PENELITIAN SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA KARBONISASI ARANG KAYU SENGON

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PENELITIAN SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA KARBONISASI ARANG KAYU SENGON Diajukan untuk Memenuhi Tugas dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun : YUD SETIYONO NIM: D JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA Mei 2012 i

2 ii

3 iii

4 iv

5 v

6 KATA MUTIARA و ال ع ص ر ١ ا ن الا ن س ان ل ف ي خ س ر ٢ ا لا ال ذ ين ا م ن وا و ع م ل وا الص ال ح ات و ت و اص و ا ب ال ح ق و ت و اص و ا ب الص ب ر ٣ Demi masa. Sesungguhnya manusia itu benar-benar dalam kerugian, kecuali orang-orang yang beriman dan mengerjakan amal saleh dan nasehat menasehati supaya mentaati kebenaran dan nasehat menasehati supaya menetapi kesabaran. (Q.S. Al Ashr: 1-3) vi

7 PENELITIAN SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA KARBONISASI ARANG KAYU SENGON Yud Setiyono, Supriyono, Bibit Sugito Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura bdugulson@yahoo.com ABSTRAKSI Pengerasan permukaan dibutuhkan untuk poros yang mengalami beban kerja berat, karena membutuhkan kekerasan di permukaan tetapi didalam (inti) bajanya tetap ulet. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perubahan sifat-sifat dari baja, baik sifat fisis maupun sifat mekanis setelah menagalami proses pack carburizing dengan bahan karbon arang kayu sengon. Pemilihan bahan dilakukan dengan cara menguji baja karbon rendah sebagai raw material dengan alat Optical Emission Spectrometer. Specimen bersama campuran arang kayu sengon dan BaCO 3 dimasukkan dalam gerabah, kemudian dipanaskan dalam dapur pemanas pada temperatur 900ºC dengan variasi waktu penahanan selama 2 jam dan 4 jam. Specimen hasil pack carburizing diuji kekerasannya dengan metoda micro Vickers menggunakan alat Micro Hardness Tester, sebanyak 9 titik. Untuk pengamatan struktur mikro digunakan alat Inverted Metallurgical Microscope. Dengan proses karbonisasi, harga kekerasan yang semula 247,0 VHN (raw material) meningkat menjadi 250,2 VHN (karbonisasi 2 jam) dan 260,3 VHN (karbonisasi 4 jam). Dengan demikian waktu penahan pada proses karbonisasi mempengaruhi kekerasan material. Pemasukan (difusi) atom karbon pada specimen karbonisasi 4 jam jauh lebih dalam dari pada specimen karbonisasi 2 jam, yaitu ± 480 µm = 0,48 mm (karbonisasi 4 jam) dan ± 310 µm = 0,31 mm (karbonisasi 2 jam). Dari hasil pengamatan tersebut maka dapat diambil kesimpulan bahwa semakin lama penahanan waktu pada proses pack carburizing, maka akan semakin jauh dan semakin banyak atom karbon yang masuk kedalam struktur material sehingga kekerasanya meningkat. Kata kunci: karbonisasi, arang kayu sengon, sifat fisis, sifat mekanis vii

8 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr.Wb Syukur alahamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-nya sehingga penyusunan laporan penelitian dapat terselesaikan. Tugas akhir berjudul Penelitian Sifat Fisis Dan Mekanis Baja Karbonisasi Dengan Bahan Karbon Arang Kayu Sengon, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesarbesarnya kepada : 1. Ir. Agus Riyanto, M.T., sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Ir. Sartono Putro, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 3. Dr. Supriyono, selaku Dosen Pembimbing Utama dengan ikhlas meluangkan banyak waktu guna memberikan saran serta arahan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini dengan sangat baik, teliti, sabar serta ramah. 4. Ir. Bibit Sugito, M.T., selaku Dosen Pembimbing Pendamping, dengan segala kesabarannya telah bersedia memberikan ilmu, pengalaman dan bimbingan yang sangat berguna. 5. Teman-teman seperjuangan dan semua keluarga yang telah turut memberikan semangat untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati. Wassalamu alaikum Wr. Wb. Surakarta, 2 Mei 2012 Penulis viii

9 DAFTAR ISI Halaman Judul...i Pernyataan Keaslian Skripsi... ii Halaman Persetujuan... iii Halaman Pengesahan... iv Lembar Soal Tugas Akhir... v Kata Mutiara...vi Kata Pengantar...vii Abstraksi...viii Daftar Isi...ix Daftar Gambar...xii Daftar Tabel...xiv Daftar Simbol...xv Daftar Lampiran...xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Masalah...3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka Landasan Teori Baja Baja Karbon Klasifikasi Baja Karbon Struktur Mikro Perlakuan Panas (Heat Treatment) Pengerasan permukaan Proses Karburisasi Padat (Pack Carburizing) ix

10 Uji Komposisi Kimia (Standar ASTM E 415) Uji Struktur Mikro (Standar ASTM E 3) Uji Kekerasan Kekerasan Vickers (Standar SNI )...27 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Rancangan Penelitian Pemilihan Bahan Penyiapan Tempat Carburizing Pembuatan Bubuk Arang dan Penyiapan BaCO Pembuatan Specimen Mencampur Arang Kayu Sengon dengan Barium Karbonat Proses Pack Carburizing Menguji Specimen Hasil Pack Carburizing Bahan dan Alat Bahan Penelitian Peralatan Penelitian Intalasi Pengujian Uji Komposisi Kimia Uji Struktur Mikro Uji Kekerasan Sampel Lokasi Penelitian Prosedur Penelitian Rancangan Analisis Data Kesulitan BAB IV DATA HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Hasil dan Pembahasan Uji Komposisi Kimia Hasil dan Pembahasan Uji Struktur Mikro Hasil dan Pembahasan Uji Kekerasan...56 x

11 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN...xvii xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Baja karbon C = 0,25 % baja dinormalkan pada suhu 930 o C perbesar 500x...10 Gambar 2.2 Baja Karbon 0,45% baja dinormalkan pada suhu 840 o C perbesaran 500 x...10 Gambar 2.3 Baja dengan kadar karbon C=1% dirol panas 1050 o C, pendinginan udara, matrik ferit, sementit pada butir (garis putih) perbesar 500 x...11 Gambar 2.4 Diagram fase kesetimbangan besi-karbida...12 Gambar 2.5 Isothermal transformation diagram for 0.2% C. 0.9% Mn steel Gambar 2.6 Continuos cooling transformation diagram...16 Gambar 2.7 Diagram besi-karbida (sebagian), indikasi temperatur perlakuan panas...17 Gambar 2.8 Metoda pemilihan lokasi pengujian Gambar 2.9 Prinsip uji keras Vickers...27 Gambar 2.10 Sudut puncak penetrator...29 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian...31 Gambar 3.2 Material dasar (raw materials) Gambar 3.3 Potongan material untuk specimen Gambar 3.4 Arang kayu sengon...36 Gambar 3.5 Barium karbonat (BaCO 3 ) Gambar 3.6 Gerabah dari tanah liat...37 Gambar 3.7 Dapur pemanas...38 Gambar 3.8 Mesin pemotong (metacut) Gambar 3.9 Mesin poles (Grinder-Polisher) Gambar 3.10 Gergaji mesin Gambar 3.11 Sarung tangan tahan api...40 Gambar 3.12 Penjepit Gambar 3.13 Timbangan digital...41 Gambar 3.14 Adonan semen tahan api...41 xii

13 Gambar 3.15 Autosol Gambar 3.16 Optical emission spectrometer Gambar 3.17 Inverted metallurgical microscope Gambar 3.18 Micro hardness tester...44 Gambar 3.19 Potongan specimen yang akan diuji Gambar 4.1 Struktur mikro material dasar dengan pembesaran 200x.. 53 Gambar 4.2 Struktur mikro pada tepi-transisi (a) specimen pack carburizing 2 jam, (b) specimen pack carburizing 4 jam, pembesaran 100x...54 Gambar 4.3 Struktur mikro pada transisi (a) specimen pack carburizing 2 jam, (b) specimen pack carburizing 4 jam, pembesaran 200x...55 Gambar 4.4 Grafik kedalaman harga kekerasan material dasar, material hasil pack carburizing 2 jam dan 4 jam xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Jumlah specimen (sampel) Tabel 4.1 Hasil uji komposisi kimia sepecimen dasar Tabel 4.2 Hasil uji kekerasan permukaan material dasar dengan metoda Micro Vickers...56 Tabel 4.3 Hasil uji kekerasan permukaan material sesudah pack carburizing dengan waktu penahanan 2 jam menggunakan metoda micro Vickers...57 Tabel 4.4 Hasil uji kekerasan permukaan material sesudah pack carburizing dengan waktu penahanan 4 jam menggunakan metoda micro Vickers...58 Tabel 4.5 Perbedaan harga kekerasan material dasar, carburizing 2 jam dan carburuzing 4 jam xiv

15 DAFTAR SIMBOL Simbol VHN =Vickers Hardness Number...[N/mm 2 ] F =Beban yang diterapkan...[n] d =Diagonal rata-rata...[mm] d 1 d 2 = diagonal 1...[mm] = diagonal 2...[mm] Subscripts Fe = Besi Mn = Mangan Si = Silikon Ni = Nikel Cu = Tembaga C = Karbon Co = Kobalt Nb = Niobium Mo = Molibdenum S = Sulfat W = Wolfram V = Vanadium Cr = Khrom Ti = Titanium P = Phospor Al = Alumunium xv

16 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Laporan pengujian komposisi kimia... xviii Lampiran 2 Harga kekerasan micro Vickers specimen mild steel... xxi Lampiran 3 Harga kekerasan micro Vickers specimen carburizing 2 jam dan specimen carburizing 4 jam...xxii Lampiran 4 Tabel konversi harga kekerasan... xxiii Lampiran 5 Klasifikasi baja... xxv Lampiran 6 Mechanical properties...xxix Lampiran 7 Kartu konsultasi Tugas Akhir... xxxi Lampiran 8 The Fe-Mn (Iron-Manganese) System...xxxii Lampiran 9 ASTM E , Standard Test Method for Optical Emission Vacuum Spectrometric Analysis of Carbon and Low-Alloy Steel... xxxiii Lampiran 10 ASTM E 3-01, Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens... xlii Lampiran 11 SNI , Mikro Vickers Beban 0,0098 sampai dengan 49 N, Cara Uji Keras... liii xvi