spesimen raw material Spesimen untuk dicarburizing Carburizing Waktu Tahan 1 jam Carburizing Waktu Tahan 2 Jam Caburizing Waktu Tahan 3 Jam Uji Struktur Mikro Uji Kekerasan Uji Difusi Data Hasil Penelitian Analisa Data Kesimpulan Selesai

7 1. Bahan Penelitian Bahan yang digunaka dalam penelitian ini adalah roda gigi reducer dengan tiga merk yaitu TKB, CEA, dan CCM yang diambil dari mesin reducer. 2. Alat Penelitian a. Alat bantu Alat Pemotong Pemotongan dilakukan dengan menggunakan dua alat potong (gergaji besi tangan dan mesin). Amplas Amplas berguna untuk menghaluskan permukaan amplas yang digunakan nomor ukuran 4, 8, 1, 12 dan 2. Bahan Etsa Untuk megetsa atau mengikis secara terkendali permukaan logam sebelum dilihat dengan mikroskop, berupa HCL 2,5% untuk baja. Alat-alat lain Auotosol, pensil, mistar, spidol, kertas dan jangka sorong. b. Alat Uji Komposisi Kimia (Standar ASTM E 415) c. Alat Uji Struktur Mikro (Standar ASTM E 3) d. Alat Uji Kekerasan (Standar ASTM E 92) e. Alat uji Perlakuan Panas 1. Sampel pengujian a. Pengujian komposisi kimia Gambar 2. Spesimen pengujian komposisi kimia pada roda gigi cacing silindris dan batang cacing merk TKB, CEA, CCM. b. Pengujian struktur mikro dan kekerasan (raw matrial) Gambar 3. Spesimen pengujian struktur mikro dan kekerasan roda gigi cacing silindris dan batang cacing merk TKB, CEA, CCM.

8 c. Pengujian struktur mikro dan kekerasan setelah proses carburizing Gambar 4. Spesimen pengujian struktur mikro dan kekerasan roda gigi cacing silindris dan batang cacing merk TKB. d. Pengujian struktur mikro dan kekerasan setelah proses carburizing. Gambar 5. Spesimen pengujian struktur mikro dan kekerasan roda gigi cacing silindris dan batang cacing merk CEA. e. Pengujian struktur mikro dan kekerasan setelah proses carburizing. Gambar 6. Spesimen pengujian struktur mikro dan kekerasan roda gigi cacing silindris dan batang cacing merk CCM. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Pangujian komposoisi kimia Tabel 1. Tabel komposisi kimia batang cacing merk TKB. Unsur (%) Ferro (Fe) Mangan (Mn).954 Karbon (C).4293 Silikon (Si).2525 Sulfur (S).839

9 Tabel 2. Tabel komposisi kimiabatang cacing merk CEA. Unsur (%) Ferro (Fe) Mangan (Mn).9225 Chrom (Cr).916 Karbon (C).5454 Silicon (S).2676 Tabel 3. Tabel uji komposisi kimia batang cacing merk CCM Unsur (%) Ferro (Fe) Mangan (Mn).71 Copper (Cu).4581 Karbon (C).4494 Silikon (Si).2196 Tabel 4. Tabel uji komposisi kimia roda gigi cacing silindris merk TKB Unsur (%) Ferro (Fe) Karbon (C) Silikon (Si) Mangan (Mn).3925 Posfor (P).185 Tabel 5. Tabel uji komposisi kimia roda gigi cacing silindris merk CEA Unsur (%) Ferro (Fe) Karbon (C) Silikon (Si) Mangan (Mn).3668 Posfor (P).73 Tabel 6. Tabel uji komposisi kimia roda gigi cacing silindris merk CCM Unsur (%) Ferro (Fe) Karbon (C) Silikon (Si) Mangan (Mn).4413 Posfor (P).78 Untuk hasil komposisi kimia roda gigi cacing silindris pada semua merk didapatkan unsur paduan paling besar presentasenya adalah karbon (C) di bandingkan unsur paduan lainya yaitu dengan nilai rata-rata terendah adalah %. Maka tergolong besi cor. Sedangkan untuk batang cacing pada semua merk unsur paduan mangan (Mn) mempunyai persentase paling tinggi dibanding unsur lainya yaitu dengan nilai rata-rata terendah adalah.71 %. Maka tergolong baja mangan.

10 1. Hasil Pengujian Struktur Mikro a. Data Hasil Pengujian Struktur Mikro Sebelum Proses carburizing Gambar 7. Struktur mikro Batang cacing merk TKB Gambar 8. Struktur mikro Batang cacing merk CEA. Gambar 9.Struktur mikro Batang cacing merk CCM. grafit Gambar 1. Struktur mikro Roda Gigi Cacing Silindris merk TKB.

11 grafit Gambar 11. Struktur mikro Roda Gigi Cacing Silindris merk CEA. grafit Gambar 12. Struktur mikro Roda Gigi cacing silindris merk CCM. b. Data hasil sruktur mikro setelah proses carburizing. Gambar 13. Struktur mikro batang cacing merk TKB waktu carburizing 1 jam. Gambar 14. Struktur mikro batang cacing merk TKB waktu carburizing 2 jam

12 Gambar 15. Struktur mikro batang cacing merk TKB waktu tahan carburizing 3 jam. Gambar 16. Struktur mikro batang cacing merk CEA waktu tahan carburizing 1 jam. Gambar 17. Struktur mikro batang cacing merk CEA carburizing 2 jam. Gambar 18. Struktur mikro batang cacing merk CEA carburizing 3 jam. Gambar 19. Struktur mikro batang cacing merk CCM carburizing 1 jam.

13 Gambar 2. Struktur mikro batang cacing merk CCM carburizing 2 jam. Gambar 21. Struktur mikro batang cacing merk CCM carburizing 3 jam. grafit Gambar 22. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk TKB carburizing 1 jam. grafit Gambar 23. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk TKB carburizing 2 jam. grafit Gambar 24. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk TKB carburizing 3 jam.

14 grafit Gambar 25. Struktur ikro roda gigi cacing silindris merk CEA carburizing 1 jam. perit grafit Gambar 26. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk CEA carburizing 2 jam. grafit Gambar 27. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk CEA carburizing 3 jam. grafit Gambar 28. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk CCM carburizing 1 jam. grafit Gambar 29. Struktur mikro roda gigi cacing silindris merk CCM carburizing 2 jam.

15 grafit Gambar 3. Struktur mikro Roda Gigi cacing silindris merk CCM carburizing 3 jam a) Uji struktur mikro pada batang cacing untuk semua merk setelah proses pach carburizing nampak jelas semakin lamanya waktu penahanan maka semakin sedikit fasa yang terlihat bila dibandingkan dengan raw material yang dikarenakan dan sementit berubah menjadi pada pada proses eutectoid. b) Uji struktur mikro pada roda gigi cacing silindris untuk semua merk, setelah proses carburizing terlihat fasa grafit terlihat lebih besar dibandingkan dengan sebelum proses carburizing yang dikarenakan banyaknya karbon yang terbentuk menjadi grafit sebelum proses eutectoid sehingga pada saat proses eutectoid yang terbentuk sedkit. 2. Hasil Pengujian Kekerasan Vikers a) Data hasil kekerasan sebelum proses carburizing - Harga kekerasan batang cacing TKB: 226 VHN; CEA: 275 VHN; CCM: 196 VHN. - Harga kekerasn roda cacing silindris TKB: 123 VHN; CEA: 143 VHN; CCM: 12 VHN.

16 Harga kekerasan (VHN) Harga kekerasan (VHN) Harga kekerasan (VHN) b) Data hasil kekerasan setelah proses carburizing. Histogram kekerasan batang cacing merk TKB raw material jam 2 jam 3 jam Waktu tahan (jam) Gambar 31. Histogram perbandingan kekerasan batang cacing merk TKB setelah proses carburizing. Hisrogram kekerasan batang cacing merk CEA Raw material jam 2 jam 3 jam Waktu tahan (jam) Gambar 32. Histogram perbandingan kekerasan batang cacing merk CEA setelah proses carburizing. Histogram kekerasan batang cacing merk CCM Raw material 1 jam 2 jam 3 jam Waktu tahan (jam)

17 Harga kekerasan (VHN) Harga kekerasn (VHN) Gambar 33. Histogram perbandingan kekerasan batang cacing merk CCM setelah proses carburizing. Histogram kekerasan roda gigi cacing silindris merk TKB Raw material 1 jam 2 jam 3 jam Waktu tahan (jam) Gambar 34. Histogram perbandingan kekerasan roda gigi cacing silindris merk TKB setelah proses carburizing. Histogram kekerasan rada gigi cacing silindris merk CEA Raw material 1 jam 2 jam 3 jam Waktu tahan (jam) Gambar 35.Histogram perbandingan kekerasan roda gigi cacing silindris merk CEA setelah proses carburizing.

18 Kedalaman difusi (mm) Harga kekerasan (VHN) Histogram kekerasan roda gigi silindris merk CCM Raw material 1 jam 2 jam 3 jam Waktu tahan (jam) Gambar 36. Histogram perbandingan kekerasan roda gigi cacing silindris merk CCM setelah proses carburizing. Dengan memperhatikan hasil histogram kekerasan di atas untuk semua spesimen yang telah mengalami proses carburizing menunjukkan kenaikan kekerasan dengan waktu tahan 1 jam, 2 jam dan 3 jam, bila dibandingkan dengan raw material. Akan tetapi pada seluruh spesimen roda gigi cacing silindris menunjukkan penurunan kekerasan yang dikarenakan oleh banyaknya karbon keluar yang membentuk struktur grafit, dimana struktur tersebut memiliki sifat yang lunak dan dapat kita lihat pada gambar 22 sampai 3 yang menunjukkan bahwa struktur grafit terlihat lebih besar bila kita bandingkan dengan raw material. Pengujian difusi karbon Waktu penahanan (jam) Gambar Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada batang cacing merk TKB.

19 Kedalaman difusi (mm) Kedalamam difusi (mm) Kedalaman difusi (mm) Waktu penahanan (jam) Gambar Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada batang cacing merk CEA Waktu penahanan (jam) Gambar Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada batang cacing merk CCM Waktu penahanan (jam) Gambar Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada roda gigi cacing silindris merk TKB.

20 Kedalaman difusi (mm) Kedalman difusi (mm) Waktu penahanan (jam) Gambar Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada roda gigi cacing silindris merk CEA Waktu penahanan (jam) Gambar Histogram pengaruh waktu tahan carburizing terhadap katebalan difusi karbon pada roda gigi cacing silindris CCM. Pada histogram diatas dapat dilihat bahwa hasil uji ketebalan difusi karbon masuk pada semua spesimen menunjukkan bahwa semakin lama penahanan dan tinggginya suhu karburasi (95ºC), maka ketebalan difusi karbon akan semakin besar. KESIMPULAN Dengan melihat dari hasil data diatas, maka dapat di simpulkan sebagai berikut: 1. Dari uji komposisi kimia Pada batang cacing untuk semua merk didapatkan unsur paduan paling dominan mangan (Mn), dengan nilai terendah.71%, untuk roda gigi cacing silindris untuk semua merk didapatkan unsur paduan paling dominan adalah karbon (C), dengan nilai terendah %. 2. Dari uji struktur mikro Pada uji struktur mikro batang cacing untuk semua merk di dapat fasa dan sebelum dan sesudah proses carburizing. Pada roda gigi cacing

21 silindris untuk semua merk di temukan fasa grafit,, dan sebelum dan sesudah proses carburizing. 3. Dari uji kekerasan Batang cacing dan Roda gigi cacing silindris untuk semua merk mempunyai peningkatan kekerasan setelah proses carburizing. Karena pada seluruh spesimen roda gigi cacing silindris semakin lamanya waktu penahanan nampak semakin lunak. 4. Dari uji difusi Pada uji difusi untuk semua spesimen menunjukkan bahwa semakin lama penahanan karburasi (95 ºC), maka ketebalan difusi atau karbon masuk semakin besar. Saran-saran Dari hassil penelitian yang telah dilakukan ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu : 1. Pada waktu pencampuran bahan serbuk arang kayu dan serbuk barium karbonat (BaCO3) harus benar- benar merata serta termpertur harus dijaga konstan agar hsil dapat maksimal. 2. Supay tidak terjadi proses oksidasi yang berlebihan dengan udara luar, maka kotat untuk proses carburizing harus tertutup dengan rapat (kedap udara). 3. Selain carburizing jenis padat, untuk penelitian ke depan perlu dilakukan pengembangan proses carburizing cair atau gas sehingga dapat diketahui keuntungan dan kerugian ditinjau dari segi ekonomi, efisiensi kerja maupun kualitas produk yang dihasilkan. 4. Untuk pengembangan jangka panjang penting dilakukannya uji keausan karena karburasi biasadigunakan pada aplikasi roda gigi beban berat, noken as dan bagian mesin lainnya yang menderita beban keausan. 5. Persiapkan spesimen yang akan diuji terlebih dahulu agar tidak membuangn banyak waktu saat pengujian sehingga dapat langsung dilakukan pengujian. PERSANTUNAN Dalam berjalan proses mengerjakan tugas akhir ini, saya mengucapkan banyak-banyak terima kasih kepada : - Allah SWT yang telah melimpahkan segalah rahmat dan hidayahnya. - Ibu saya atas semua suportnya baik sacara moril ataupun materiel. - Bapak Ir. Bibit Sugito, Mt sebagai pembimbing I atas bimbingannya selama ini. - Bapak Muh. Alfatih Hendarawan, ST, MT sebagai pembimbing II atas bimbingannya dan motivasinya selama ini. - Bapak Aji sebagai pembimbing penelitian dilab S1 UGM dan bapak Lilik dilab D3.

22 - Agung, Ahmad Rifa i, Anwar sebagai teman seperjuangan, M. Nur, Gege P, kawan-kawan angkatan 25 dan semua angkatan yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.

23 DAFTAR PUSTAKA Annual Book of Standards ASTM, E 3 1, Standards practice for Preparation of Metallugrapihic Specimens, West Conshohocken, PA : United States. Annual Book of Standards ASTM, E 92 82, Standards Test Method for Vikers Hardness of Metallic Metallic Materials, West Conshohocken, PA : United States. Annual Book of Standards ASTM, E Standards Test Methodfor Optical Emmision Vacuum Spectrometric Analisis of Carbon and Low Alloy, West conshohocken, PA : United States. Dany, Rianggoro. 22. Teknologi Tepat guna Peralatan dan Proses Pack Carburizing untuk Peningkatan Kualitas Produk Alat-Alat Pertanian (cangkul). Laporan Tugas Akhir Fakultas Teknik Mesin UMS, Agustus 24, Surakarta. Hary, Yoshrizal, Y., (25), Tugas Akhir : Analisis Pengerasan Permukaan Baja Karbon Rendah Dengan Metode Carburizing Dengan Waktu Tahan 3 jam, 4 jam, 5 jam.fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta. Suherman, wahid., Ilmu Logam I dan II, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Suherman, Wahid., Pengetahuan Bahan, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Surdia, T.; Saito, s, 1995, Pengetahuan Bahan Teknik, Edisi ke-4, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. Van Vlack, 1992, Ilmu dan teknologi Bahan, Terjemahan : Sriati Djaprie, Edisi ke-5, PT. Erlangga, Jakarta. Widiyono, E., 22, Tugas Akhir : Penerapan Teknologi Tepat Guna Peralatan dan Proses Pack Carburizing untuk Peningkgtan Kualitas Produk Alat-alat Pertanian,Institut Teknologi Surabaya, Surabaya.