BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian Untuk dapat mengetahui hasil dari penelitian ini maka pada bab ini akan di bahas mengenai metode penelitian yakni mengenai proses pelaksanaan dan prosedur penelitian yang akan di lakukan dalam menguji benda uji, dimana pelaksanaannya di mulai dari persiapan benda uji sampai proses pengujian material yang di lakukan. Ada beberapa pengujian yang dilakukan antara lain meliputi uji kekerasan sebelum dan sesudah di lakukan karburasi serta pengujian struktur mikro sebelum dan sesudah karburasi. Adapun prosedur ini sesuai dengan diagram alir yang telah dibuat pada gambar 3.1. Dari hasil pengujian tersebut akan didapat kondisi normal proses laku panas yang diterapkan meliputi temperatur dan waktu tahan. Adapun prosedur penelitian dilakukan seperti yang terlihat pada gambar 3.1 yang mana terlihat tentang proses penelitian meliputi : Pemilihan bahan Perlakuan panas dan karburasi Pengujian kekerasan dan struktur mikro Analisa dan pembahasan Kesimpulan
Sample material Besi cor Non perlakuan Pemanasan 850 0 C Dengan karbon HT 20 menit Pemanasan 850 0 C Dengan karbon HT 45 menit Pemanasan 850 0 C Dengan karbon HT 90 menit Di celup oli Pengujian Kekerasan Metalografi Pengolahan data Analisa Kesimpulan Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
3.2. Spesinen Uji a. Pemilihan Material Benda Uji Pada penelitian ini benda uji yang dipilih adalah besi cor kelabu. Hasil komposisi kimia menunjukkan bahwa besi ini sebagian besar dipengaruhi oleh unsur-unsur paduannya, seperti pada tabel berikut : Table 3.1. Unsur Kimia Besi Cor Kelabu 6 Unsur Komposisi menurut analisa kimia ( % ) Karbon ( 2,5 4,0 ) Silicon ( 1,0 3,0 ) Mangan ( 0.4 1,0 ) Phosphor ( 0,05 1,5 ) Sulfur ( 0,05 0,25 ) b. Persiapan Materian Benda Uji Besi cor yang digunakan berbentuk batangan bulat, dengan diameter 32 mm dan panjang 30 mm. Gambar 3.2. Specimen benda uji
specimen uji dikelompokkan sesuai dengan proses yang akan dilakukan pada material tersebut, seperti terlihat pada tabel berikut : Tabel 3.2. Perincian Benda Uji Proses Karburasi Jumlah Bahan Uji ( Buah ) 3 3 3 Non Perlakuan ( 3 Buah ) roses Karburasi pada suhu 850 0 C Pengujian Holding Time Hardening ( Menit ) Kekerasan ( Titik ) Metalogfafi ( Buah ) 20 4 1 45 4 1 90 4 1 Suhu Kamar 4 1 Untuk pemanasan dalam tungku, material material tersebut di letakkan dalam sebuah box yang terbuat dari plat besi dengan tebal 2mm, panjang 150 mm, lebar 135 mm dan tinggi 70 mm. Box carburizing tersebut harus dipastikan rapat, karena kalau tidak rapat dapat menyebabkan kerusakan pada tungku hoffment, karena serbuk dan asap karbon akan keluar dari box dan mengenai dinding tungku. 3.3. Proses Pengujian 3.3.1. Karburasi Karburasi dilakukan pada dapur pemanas (tungku hoftmen). Karburasi ini menjadi penelitian karena yang akan diuji adalah pengaruh karburasi terhadap besi cor kelabu. Pada pengujian ini sistim yang karburasi dipakai adalah pack karburizing
atau pengkarbonan dengan media padat. Sedangkan bahan yang dipakai adalah arang batok kelapa ( karbon Aktif ). Proses karburisasi padat adalah proses dimana karbon monoksida yang berasal dari senyawa padat dilarutkan atau diuraikan pada permukaan logam masuk kedalam unsur karbon asal. Unsur karbon yang diberikan diadsorb masuk kedalam logam dan membentuk karbon dioksida. Karbon dioksida kemudian bereaksi dengan unsur karbon material dalam senyawa padat karburisasi untuk menghasilkan karbon monoksida yang bersih. Pembentukan karbon monoksida diperbesar oleh energi pembentuk (Energizer) atau katalis. Salah satu jenis katalisnya yaitu barium karbonat (BaCO 3 ). Energizer ini memudahkan reduksi karbon dioksida dengan karbon membentuk karbon monoksida. Bahan dari media karburisasi padat yang umum digunakan adalah arang batok kelapa. Dengan perbandingan arang batok kelapa dan barium carbonat adalah 1 / 0,1. Gambar 3.3. Arang Batok kelapa ( Karbon Aktif ) Gambar 3.4. Barium Karbonat
Pada karburisasi dengan media padat mekanisme reaksi yang terpenting adalah menghasilkan gas CO dan CO 2. Reaksinya adalah sebagai berikut. BaCO 3 BaO + CO 2 CO 2 + C 2CO Mula-mula CO 2 terbentuk dari hasil disosiasi BaCO 2 dan selanjutnya CO 2 bereaksi dengan karbon yang ada dalam arang menghasilkan gas aktif CO. 2CO CO 2 + C Gas CO 2 yang terbentuk kemudian bereaksi dengan BaO membentuk BaCO 3, dengan reaksi : BaO + CO 2 BaCO berlangsung. Dengan demikian reaksi akan berlangsung terus menerus selama proses Gambar 3.5. Box Carburizing
Prosedur karburasi a) Siapkan box sebagai tempat arang batok kelapa b) Tuangkan 0.25 kg arang batok kelapa yang telah dicampur dengan Barium Karbida 10 % kedalam box, masukkan spesimen uji yang telah dibersihkan dan tuangkan 0.25 kg lagi arang barok kelapa. Posisi spesimen adalah seperti gambar berikut : Gambar 3.6. Posisi Penataan Besi Dalam Box c) Tutup rapat rapat box tersebut. Kalau tidak rapat bisa menyebabkan kerusakan pada tungku hoffment, karena serbuk dan asap karbon akan keluar dari box dan mengenai dinding tungku. d) Masukkan box kedalam tungku hoftment dan hidupkan tungku. e) Atur suhu pemanas ( 850 0 C) dan atur waktu holding timenya. f) Setelah selesal ambil box dari tungku, dan keluarkan specimen.
g) Langkah terakhir adalah mencelupkan specimen kedalam oli pendingin. Dan specimen dibersihkan dari kerak kerak yang menempel. Gambar 3.7. Box Carburizing saat dipanaskan dlm hofment 3.3.2. Pengujian Kekerasan Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan metode Rockwell dengan skala HRC, yang menggunakan indentor berupa sebuah intan berbentuk piramida dengan sudut 120 0. Pembebanan yang diberikan adalah sebesar 150 kgf
Gambar 3.8. Alat uji kekerasan Rockwell Gambar 3.9. Landasan Spesimen Uji Gambar 3.10. Indikator Intan Kerucut
Daerah penetrasi (penekanan) Daerah penekanan diambil secara vertikal, sebanyak 4 titik dengan penahanan waktu tekan selama 60 detik untuk masing-masing material uji. Gambar 3.11. Daerah Penekanan Spesimen Uji Langkah pengujian 1. Bersihkan benda uji dari kotoran dan karat sampai bersih agar hasilnya baik. 2. Letakan benda uji pada dudukannya lalu setel hingga rata. 3. Kalibrasi mesin uji Rockwell ke skala C dengan mengarahkan jarum indikator ke skala C dan atur besar beban. 4. Pasang indentor intan kerucut yang bersudut puncak 120 untuk semua benda uji kekerasan. 5. Naikkan benda uji dengan memutar roda tangan sampai menyentuh indentor dan kedudukannya harus tetap rata. 6. Tekan dial indicator, tunggu loading selama 60 detik.
7. Setelah loading 60 detik kembalikan tuas indicator ke posisi unload. 8. Lakukan penekanan ke material yang akan diuji dengan beban penekan 150 Kgf, pada 4 titik penekanan. 9. Mengkonversi harga kekerasan Rockwell ke harga kekerasan Brinell dan Vickers untuk mengetahui perbedaan harga kekerasan. Dari hasil data kekerasan Rockwell yang sudah didapat, kita dapat mengkonversikannya ke bentuk HV dan HB. Tujuan pengkonversian ini adalah agar kita dapat mengetahui perbedaan nilai kekerasan antara HRC, HV dan HB. Keterangan : HR = Rockwell Hardness number ( nilai kekerasan Rockwell ) HB = Brinnell Hardness number ( nilai kekerasan Brinnell ) HV = Vickers Hardness number ( nilai kekerasan Vickers ) Konversi dari nilai HR ke nilai HV dn HB : a. Untuk HRC, pencarian nilai HV dapat menggunakan persamaan : b. Untuk HRC, pencarian nilai HB dapat digunakan persamaan :
Tabel 3.3 Skala Kekerasan Rockwell Skala Beban Mayor (kg) Tipe Identor Tipe material uji A 60 Intan kerucut Sangat keras, tungsten, karbida B 100 1/16 bola Kekerasan sedang, baja karbon rendah baja dan sedang, kuningan, perunggu C 150 Intan kerucut Baja keras, paduan yang dikeraskan, baja hasil tempering D 100 1/8 bola Besi cor, paduan aluminium, magnesium yang di anneling E 100 Intan kerucut Baja kawakan 3.3.3. Pengujian Metalografi Untuk mendapatkan hasil pengujian mikrografi yang baik maka kita harus teliti dan cermat dalam tiap langkah langkah yang kita lakukan. Persiapan persiapan yang harus dilakukan untuk menghasilkan gambar struktur mikro yang baik adalah sebagai berikut : Pemotongan Benda Uji Pemilihan sampel yang tepat dari suatu benda uji studi mikroskopik merupakan hal yang sangat penting. Pemilihan sampel tersebut didasarkan pada tujuan pengamatan yang hendak dilakukan. Pada umumnya bahan komersil tidak homogen, sehingga satu sampel yang diambil dari suatu volume besar tidak dapat dianggap representatif. Pengambilan sampel harus
direncanakan sedemikian sehingga menghasilkan sampel yang sesuai dengan kondisi rata-rata bahan atau kondisi di tempat-tempat tertentu ( kritis ), dengan memperhatikan kemudahan pemotongan pula. Secara garis besar, pengambilan sampel dilakukan pada daerah yang akan di amati mikrostruktur maupun makrostrukturnya. Untuk dapat melihat struktur dalam benda uji mikroskop optik dengan baik, maka benda uji dipotong sesuai dengan ukuran alat uji metallografi dalam arah vertikal ataupun horizontal. Mounting Setelah dipotong kemudian benda uji di mounting, yang bertujuan agar memudahkan pengoperasian selama proses selanjutnya ( mudah untuk dipegang ) Grinding Setelah benda uji di mounting baru kemudian diamplas secara berurutan dari yang kasar sampai yang halus memakai kekasaran kertas amplas dengan nomor : 220, 400, 500, 800, 1000, 1500 dan 2000. Kertas amplas terbuat dari bahan alumunium oxide waterproof. Dalam proses grinding harus selalu dialiri air bersih secara terus menerus dengan tujuan menghindari timbulnya panas dipermukaan benda uji yang kontak langsung dengan kertas amplas dan juga untuk menghilangkan partikel-partikel bahan abrasive menempel pada permukaan benda uji.
Gambar 3.12. Mesin Grinding / Poleshing Polishing Setelah diamplas sampai halus sampel harus dilakukan pemolesan. Pemolesan bertujuan untuk memperoleh permukaan sampel yang halus bebas goresan dan mengkilap seperti cermin dan menghilangkan ketidakteraturan sampel. Permukaan sampel yang akan diamati di bawah mikroskop harus benar-benar rata. Apabila permukaan sampel kasar atau bergelombang, maka pengamatan struktur mikro akan sulit untuk dilakukan karena cahaya yang datang dari mikroskop dipantulkan secara acak oleh permukaan sampel. Dalam memoles digunakan kain poles beludru dan mesin poles. Kain beludru ditempelkan pada piringan yang berputar pada mesin poles, kemudian kain diberi pasta alumina berupa partikel abrasive yang sangat halus. Selama pemolesan benda uji digerakkan kedepan, kebelakang dan berputar dengan tujuan agar partikel-partikel abrasive dapat terdistribusi dengan merata diatas piringan penoles. Setiap satu langkah pemolesan berakhir, benda uji harus senantiasa dicuci dan dibersihkan, yaitu dengan
menggunkan alkohol lalu dikeringkan dengan udara hangat. Benda uji yang sudah dipoles kemudian diperiksa dibawah mikroskop untuk dilihat apakah masih ada goresan-goresan, inklusi non logam, retakan dan lain-lain. Apabila masih ada goresan atau retakan maka benda uji harus dipoles kembali. Polishing akan berakhir bila sudah diperoleh permukaan benda uji yang bebas dari goresan, retakan dan permukaannya seperti cermin. Etsa Etsa merupakan proses penyegaran atau pengikisan batas butir secara selektif dan terkendali dengan pencelupan ke dalam larutan pengetsa baik menggunakan listrik maupun tidak ke permukaan sampel sehingga detil, struktur yang akan diamati akan terlihat dengan jelas dan tajam. Untuk beberapa material, mikrostruktur baru muncul jika diberikan zat etsa. Sehingga perlu pengetahuan yang tepat untuk memilih zat etsa yang tepat. Etsa ada 2 jenis yaitu : a. Etsa Kimia Merupakan proses pengetsaan dengan menggunakan larutan kimia dimana zat etsa yang digunakan ini memiliki karakteristik tersendiri sehingga pemilihannya disesuaikan dengan sampel yang akan diamati. Contohnya antara lain : nitrid acid / nital ( asam nitrit + alkohol 95% ), picral ( asam picric + alcohol ), ferric chloride, hydroflouric acid, dll. Perlu diingat bahwa waktu etsa jangan terlalu lam ( umumnya sekitar 4
30 detik ), dan setelah dietsa, segera dicuci dengan air mengalir lalu dengan alkohol kemudian dikeringkan dengan alat pengering. b. Elektro Etsa ( Etsa Elektrolitik ) Merupakan proses etsa dengan menggunakan reaksi elektoetsa. Cara ini dilakukan dengan pengaturan tegangan dan kuat arus listrik serta waktu pengetsaan. Etsa jenis ini biasanya khusus untuk stainless steel karena dengan etsa kimia susah untuk medapatkan detil strukturnya. Dalam pengujian ini menggunakan etsa kimia yaitu permukaan benda uji dicelup dengan waktu 10 detik menggunakan larutan Nital 2 % ( alkohol 97 % 100 ml + HNO 3 3 ml ) setelah itu dibersihkan dengan air dan alkohol 97 % kemudian dikeringkan dengan udara hangat, tujuannya agar terhindar dari oksidasi udara sekitar. Pengamatan dan pemotretan Setelah melalui proses pengetsaan maka dilakukan proses pemotretan specimen uji. Karena yang dilihat adalah struktur mikronya, maka pengamatan dan pemotretan ini dilakukan dengan menggunakan bantuan mikroskop dan kamera. Kita cari gambar yang terbaik dari masing mesing dengan menggeser specimen pelan pelan.
Gambar 3.13. Mikroskop