PENGARUH KARBURISASI PADAT DENGAN KATALISATOR CANGKANG KERANG DARAH (CaCO2) TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN KEASUHAN BAJA St 37

Transkripsi

1 PROSIDING HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK PENGARUH KARBURISASI PADAT DENGAN KATALISATOR ANGKANG KERANG DARAH (ao2) TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN KEASUHAN BAJA St 37 Jurusan Teknik Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea Makassar, Telp./Fax: (0411) Abstrak Pengaruh Ukuran Butir Katalisator angkang Kerang Darah (ao3) Pada Proses Karburasi Padat Terhadap Kekerasan Baja St 37. Salah satu hasil laut yang sering dikonsumsi selain ikan adalah kerang laut. Kerang Darah (Ariadara Grnosa) paling sering dijumpai di restoran-restoran sea food, cangkang kerang ini kemudian menjadi sampah yang hanya terbuang percuma. angkang kerang ternyata mengandung kalsium karbonat yang dapat dijadikan sebagai katalisator alternatif di dalam proses karburisasi pada selain barium karbonat. Proses karburisasi padat merupakan salah satu proses pengerasan permukaan baja karbon rendah dengan metode difusi atom karbon. JRenelitan ini bertujuan mengetahui ukuran butir katalisator cangkang kerang darah (aos) 30 % dan karbon tempurung kelapa 70 % pada proses karburasi padat serta membandingkan kekerasan baja sebelum dan sesudah proses karburasi padat. Penelitian ini menggunakan bahan baja karbon rendah yaitu baja St 37 dengan suhu pemanasan 950 o, Waktu Penahanan 1 Jam dan didinginkan cepat dengan air, menggunakan arang tempurung kelapa dengan ukuran butir 0,149 mm. Adapun spesimen yang digunakan dalam penelitian sebanyak 5 buah, dengan variasi ukuran butir cangkang kerang darah yaitu 0,149 mm, 0,595 mm, 1,19 mm, 1,6 mm dan 2 mm. Spesimen ini di uji dengan pengujian kekerasan Rockwell. hasil pengujian kekerasan diperoleh nilai kekerasan tertinggi 60 HR pada ukuran butir 2 mm dan rendah 56,4 HR pada ukuran butir 0,149 mm. Dan rata-rata nilai kekerasan St 37 sebelum di karburasi yaitu 41,2 HR dan terjadi kenaikan rata-rata kekerasan pada setiap ukuran butir. Pada ukuran butir kenaikan rata-rata kekerasan pada setiap ukuran butir. Pada ukuran butir 0,149 mm kenaikan rata-rata kekerasan 36,89 %. Ukuran butir 0,595 mm kenaikan rata-rata kekerasan 38,83 % ukuran butir 1,19 mm kenaikan rata-rata kekerasan 42,23 % ukuran butir 1,6 mm kenaikan rata-rata kekerasan 44,39 % dan kekerasan tertinggi pada ukuran butir 2 mm dengan kenaikan rata-rata kekerasan 45,63 %. Untuk laju keausan bahan berbanding terbalik dengan kekerasan, dimana laju keausan tertinggi pada kekerasan bahan terendah sedang bahan kekerasan tertinggi menghasilkan laju keausan terendah. Kata Kunci: karburasi pada, baja st 37 cangkang kerang darah, karalisator, keausan, kekerasan Rockwiell. PENDAHULUAN Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini sangat mempengaruhi kehidupan manusia, yang secara langsung merasakan dampak pengembangannya di berbagai bidang. Dimana kebutuhan manusia tidak lepas dari unsur logam, karena hampir semua lat yang digunakan manusia terbuat dari unsur logam. Sehingga logam mempunyai peranan penting dalam kehidupan manusia dan menunjang teknologi di masa sekarang. Oleh karena itu timbul usaha manusia untuk memperbaiki sifat-sifat dari logam tersebut dengan merubah sifat mekanis dan sifat fisiknya. Karburasi atau carburizing adalah proses perlakuan termokimia untuk mengeraskan permukaan baja, umunya diterapkan pada jenis baja yang mudah dikeraskan. Mengeraskan permukaan dengan menggunakan cara karburasi adalah cara pengerasan yang paling tua dan ekonomis. Karena pada proses pengerasan ini hanya merubah komposisi kimia dari baja karbon tersebut. Baja karbon rendah tidak dapat langsung dikeraskan karena kadar karbon dari baja terlalu rendah. Agar dapat TM3-1

2 Pengaruh Karburasi Padat dengan dikeraskan maka kadar karobnnya harus ditambah. Penambahan kadar karbon dilakukan dengan mendifusikan karbon melalui permukaan baja dengan cara memanaskan pada temperatur yang cukup tinggi yaitu pada temperatur austenit dalam lingkungan yang mengandung atom karbon aktif. Yang patut dipertimbangkan dalam penerapan proses karburasi adalah bahwa proses karburasi akan menghasilkan deformasi yang sangat kecil dibanding pad proses pengerasan yang diperoleh melalui pendinginan (quenching). Baja Karbon Baja karbon atau carbon steel adalah antara besi (Fe) dan karbon () dimana unsur karbon sangat menentukan sifat-sifatnya. Sedangkan unsur-unsur paduan lainnya yang biasa terkandung di dalamnya terjadi karena prose pembuatannya. Baja merupakan logam yang paling banyak digunakan dalam bidang teknik. Baja dalam pencetakannya dapat berbentuk pelat (sheet metal), batang, pipa dan lain sebagainya. Berdasarkan kadar karbon, baja karbon dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu : Baja Karbon Rendah (Hypoeutectoid) Kadar Karbon < 0,30 % Baja Karbon Sedang (Eutectoid) Kadar Karbon (0,30 0,83) % Baja Karbon Tinggi (Hypereutectoid) Kadar Karbon > 0,83 % Baja ST 37 Baja adalah logam paduan yang terdiri dari logam besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan unsur Karbon dalam baja berkisar antara 0.2 % hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Baja ST 37 adalah baja yang memiliki kekuatan tarik maximum < 37 kg/mm2. Baja ST 37 merupakan baja karbon rendah yang mempunyai kandungan karbon kurang dari 0,3% dan lebih dari 99% seperti tampak pada tabel 1. Tabel 1. Baja ST 37 Kandungan Unsur (%) Fe 99,310 S Mn 0,375 o 0,118 Nb Si 0,055 u W 0,046 Mo Ni 0,026 Al r 0,021 V P 0,017 (Sumber: Rusianto & Sigit, 2002) Kandungan (%) 0,015 0,007 0,006 Max. 0,004 Max. 0,005 Max. 0,002 Max. 0,001 - Unsur Karburasi Padat (Pack arburizing) Pada proses karburasi pada Benda kerja dimasukkan ke dalam kotak yang berisi bubuk karbon dan ditutup rapat kemudian dipanaskan pada temperatur austenitc, yaitu antara 800 o o Selama waktu tertentu. Bahan karburasi padat terdiri dari bubuk karbon aktif ditambah BaO3 (Barium arbonat) atau ao3 (Kalsium arbonat) sebanyak ± 30 % sebagai katalisator yang mempercepat proses karborisasi. Namun biasanya BaO3 yang dipakai karena lebih mudah terurai dari pada ao3. Sebenarnya tanpa katalisator pun dapat terjadi proses karburasi karena temperatur sangat tinggi, maka karbon teroksidasi oleh oksigen yang terperangkap dalam kotak menjadi O2 reaksi dengan karbon bereaksi terus hingga diperoleh; O2 + 2 O (1) Dengan pengaturan yang semakin tinggi keseimbangan reaksi cenderung ke kanan, makin banyak O. Pada permukaan baja O akan terurai; TM3-2

3 PROSIDING O O2 + HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK (2) Dimana yang terbentuk ini berupa atom karbon yang dapat masuk berdifusi ke dalam fase austenid dari baja. Dengan adanya katalisator proses akan lebih mudah berlangsung karena meskipun udara yang terperangkap sedikit, tetapi katalisator menyediakan O2 yang akan segera mulai mengaktifkan reaksi reaksi selanjutnya. Reaksi dekomposisi ao3. ao3 a O + O2 (3) Dengan temperatur tinggi baja mampu melarutkan banyak karbon, maka dalam waktu singkat permukaan baja dapat menyerap karbon hingga mencapai batas jenuhnya. Gambar 1. Skema proses karburasi padat (Sumber: muhnabil.wordpress.com, 2012) Maksudnya 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. Kedalaman lapisan karburasi (case depth) dipengaruhi oleh kandungan karbon dari baja asal, temperatur dan waktu karburasi. Semakin tinggi karbon dan semakin lama holding time maka. Semakin banyak penyerapan karbon yang masuk kedalam spesimen. Katalisator Karbursi Padat Katalisator adalah zat yang ditambahkan kedalam suatu reaksi dengan maksud memperbesar reaksi. Katalis terkadang ikut terlibat dalam reaksi tetapi tidak mengalami perubahan kimiawi yang permanen, ao3 yang berfungsi sebagai katalisator dengan reaksi sebagai berikut; 1. Penguraian energi untuk memberikan gas O pada permukaan baja. ao3 ao + O2 (4) 2. Karbon monoksida bereaksi dengan permukaan baja. Fe (c) + O2 2 O + Fe (5) Sifat-sifat yang dimiliki baja karbon setelah Proses Karburasi sebagai berikut: 1. Kekerasan permukaan tinggi dan tahan aus. 2. Tahan temperatur tinggi. 3. Umur lelah lebih tinggi. TM3-3

4 Pengaruh Karburasi Padat dengan Diagram Fasa Fe-Fe3 Diagram Fase Fe-Fe3 merupakan sebuah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dimana terjadi perubahan fase selama proses pendinginan lambat dan pemanasan lambat dengan kandungan karbon (), seperti terlihat pada gambar 2. Diagram fase besi Fe3 ini menjadi landasan untuk perlakuan panas terhadap kebanyakan jenis baja. Gambar 2. Diagram Fase Fe-Fe3 METODE PENELITIAN Metodologi penelitian disusun sebagai berikut Pemotongan spesimen dengan ukuran diameter 2 cm dan tebal 1 cm. Spesimen seperti terlihat pada gambar 3.b. Pengkodean spesimen (A,B,,D,E dan F). Perlakuan spesimen dengan karburasi Perlakuan spesimen dengan tidak dikarburasi Uji kekerasan Rockweel. Uji Keausan. Pengujian keausan seperti terlihat pada gambar 3.a. Analisa data dan Pembahasan. Penarikan simpulan. a b Gambar 3. a). Uji Keausan.,b) Spesimen Uj TM3-4

5 PROSIDING HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK HASIL DAN BAHASAN Nilai Kekerasan baja St 37 Sesudah di karbursasi dengan katalisator cangkang keong darah (ao3) Mengalami peningkatan dibanding sebelum di karburisasi yaitu rata-rata 41,2 HR menjadi 52, 5 HR pada Spesimen A yang dikarburisasi tanpa katalisator, sedang pengaruh katalisator ao3 terhadap peningkatan kekerasan baja St 37 yang dikarburisasi ditentukan oleh besar ukuran butir katalisator, dimana ukuran butir makin besar, makin tinggi peningkatan kekerasan yang dicapai, untuk ukuran butir 0,149 mm, kekerasannya rata-rata 57 HR, besar butir 0,595mm 57,4 HR, besar butir 1,19 mm 58,6 HR, sedang besar butir 1,6 mm 59,2 HR dan besar butir 2 mm nilai kekrasannya 62 HR. Untuk nilai laju keausan baja St 37 sebelum dikarburisasi adalah rata-rata gr/mm2 dt menjadi 0, gr/mm2dt. Sesudah dikarburisasi tanpa katalisator, pengaruh katalisator tergantung pada ukuran butir dimana laju keausan mengalami penurunan tertinggi pada ukuran butir katalisator 2 mm yaitu menjadi 0, gr/mm2dt. Hubungan pengaruh karburisator dengan katalisator terhadap kekerasan dan laju keausan pada baja St 37 berbanding terbalik dan ditentukan ukuran butir katalisator (lihat tabel 2, gambar 4 dan 5). Tabel 2. Hasil Pengujian Rerata Kekerasan dan Laju Keausan Baja St 37 SPESIMEN UJI A B D E F KARBURASI DENGAN UKURAN BUTIR KATALISATOR Tanpa katalisator 0,149 mm 0,595 mm 1,19 mm 1,6 mm 2 mm KEKERASAN (HR) Sebelum Sesudah 52, ,4 58,6 59,2 62 LAJU KEAUSAN (gr/mm2 dt) Sebelum Sesudah 0, , , ,0002 0, , KEKERASAN (Sumber: Hasil Olahan 2013) Gambar 4. Benda Uji Dikarburisasi Grafik Uji Kekerasan Baja St 37 Sebelum dan Sesudah Dikarburisasi Gambar 5. Benda Uji Karborisasi Grafik Uji Laju Keausan Baja St 37 Sebelum dan Sesudah Karburisasi TM3-5

6 Pengaruh Karburasi Padat dengan SIMPULAN Dari penelitian yang dilakukan dihasilkan bahwa variasi ukuran butir katalisator cangkang kerang darah (ao3) mempengaruhi nilai kekerasan pada baja St 37. dengan nilai kekerasan tertinggi 60 HR diperoleh pada ukuran butir 2 mm terendah 56,4 HR pada ukuran butir 0,149 mm. Rata-rata nilai kekerasan St 37 sebelum dikarburasi yaitu 41,2 HR dan terjadi kenaikan rata-rata kekerasan pada setiap ukuran butir cangkang. Kerang darah (aos) pada ukuran butir 0,149 mm kenaikan rata-rata kekerasan 36,89 % ukuran butir 0,595 mm rata-rata kekerasan 38,83 % ukuran butir 1,19 mm kenaikan rata-rata kekerasan 42,23 % ukuran butir 1,6 mm kenaikan rata-rata kekerasan 44,39% dan kekerasan tertinggi pada ukuran butir 2 mm dengan kenaikan rata-rata kekerasan 45,63 %. laju keausan baja St 37 setelah dikarburisasi dengan katalisator cangkang kerang darah (ao3) laju keausan tertinggi pada bahan tanpa karbursasi gr/mm2dt dan terendah pada bahan yang dikarburisasi dengan katalisator ukuran butir 2 mm 0, gr/mm2dt. DAFTAR PUSTAKA Bambang Kuswanto (2010). Pengaruh Perbedaan Ukuran Butiran Arang Tempurung Kelapa-Barium Karbonat Terhadap Peningkatan Kekerasan Permukaan Materil Baja St 37 Dengan Proses Pack arburizing. UNDIP. Beumer Ing, B. J. M., BS. Anwir (1994) Ilmu Bahan Logam. (Terjemahan) Jilid III, Penerbit Bhatara, Jakarta. Hari, A., dan Daryanto, (1999). Ilmu Bahan. Bumi Aksara, Jakarta. Jusuf Talaperu (2009). Analisa Komperatif Perubahan Nilai Kekerasan Baja St 42 Pada Proses Pack arburizing Dengan Menggunakan Media Alternatif Pengganti Bubuk Karbon Aktif Sebagai Katalisator. Jurnal Teknologi. Muhammad Iqbal (2008) Pengaruh Temperatur Terhadap Sifat Mekanis > Pada Proses Pengkarbonan Padat Baja Karbon Renda. Jurnal SMARTER. www. muhnabil. Wordpress. om/2012/01/17/karburasi-pada-logam-dan pendingan-quenching/ TM3-6