TUGAS AKHIR PENELITIAN TERHADAP BANTALAN POROS KERETA YANG DIKARBURISING DENGAN ARANG KAYU MAHONI, ARANG TEMPURUNG KELAPA DAN ARANG SEKAM PADI MENGGUNAKAN PEMANASAN KONVENSIONAL Diajukan untuk Memenuhi Tugas dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh Gelaer Sarjana Teknik Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun : YOGI KUNCORO NIM : D.200.03.0028 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA September 2013 i
ii
iii
iv
v
M O T T O Jangan pernah melunak pada kehidupan ini karena kehidupan ini akan keras kepada anda, mengeraslah pada kehidupan ini maka kehidupan ini akan melunak kepada anda ( Andri Wongso) Kegagalan adalah peluang untuk memulai lebih pintar (Henry Ford) Kesempatan akan didapat oleh setiap orang, tetapi tidak sekalipun mereka menggunakanya (Lee Kong Chian) Lebih baik mencoba tantangan, mencari kemenangan besar walaupun dihantui kegagalan, dari pada duduk bengong seperti orang tidak bersemangat yang tidak gembira dan menderita karena hidup dalam dunia yang tidak mengenal menang atau kalah (Theodore Roosevelt) Kamu Pasti Bisa Jika Kamu Berfikir Kamu Bisa (Penulis) vi
PENELITIAN TERHADAP BANTALAN POROS KERETA YANG DIKARBURISING DENGAN ARANG KAYU MAHONI, ARANG TEMPURUNG KELAPA DAN ARANG SEKAM PADI MENGGUNAKAN PEMANASAN KONVENSIONAL Yogi Kuncoro, Bibit Sugito, Pramuko Ilmu Purbo Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email : Sangmilioner99@gmail.com ABSTRAKSI Karbursing merupakan salah satu proses laku panas untuk meningkatkan kekerasan permukaan pada bantalan poros kereta. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui komposisi kimia, struktur mikro kekerasan brinell dan mengetahui difusi karbon pada bantalan poros kereta dengan menggunakan pemanasan konvensional. Metode penelitian yang digunakan dalam pengujian bantalan poros kereta adalah pengujian komposisi kimia, pengujian struktur mikro dan pengujian kekerasan brinell pada raw material sebanyak 1 buah specimen. Kemudian dilanjutkan proses karburising dengan penambahan 3 unsur karbon yaitu arang kayu mahoni, arang tempurung kelapa dan arang sekam padi. 6 buah specimen untuk pengujian struktur mikro dan 3 buah specimen untuk pengujian kekerasan brinell. Hasil analisis dari pengujian komposisi kimia diketahui unsur yang dominan adalah Mangan (Mn) = 0,636%. Pada pengujian struktur mikro bantalan poros kereta terdiri dari fasa ferrit dan perlit, sebelum dan sesudah proses karburising. Hasil pengujian kekerasan pada semua pengujian mempunyai peningkatan kekerasan setelah proses karburising, harga kekerasan yang tertinggi pada arang tempurung kelapa dengan kenaikan 48,1% dengan nilai 242,9 HBN. Pengujian difusi menunjukkan bahwa proses carburizing dengan menggunakan tempurung kelapa mengalami pemasukan karbon yang paling besar yaitu sebesar 0,22 µm. Kata kunci: Bantalan poros kereta, karburising, arang kayu mahoni, arang tempurung kelapa, arang sekam padi vii
KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb. Dengan mengucap puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat, hidayah dan inayah-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini disusun guna memenuhi syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. Pada penyusunan Tugas akhir ini, penulis mengambil judul Penelitian Terhadap Bantalan Poros Kereta yang Dikarburising dengan Arang Kayu Mahoni, Arang Tempurung Kelapa dan Arang Sekam Padi Menggunakan Pemanasan Konvensional. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis mendapat saran, bantuan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan yang baik ini penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya, kepada yang terhormat : 1. Bapak Ir. Agus Riyanto, SR, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT., selaku Dosen Pembimbing Utama yang dengan ikhlas meluangkan banyak waktu guna viii
memberikan saran serta arahan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini dengan sangat baik, teliti, sabar serta ramah. 4. Bapak Ir. Pramuko IP, MT., selaku Dosen Pembimbing Pendamping, dengan segala kesabarannya telah bersedia memberikan ilmu, pengalaman dan bimbingan yang sangat berguna. 5. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, MT., selaku Pembimbing Akademik penulis yang dengan sabar mengarahkan studi selama di UMS. 6. Bu Dewi Selaku Pembimbing penelitian dilab D3 UGM. 7. Ibu dan keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan moral, spiritual dan material sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 8. Teman-teman seperjuangan yang telah turut memberikan semangat untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dengan segala kerendahan hati penyusun tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan karena keterbatasan yang dimiliki penulis. Untuk itu segala kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan dari pembaca. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penyusun pribadi khususnya dan para pembaca pada umumnya. Wassalamualaikum Wr. Wb. Surakarta, September 2013 Penulis ix
DAFTAR ISI Halaman Judul... i Pernyataan Keaslian Skripsi... ii Halaman Persetujuan... iii Halaman Pengesahan... iv Lembar Soal Tugas Akhir... v Halaman Motto... vi abstraksi... vii Kata Pengantar... viii Daftar Isi... x Daftar Gambar... xii Daftar Tabel... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Tujuan Penelitian... 3 1.3. Manfaat Penelitian... 4 1.4. Batasan Masalah... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI... 6 2.1. Kajian Pustaka... 6 2.2. Landasan Teori 2.2.1. Baja... 7 2.2.2. Baja Karbon... 7 2.2.3. Klasifikasi Baja Karbon... 9 2.2.4. Perlakuan Panas... 10 2.2.5. Pengerasan Permukaan... 14 2.2.6. Proses Karburisasi... 16 2.2.7. Teori Difusi... 17 2.2.8. Diagram Kesetimbangan Sistem Besi Karbon... 22 2.2.9. Uji Komposisi Kimia (Standar ASTM E 415)... 27 x
2.2.10.Uji Struktur Mikro Standar ASTM E 3)... 28 2.2.11. Uji Kekerasan Brinell... 34 BAB III METODE PELAKSANAAN... 37 3.1. Rancangan Penelitian... 37 3.1.1.Pemilihan Bahan... 38 3.1.2. Penyiapan Tempat Karburising... 39 3.1.3. Pembuatan Bubuk Arang... 39 3.1.4. Pembuatan Spesimen... 40 3.1.5. Mencampur Arang Kayu Mahoni, Arang Tempurung Kelapa dan Arang Sekam Padi dengan Raw Material... 41 3.1.6. Proses Karburising... 41 3.1.7. Menguji Specimen Hasil Karburising... 41 3.2. Bahan dan alat... 42 3.2.1. Bahan Penelitian... 42 3.2.2. Peralatan Penelitian... 44 3.3. Instalasi Penelitian... 49 3.4. Instalasi Pengujian... 50 3.4.1. Uji Komposisi Kimia... 51 3.4.2. Uji Struktur Mikro... 51 3.4.3. Uji Kekerasan... 52 3.5. Sampel... 53 3.6. Lokasi Penelitian... 54 3.7. Prosedur Penelitian... 54 3.8. Rancangan Analisis Data... 60 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 62 4.1. Pengujian Komposisi Kimia... 62 4.1.1. Pembahasan Pengujian Komposisi Kimia... 63 4.2. Pengujian Struktur Mikro... 63 4.2.1. Pembahasan Pengujian Struktur Mikro... 65 4.3. Hasil Pengujian Kekerasan... 66 4.3.1. Pembahasan Pengujian Kekerasan... 71 4.4. Hasil Pengujian Difusi... 72 xi
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 76 5.1. Kesimpulan... 76 5.2. Saran-Saran... 77 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Isothermal transformation diagram for 0,2 C; 0,9% Mn steel... 11 Gambar 2.2 1Continuous cooling transformation diagram.... 12 Gambar 2.3 Pegerakan atom dengan energi aktifasi... 18 Gambar 2.4 Larutan difusi substitusi... 19 Gambar 2.5 Larutan difusi interstisi... 19 Gambar 2.6 Diagram kesetimbangan Besi Karbon (Fe-C)... 21 Gambar 2.7 Diagram Fasa (Fe-Mn)... 23 Gambar 2.8 Metoda pemilihan lokasi pengujian... 31 Gambar 2.9 Prinsip uji kekerasan brinell... 36 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian... 37 Gambar 3.2 Material dasar (raw material)... 38 Gambar 3.3 Potongan material untuk specimen... 40 Gambar 3.4 Arang kayu mahoni, arang sekam padi dan arang tempurung kelapa... 43 Gambar 3.5 Gerabah dari tanah liat... 44 Gambar 3.6 Alat Digital Thermocouple Thermometertype KW06-283... 45 Gambar 3.7 Dapur Konvensional... 46 Gambar 3.8 Mesin pemotong (metacut)... 46 Gambar 3.9 Mesin Poles (Grinder-Polisher)... 47 Gambar 3.10 Penjepit... 47 Gambar 3.11 Tanah liat... 48 Gambar 3.12 Autosol... 48 Gambar 3.13 Skema Penelitian... 49 Gambar 3.14 Optical emission spectrometer... 51 Gambar 3.15 Inverted metallurgical microscope... 52 Gambar 3.16 Micro hardness tester... 53 Gambar 4.1 Struktur mikro material dasar baja karbon sedang (raw material) dengan pembesaran 200 x... 63 xiii
Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4. 5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Struktur mikro baja karbon sedang dengan karbon arang kayu mahoni dengan pembesaran 200 x... 64 Struktur mikro baja karbon sedang dengan karbon arang tempurung kelapa dengan pembesaran 200 x... 64 Struktur mikro baja karbon sedang dengan karbon arang sekam padi dengan pembesaran 200 x... 65 Perhitungan difusi karbon setelah proses karburising dengan sumber karbon arang kayu mahoni.... 73 Perhitungan difusi karbon setelah proses karburising dengan sumber karbon arang tempurung kelapa.... 74 Perhitungan difusi karbon setelah proses karburising dengan sumber karbon arang sekam padi.... 75 xiv
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Jumlah specimen (sampel)... 53 Tabel 4.1 Hasil uji komposisi kimia raw material... 62 Tabel 4.3.1 Hasil uji kekerasan brinell Baja raw material... 66 Tabel 4.3.2 Hasil uji kekerasan brinell baja karburising dengan specimen arang kayu mahoni... 67 Tabel 4.3.3 Hasil uji kekerasan brinell baja karburising dengan specimen arang tempurung kelapa... 68 Tabel 4.3.4 Hasil uji kekerasan brinell baja karburising dengan specimen arang sekam padi.... 69 Tabel 4. 3. 5 Perbandingan Hasil Uji Kekerasan Brinell Rata-rata Raw Material, Arang Kayu Mahoni, Arang Tempurung Kelapa dan Arang Sekam Padi.... 70 xv