BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Landasan Teori

Penggunaan baja karbon rendah sangat banyak sekali ditemukan pada komponen mesin

maupun komponen konstruksi. komponen mesin yang terbuat dari baja karbon rendah dapat berupa

roda gigi dan poros dengan beban yang relatif kecil. Baja ini memiliki kekerasan rendah sehingga

cepat aus dan umurnya relatif pendek apabila mendapat pembebanan berulang atau dinamik.

Dengan memberi lapisan dengan pack carburizing, maka kekuatan fatik dan kekerasan akan

mengalami kenaikan, sementara laju keausan akan mengalami penurunan. (Viktor. M, 2008).

Penelitian dari (Sriyanto. N.B, 2007) telah melakukan penelitian tentang baja karbon

rendah dengan dasar baja paduan AISI 5130,dengan memanfaatkan kalsium karbonat dan arang

batok kelapa sebagai unsur karbon, pengaruh pengerasan permukaan dilakukan dengan

memanaskan kembali substrat pada suhu 850⁰C dan penahanan waktu proses 2, 3 dan 4 jam. dan

diquenching pada media air suhu kamar. Hasil pengujiaan kekerasan menunjukkan bahwa dengan

penambahan 10% CaCOз pada proses carburizing dengan waktu 4 jam, kekerasan permukaan dapat

mencapai 44 VHN atau sekitar 6 kali kekerasan awalnya.

Penelitian dari (Mujiyono, dkk, 2007) yang memanfaatkan arang pohon bakau untuk proses

karburising padat pada baja karbon rendah menemukan bahwa batang pohon bakau bagian atas,

tengah mapun bawah tidak berpengaruh terhadap hasil. Pada proses karburising 2 jam, arang pohon

bakau meningkatkan kekerasan permukaan baja karbon rendah sebesar 160% yaitu dari mula-mula

152 VHN menjadi 389 VHN. Proses karburising 6 jam menghasilkan case depth 260 µm.

Penelitian dari (Sugito. B, dkk, 2007) Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui

perbandingan sifat fisis dan mekanis sprocket AHM dan ASPIRA yang di carburizing. Langkah-

langkah Penelitian dengan cara memasukkan spesimen dalam kotak yang diisi dengan bubukan

arang tempurung kelapa, kemudian dipanaskan hingga suhu mencapai 900⁰C ditahan selama 1 jam

dan didinginkan diudara bebas. Langkah berikutnya adalah melakukan pengujian kekerasan dan

struktur mikro. Hasil yang didapatkan dari pengujian bahwa, uji komposisi kimia diketahui terdapat

beda unsur yang tidak terlalu signifikan, namun memberikan perbedaan sifat fisis dan mekanis.

Pada pengujian kekerasan pada sprocket AHM sebesar 950.8 HVN, pada sprocket ASPIRA sebesar

904.4 HVN dan 927.0 HVN untuk ASPIRA yang dicarburizing, dengan demikian terjadi

penambahan unsure karbon sebesar 2.5 %. Sedangkan pada pengamatan struktur mikro untuk AHM

dan ASPIRA baik yang dicarburizing maupun tidak terlihat fase martensit yang mendominasi.

1

Penelitian dari (Zainuri. A. dkk, 2007) telah melakukan penelitian dengan serbuk

cangkang keong emas pada proses pack carburizing baja karbon rendah AISI 1018, setelah

mengalami perlakuan panas 850 - 950⁰C. Dari penelitian ini nilai kekerasan tertinggi rata – rata

pada penambahan 15% serbuk cangkang keong emas diperoleh sebesar 262,26kg/mm2 dan

kekerasan material awal diperoleh 144,08 kg/mm2. Dari hasil pengamatan struktur mikro dan uji

komposisi diketahui bahwa terjadi pengerasan permukaan karena difusi karbon kedalam baja

karbon rendah.

Penelitian dari (Iqbal. M, 2007) Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh dari

variasit temperatur terhadap perubahan sifat mekanis pada proses pengarbonan padat baja karbon

rendah. Waktu tahan yang digunakan selama proses pengarbonan adalah 2 jam dengan variasi

temperatur masing-masing 850⁰C, 900⁰C dan 950⁰C. Dalam proses pengarbonan, sumber karbon

adalah serbuk arang tempurung kelapa dan dicampur dengan 25% Ba CO3 sebagai katalisnya.

Pengerasan permukaan dilakukan dengan memanaskan kembali spesimen pada suhu 840⁰C selama

20 menit dan di quenching pada media air Pengujian yang dilakukan adalah pengujian kekerasan

dan pengamatann struktur mikro. Hasil penelitian menunjukkan bahwa temperature 950⁰C

memberikan kekerasan permukaan tertinggi (883 kg/).

2. Jenis - Jenis Sproket Gear

Penggunaan sproket bayak digunakan sebagai komponen mesin maupun komponen

konstruksi. Beberapa jenis sproket di antaranya adalah: sproket type A, sproket type B, sproket type

C yang mana mempunyai kegunaan masing – masing, untuk penelitian kali ini saya mengambil

spoket gear supra 125 sebagai bahan penelitian.(U.S. Tsubaki, Inc. 2003).

Gambar 2.1.Type Sproket (www.martin sprocket.com)

2.1. Aplikasi Sproket

Keguanaan sproket yang ditunjukkan pada Gambar 2.1, sproket type A,adalah sproket

flat yang pemasangannnya tanpa poros, banyak digunakan pada kendaraanterutama sepeda motor. 2

Sproket type B adalah sproket penghobung tunggal denag poros, banyak digunakan untuk poros

penggerak konveyor sproket ganda. Sproket type Cadalah sproket penghubung ganda dengan

poros banyak digunakan untuk tranfer konveyor dengan sproket tunggal (www.martin

sprocket.com)

2.2. Kerusakan Sproket

Pengoperasian komponen sproket selalu bergesekan dengan rantai dari sepeda motor,

gesekan dari kedua komponen tersebut mengakibatkan terjadinya getaran, dan tumbukan, yang

terus menerus sehingga komponen sproket tersebut akan mengalami keausan, ditinjukkan Gambar

2.2. Dengan terjadinya keausan pada komponen sproket maka akan berpengaruh atau akan

mengurangi umur pakai dari komponen sproket. Berdasarkan penjelasan di atas, bahwa pentingnya

sproket dalam sepeda motor maka dilakukan penelitian terhadap komponen sproket tersebut.

(Abrianto,St.Mt 2007). Jenis – jenis kerusakan sproket yang sering dijumpai dilapangan :

Gambar 2.2. Gigi Sproket Mengalami Keausan (Abrianto,St.Mt 2007)

2.3. Material Sproket

Baja AISI 1008 merupakan salah satu jenis baja karbon rendah dengan unsur karbon

(0,10)% Ni, (0,068)% Cr, dan (0,095)% Baja AISI 1008, setara dengan baja JIS G3445 secara luas

mudah tersedia sebagai Gear, billet bar, batang forging, lembaran, tabung, dan kawat las. Aplikasi

yang umum dari baja ini adalah Besi plat Besi strip, Besi siku. Besi beton, dll. Baja AISI 1008

dengan kadar paduannya memungkinkan baja ini untuk dikeraskan dengan perlakuan panas. Salah

satu perlakuan panas yang bisa digunakan pada baja ini yaitu proses hardening, dengan proses

hardening baja AISI 1008 bisa mengalami perubahan sifat mekanik. Dengan variasi suhu

austenisasi pada baja AISI 1008 yang di quenching dengan air garam (ASM handbook vol.1,

1993).

Tabel 2.1 Beberapa Jenis Baja Karbon Berdasarkan Klasifikasi (AISI-SAE)Alloy AISI-SAE number

Chemical composittion (Wt)

Condition Tenslle strength(kal)

(Mpa) Tield strength (ksl)

(Mpa) Elonga ilon,%

Typical applications

1010 0,10C,0,40Mn Hot-rollerd Cold-rolled

0-6042-58

76-414 290-400

6-45 23-38

79-310 159-262

8-47 30-45

Sheet and strip for drawing: wire,rod, and nails and screws: concrete reinfarcement bar

3

1020 0,20C,0,45Mn As rolled Annealed

6557

448393

4843

331297

3636

Steel plate and struktural section ; shafts, gears

1040 0,40C,0,45Mn As rolled Annealed Tempered

9075116

621517800

605186

414352593

253020

Shafts, studs, high-tensitle lubing, gear

1060 0,60C,0,65Mn As rolled Annealed Tempered

11891160

814628110

7054113

483483780

172213

Spring wire, forging dies, rollood wheels

1080 0,80C,0,80Mn As rolled Annealed Tempered

14089189

967614304

8554142

586373980

122512

Music wire, helical springs, cold chisels, forging die blocks

(ASM handbook vol.1:1993).

Jenis material baja juga ditentukan oleh jumlah kandungan karbon yang terdapat

didalamnya. Oleh sebab itu sebutan lainnya dikenal juga sebagai baja karbon. Klasifikasi untuk

mengelompokan jenis baja menurut jumlah kandungan karbon dapat dilihat pada Tabel 2.2

berikut ini.

Mengenai komposisi kimia baja karbon bisa dilihat pada Tabel 2.2. Spesifikasi

penggolongan baja karbon berdasar pada sifat, kekuatan, kekerasan yang dimiliki tingkatan baja

karbon serta memperhatikan komposisi kimia untuk kegunaan mekanik.

Tabel 2.2 : Komposisi Kimia Baja Karbon (Ashby and jones, 1999)

Metal Typical composision(Wt %)

Typical user

Low – carbon (“Mild) stell Fe: 0,04 – 0,3 C, 0,8 Mn Low- stell user, General

contruktionsl stell, suitable

for weldingMedium – carbon stell Fe: 0,3 – 0,7 C, 0,8 Mn Medium Strees User,

machinery part,nut and bold,

shafts, gearHigh carbon stell Fe: 0,7 – 1,7 C, 0,8 Mn High-stress user: springs,

cutting tool, diesLow – alloy stell Fe: 0,2C, 0,8 Mn, 1Cr, 2Ni High-stress user: pressure

vissels, air craft partHigh –alloy (stain lest) stell Fe: 0,1C, 0,5Mn, 18Cr, 8Ni High- temperature or anti

corrotion user chimical or

steam plants

Baja AISI 1020 dengan kandungan karbon 0,20 % termasuk kedalam kelompok baja

karbon rendah (Low-Carbon Steel). Kelompok baja ini masih mungkin untuk ditambah

kandungan karbonnya, agar meningkat kemampuannya untuk bisa dikeraskan. Mengingat

penggunaannya yang cukup luas untuk banyak komponen konstruksi mesin, termasuk

kemungkinan sebagai material dasar komponen yang membutuhkan sifat keras dipermukaannya.

4

Pengukuran kekerasan permukaan baja pada umumnya menggunakan metode Brinell, Vickers

dan Rockwell

3. Struktur Mikro Baja Karbon

Baja karbon rendah atau sangat rendah, banyak digunakan untuk proses pembentukan logam

lembaran, misalnya untuk badan dan rangka kendaraan serta komponen-komponen otomotif

lainnya. Baja jenis ini dibuat dan diaplikasikan dengan mengeksploitasi sifat-sifat ferrite. Ferrite

adalah salah satu fasa penting di dalam baja yang bersifat lunak dan ulet. Baja karbon rendah

umumnya memiliki kadar karbon di bawah komposisi eutectoid dan memiliki struktur mikro

hampir seluruhnya ferrite. Pada lembaran baja kadar karbon sangat rendah atau ultra rendah, jumlah

atom karbon-nya bahkan masih berada dalam batas kelarutannya pada larutan padat sehingga

struktur mikronya adalah ferrite seluruhnya.(ASM handbook vol. 1).

Gambar 2.3 : Struktur Baja Zat Arang (a). ferrit 0,0% C, (b). ferrit + perlit 0,10%C , (c). ferrit + perlit 0,16%C, (d). ferrit + perlit 0,45%C, (e). ferrit + perlit 0,60%C, (f) perlit laminar 0,85%C, (g).

perlit + sementit 1,1%C, (h). perlit + sementit 1,5%C (Schonmetz, 1985).

Menurut ASM handbook vol. 1, (1993), baja dapat diklasifikasikan berdasarkan komposisi

kimianya seperti kadar karbon dan paduan yang digunakan. Berikut merupakan klasifikasi baja

berdasarkan komposisi kimianya.

1. Baja karbon

Baja karbon terdiri dari besi dan karbon. Karbon merupakan unsur pengeras besi yang

efektif dan murah. Oleh karena itu, pada umumnya sebagian besar baja hanya mengandung

karbon dengan sedikit unsur paduan lainnya. Perbedaan persentase kandungan karbon dalam

campuran logam baja menjadi salah satu pengklasifikasian baja. Berdasarkan kandungan

karbon, baja dibagi ke dalam tiga macam yaitu :

a. Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel)

Baja karbon rendah adalah baja yang mengandung karbon kurang dari 0,3%. Baja

karbon rendah merupakan baja yang paling murah diproduksi diantara semua karbon, mudah

dimachining dan dilas, serta keuletan dan ketangguhannya sangat tinggi tetapi kekerasannya

rendah dan tahan aus. Sehingga pada penggunaannya, baja jenis ini dapat digunakan sebagai

bahan baku untuk pembuatan komponen bodi mobil, struktur bangunan, pipa gedung,

jembatan, kaleng, pagar, dan lain- lain.5

b. Baja Karbon Menengah (Medium Carbon Steel)

Baja karbon menengah adalah baja yang mengandung karbon 0,3% C-0,6%. Baja

karbon menengah memiliki kelebihan jika dibandingkan dengan baja karbon rendah yaitu

kekerasannya lebih tinggi daripada baja karbon rendah, kekuatan tarik dan batas regang yang

tinggi, tidak mudah dibentuk oleh mesin,lebih sulit dilakukan untuk pengelasan, dan dapat

dikeraskan (diquenching)dengan baik. Baja karbon menengah banyak digunakan untuk poros,

rel kereta api, roda gigi, pegas, baut, komponen mesin yang membutuhkan kekuatan tinggi,

dan lain- lain.

c. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel)

Baja karbon tinggi adalah baja yang mengandung kandungan karbon 0,6% C- 1,7% C

dan memiliki tahan panas yang tinggi, kekerasan tinggi, namun keuletannya lebih rendah.

Baja karbon tinggi mempunyai kuat tarik paling tinggi dan banyak digunakan untuk material

tools. Salah satu aplikasi dari baja ini adalah dalam pembuatan kawat baja dan kabel baja.

Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung di dalam baja maka baja karbon ini banyak

digunakan dalam pembuatan pegas dan alat-alat perkakas seperti palu, gergaji atau pahat

potong. Selain itu, baja jenis ini banyak digunakan untuk keperluan industri lain seperti

pembuatan kikir, pisau cukur, mata gergaji, dan sebagainya.

4. Diagram Fasa Fe-Fe3C

Diagram kesetimbangan fasa Fe-Fe3C adalah alat penting untuk memahami struktur mikro

dan sifat-sifat baja karbon, suatu jenis logam paduan besi (Fe) dan karbon (C) yang ditunjukan pada

Gambar 2.4. Karbon larut di dalam besi dalam bentuk larutan padat (solid solution) hingga 0,05%

berat pada temperatur ruang. Baja dengan atom karbon terlarut hingga jumlah tersebut memiliki

alpha ferrite pada temperatur ruang.

Pada kadar karbon lebih dari 0,05% akan terbentuk endapan karbon dalam bentuk hard

intermetallic stoichiometric compound (Fe3C) yang dikenal sebagai cementite atau carbide. Selain

larutan padat alpha-ferrite yang dalam kesetimbangan dapat ditemukan pada temperatur ruang

terdapat fase- fase penting lainnya, yaitu delta-ferrite dan gamma-austenite.

Logam Fe bersifat polymorphism yaitu memiliki struktur kristal berbeda pada temperatur

berbeda. Pada Fe murni, misalnya, alpha- ferrite akan berubah menjadi gamma-austenite saat

6

dipanaskan melewati temperature 910oC. Pada temperatur yang lebih tinggi, mendekati 1400oC

gamma- austenite akan kembali berubah menjadi delta-ferrite (alpha dan delta). Ferrite dalam hal

ini memiliki struktur kristal BCC sedangkan Austenite (Gamma) memiliki struktur kristal FCC.

Gambar 2.4 Diagram Kesetimbangan Fasa Fe-Fe3C (Callister, 2007)

Dalam Gambar 2.9 ditunjukkan struktur mikro campuran ferit – perlit, bainit kasar, bainit

halus dan martensit sempurna.

7

Gambar 2.9. Struktur mikro dalam baja lunak (Wiryosumarto, 2008)

Menurut Kou (2003), struktur mikro dari sambungan las pada low carbon steel biasanya

terbentuk dari beberapa struktur mikro. Gambar 2.10 menunjukkan bahwa dalam sambungan las

terdapat grain boundary ferrite, polygonal ferrite, Widmanstatten ferrite, acicular ferrite, upper

bainite, lower bainite.

8

Gambar 2.10.Struktur mikro sambungan las pada baja karbon rendah.( A, grain boundary ferrite;

B, polygonal ferrite; C, Widmanstatten ferrite; D,acicular ferrite; E, upper bainite; F,

lower bainite.)

Ferrite batas butir terbentuk pertama kali pada transformasi austenite - ferrite dan

biasanya terbentuk di sepanjang batas austenite pada suhu 1000 – 650 0C. Ferrite widmanstatten

terbentuk pada suhu 750 – 650 0C di sepanjang batas butir austenite. Ukurannya besar dan

pertumbuhannya cepat sehingga akan memenuhi permukaan butirnya. Ferit widmanstatten

mempunyai ukuran besar dengan orientasi arah yang hampir sama sehingga memudahkan

terjadinya perambatan retak. Ferrite acicular, berbentuk intragranular dengan ukuran yang kecil dan

mempunyai orientasi arah yang acak, berbentuk bilah – bilah yang saling bersilangan. Jika terjadi

retak hasil las dengan struktur mikro ferit acicular, maka retak tersebut tidak akan cepat merambat

karena orientasi arahnya acak, maka struktur ini memiliki ketangguhan yang bagus. Biasanya ferrite

acicular ini terbentuk sekitar suhu 650 0C. Bainite merupakan ferrite yang tumbuh dari batas butir

austenite dan terbentuk pada suhu 400 -500 0C. Martensite terbentuk pada proses pendinginan yang

sangat cepat, mempunyai sifat sangat keras dan getas sehingga kekuatan tarik dan ketangguhannya

rendah.

2.4.1 Pengaruh Unsur Paduan Terhadap Baja

Baja yang hanya mengandung unsur C tidak akan memiliki sifat seperti yang diinginkan,

dengan penambahan unsur-unsur paduan seperti Si, Mn, Ni, Cr, V, W, dan lain sebagainya dapat

menolong untuk mencapai sifat-sifat yang diinginkan (Amanto, 2003).

Penambahan beberapa unsur paduan spesifikasi terhadap sifat baja antara lain (Amanto,

2003) :

a. Unsur Silikon (Si)

Silikon merupakan unsur paduan yang ada pada setiap baja dengan jumlah kandungan

lebih dari 0,4% yang mempunyai pengaruh kenaikan tegangan tarik dan menurunkan

kecepatan pendinginan kritis (laju pendinginan minimal yang dapat menghasilkan 100%

martensite)

b. Unsur Mangan (Mn)

9

Unsur Mangan dalam proses pembuatan baja berfungsi sebagai deoxider (pengikat O2)

sehingga proses peleburan dapat berlangsung baik. Kadar Mn yang rendah dapat

menurunkan kecepatan pendinginan kritis.

c. Nikel (Ni)

Nikel memberi pengaruh sama seperti Mn yaitu menurunkan suhu kritis dan kecepatan

pendinginan kritis. Ni membuat struktur butiran menjadi halus dan menambah keuletan.

d. Unsur Krom (Cr)

Unsur krom meningkatkan kekuatan tarik dan keplastisan, kekerasan, mungurangi korosif

dan tahan suhu tinggi.

e. Unsur Vanadium (V) dan Wolfram (W)

Unsur Vanadium dan Wolfram membentuk karbida yang sangat keras dan meningkatkan

keekrasan baja, kemampuan potong dan daya tahan panas, untuk pahat potong dengan

kecepatan tinggil

5. Perlakuan Panas

Perlakuan panas (heat treatment) didifinisikan sebagai kombinasi operasi pemanasan dan

pendinginan yang terkontrol dalam keadaan padat untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu pada

baja/logam atau paduan. Terjadinya perubahan sifat tersebut dikarenakan terjadi perubahan struktur

mikro selama proses pemanasan dan pendinginan, di mana sifat baja/logam atau paduan sangat

dipengaruhi oleh struktur mikronya. (Arifin, 2006). Secara umum perlakukan panas (Heat

treatment) diklasifikasikan dalam 2 jenis (Suhardi, 2011) :

1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan)

Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Near Equilibrium ini diantaranya adalah

untuk : melunakkan struktur kristal, menghaluskan butir, menghilangkan tegangan dalam dan

memperbaiki machineability.

2. Non Equilirium (Tidak setimbang)

Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Non Equilibrium ini adalah untuk

mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi. Jenis dari perlakukan panas Non

Equibrium, misalnya : Hardening, Martempering, Austempering, Surface Hardening

(Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening)

2.5.1 Near Equilibrium

10

Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium antara lain Process annealing

Normalizing dan Homogenizing.

a. Annealing : Baja dipanaskan sampai suhu austenit kemudian didinginkan dalam tungku

sehingga temperaturnya turun. Annealing mempunyai sifat melunakkan, menghilangkan

tegangan dalam dan membentuk butiran yang kasar dengan sifat lunak, Pada proses full

annealing ini biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature

kritis (untuk baja hypoeutectoid, 25 derajat hingga 50 derajat celcius diatas garis a3

sedang untuk baja hypereutectoid 25 derajat hingga 50 derajat celcius diatas garis A1.

(ASM Vol 4, 1991).

b. Normalising : Memanaskan baja sampai sedikit di atas suhu kritis kemudian setelah

suhu merata didinginkan diudara. Normalising mempunyai tujuan menghaluskan

struktur butir, menambah kekerasan dibandingkan annealing. (untuk baja hypoeutectoid ,

50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Derajat Celcius

diatas garis Acm). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan pada udara) (ASM Vol 4,

1991)

c. Homoginizing (Penyamarataan) adalah pelunakan yang dilakukan pada suhu tinggi (di

atas Ac3 untuk baja hipotektoid) dengan selang waktu penahanan pada suhu tersebut

yang cukup lama, kemudian diikuti oleh pendinginan yang sesuai untuk mendapatkan

distribusi yang merata dari konstituen yang terlarut (BSN, 2005)

5.2. Non Equilirium

Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, adalah Hardening, Martempering,

Austempering, Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening,

Induction hardening)

a. Hardening : Baja dipanaskan mencapai suhu tertentu antara 770oC – 830oC,

kemudian di tahan pada suhu tersebut selama beberapa saat dan didinginkan secara

mendadak dengan mencelupkan ke dalam air, air garam, oli atau media pendingin

lainnya. Hardening (berpendingin air garam) mempunyai fasa martensit dimana fasa

ini mempunyai sifat keras dan getas juga rapuh. Hardening (berpendingin oli)

mempunyai fasa martensit dan bainit dimana fasa ini mempunyai sifat yang kurang

dari fasa martensit.

b. Martempering : merupakan proses perlakuan panas dengan celup terputus yang

diikuti denlgan proses agar terbentuk martensit temper. Dalam proses ini baja yang

11

telah diaustenisasi dicelup dengan cepat ke dalam lelehan garam atau minyak yang

memiliki temperature sekitar 200 - 400 derajat celcius . Pendinginan cepat terjadi

tanpa memotong hidung kurva transformasi. Hal ini dilakukan untuk menghindari

terbentuknya ferit dan sementit. Temperature ditahan sedikit di atas temperature Ms,

temperature mulai terbentuknya fasa martensit untuk beberapa lama agar diperoleh

distribusi temperature yang seragam pada seluruh bagian benda kerja. Kondisi ini

memungkinkan transformasi berlangsung dengan serempak sehingga retak kerena

celup cepat dapat dihindari. Selanjutnya pendinginan diteruskan dengan lebih lambat

menggunakan udara dingin Samlpai temperature ruang untuk mencapai transformasi

martensit.

c. Austempering adalah transformasi isotermal dari paduan besi pada suhu di bawah

pembentukan perlit dan di atas bahwa pembentukan martensit (biasanya 790-915 °

C) (ASM Vol 4, 1991)

d. Surface Hardening adalah sebuah metode yang digunakan untuk meningkatkan

ketahanan aus pada luar bagian tanpa mempengaruhi interior.

6. Pack Carburizing

Perlakuan panas kimiawi merupakan proses yang digunakan untuk memperoleh sifat yang

berbeda pada permukaan dan bagian tengah komponen (Rajan, dkk., 1997). Kondisi demikian

kadang diperlukan pada komponen yang harus keras permukaannya dan tahan aus, tetapi bagian

tengahnya lebih liat dan tangguh. Kombinasi sifat ini menjamin komponen memiliki ketahanan aus

yang cukup untuk memberi umur pakai lebih lama di samping cukup tangguh terhadap kejutan.

Metode pertama dikenal sebagai perlakuan termokimia karena komposisi kimia permukaan

baja diubah dengan difusi karbon dan atau nitrogen (seperti karburising dan nitriding) dan

terkadang dengan elemen lainnya. Metode kedua melibatkan transformasi fasa pemanasan dan

pendinginan cepat permukaan luar.

Gambar 2.5. Pemodelan terjadinya proses difusi: (a) Secara Interstisi, (b) Secara Substitusi

(Budinski dan Budinski, 1999: 303).

Pada suatu komponen mesin dari baja adakala nya diperlukan keras dan tahan aus pada

permukaannya saja, sedangkan pada inti atau bagian dalam tetap dalam keadaan lunak dan ulet. Hal

ini akan memberikan kombinasi yang serasi antara bagian luar atau permukaan benda kerja yang

12

keras dan tahan menerima beban, serta tahan aus dengan inti yang lunak dan ulet. Karburising

adalah proses menambahkan karbon ke permukaan benda, dilakukan dengan memanaskan benda

kerja dalam lingkungan yang banyak mengandung karbon aktif, sehingga karbonberdifusi masuk ke

permukaan baja (Wahid Suherman, 1998: 147). Pada temperatur karburising, media karbon terurai

menjadi CO yang selanjutnya terurai

menjadi karbon aktif yang dapat berdifusi masuk ke dalam baja dan menaikkan kadar karbon pada

permukaan baja. Pada proses perlakuan panas, termasuk karburising selalu mengacu pada diagram

fase yang berdasarkan pada karbon dari baja. Baja pada dasarnya adalah paduan besi dan karbon

(Fe-C), besi dan karbon selain dapat membentuk larutan padat juga dapat membentuk senyawa

karbid besi

(sementit, Fe3C).

Dalam diagram fase, baja dibedakan menjadi tiga kelompok utama, yaitu :

a. baja eutectoid

b. baja hypoeutectoid

c. baja hypertectoid

Berdasarkan bentuk fisik media karburisasi dikenal dengan tiga cara karburisasi yaitu:

a. Karburising Padat (Pack Carburizing)

Karburising padat adalah proses karburisasi pada permukaan benda kerja dengan menggunakan

karbon yang didapat dari bubuk arang. Bahan karburisasi ini biasanya adalah arang tempurung

kelapa, arang kokas, arang kayu, arang kulit atau arang tulang. Benda kerja yang akan dikarburising

dimasukkan ke dalam kotak karburisasi yang sebelumnya sudah diisi media karburisasi. Selanjutnya

benda kerja ditimbuni dengan bahan karburisasi dan benda kerja lain diletakkan diatasnya demikian

selanjutnya (Wahid Suherman, 1998: 150). Kandungan karbon dari setiap jenis arang adalah

berbeda-beda. Semakin tinggi kandungan karbon dalam arang, maka penetrasi karbon ke

permukaan baja akan semakin baik

pula. Bahan karbonat ditambahkan pada arang untuk mempercepat proses karburisasi. Bahan

tersebut adalah barium karbonat (BaCO3) dan soda abu (NaCO3) yang ditambahkan bersama-sama

dalam 10 – 40 % dari berat arang (Y. Lakhtin, 1975: 255). Sebenarnya tanpa energiserpun dapat

terjadi karburisasi, karena temperature yang tinggi ini mula-mula karbon teroksidir oleh oksigen

dari udara yang terperangkap dalam kotak menjadi CO2 (Wahid Suherman, 1998: 149). Reaksi

yang terjadi adalah

CO2+ C (arang) -------------> 2CO

13

Dengan temperatur yang semakin tinggi kesetimbangan rekasi maikin cenderung

ke kanan makin banyak CO.

2CO -------------> CO2+ C (larut ke dalam baja)

Dimana C yang terbentuk ini merupakan atom karbon (carbon nascent) yang aktif

berdifusi masuk ke dalam fase austenit dari baja ketika baja dipanaskan. Besarnya

kadar karbon yang terlarut dalam baja pada saat baja dalam larutan pada gamma fase austenit

selama karburisasi adalah maksimal 2 %. Kotak karburisasi yang dipanaskan harus dalam keadaan

tertutup rapat, hal ini bertujuan untuk mencegah terjadinya reaksi antara media karburisasi dengan

udara luar. Cara yang biasanya ditempuh unutk menghindari hal tadi adalah dengan memberikan

lapisan tanah liat (clay) antara tutup dengan kotak karburisasi. Menurut Wahid Suherman (1998:

150) bahwa “kotak karburisasi dipanaskan dalam dapur sampai temperatur 825 – 925 oC dengan

segera permukaan benda kerja akan menyerap karbon sehingga dipermukaan akan terbentuk lapisan

berkadar karbon tinggi sampai 1,2 %”. Dan menurut B.H Amstead (1979: 152) bahwa “proses

karburisasi padat banyak diterapkan untuk memperoleh lapisan yang tebal antara 0,75 – 4 mm.

b. Karburising Cair (Liquid Carburizing)

Karburising proses cair adalah proses pengerasan baja dengan cara mencelupkan baja yang telah

ditempatkan pada keranjang kawat ke dalam campuran garam cianida, kalsium cianida (KCN), atau

natrium cianida (NaCN). Dengan pemanasan akan terjadi reaksi-reaksi:

2NaCN + O2 ------------->2 NaCNO

4NaCNO -------------> 2NaCN + Na2CO3+ CO + 2N

3Fe + 2CO -------------> Fe3C + CO2

Pada proses karburisasi ini selain terserapnya karbon, nitrogen juga ikut terserap. Bahwa

karburisasi cair hamper sama dengan cyaniding, yang menyerap nitrogen dan karbon. Bedanya

terletak pada tingkat perbandingan banyaknya karbon dan nitrogen yang terserap. Pada karburisasi

cair penyerapan karbon lebih dominan. Banyaknya karbon dan nitrogen yang terserap ini tergantung

pada kadar cianida dalam salt bath dan temperatur kerjanya. Salt bath untuk karburisasi cair

biasanya mengandung 40 – 50 % garam cianida. Temperatur yang digunakan adalah 900° C selama

5 menit, kedalaman penetrasi karbon yang dicapai antara 0,1 – 0.25 mm dari permukaan baja.

Kadar karbon yang dikarburisasi akan naik dengan semakin tingginya temperatur dan makin

lamanya waktu karburisasi. Bila kadar karbon dipermukaan terlalu tinggi maka kekerasan tidak

begitu tinggi, karena itu baja yang akan di quenching langsung setelah pemanasan untuk karburisasi

14

hendaknya dipakai temperatur yang tidak begitu tinggi. Selama pemakaian konsentrasi cianida

dalam salt bath dapat berubah sehingga tentu saja sifat salt bath dapat berubah, karena itu kondisi

salt bath harus secara rutin diperiksa. Apabila terdapat perubahan yang berarti, harus dilakukan

penambahan garam baru unutk menjaga konsentrasi tetap sebagaimana semula. Semua cianida

adalah senyawa yang sangat beracun, karena itu pemakaiannya harus sangat hati-hati. Demikian

pula pada saat membuang sisa-sisa cairan yang akan terkena garam cianida tersebut harus benar-

benar mengikuti petunjuk dari pihak berwenang.

c. Karburising Media Gas (Gas Carburizing)

Proses pengerasan ini dilakukan dengan cara memanaskan baja dalam dapur dengan

atmosfer yang banyak mengandung gas CO dan gas hidro karbon yang mudah berdifusi pada

temperatur karburisasi 900°– 950° C selama 3 jam. Gas-gas pada temperatur karburisasi itu akan

bereaksi menghasilkan karbon aktif yang nantinya berdifusi ke dalam permukaan baja. Pada proses

ini lapisan hypereutectoid yang menghalangi pemasukan karbon dapat dihilangkan dengan

memberikan diffusion period, yaitu dengan menghentikan pengaliran gas tetapi tetap

mempertahankan temperatur pemanasan. Dengan demikian karbon akan berdifusi lebih ke dalam

dan kadar karbon pada permukaan akan semakin naik. Karburising dalam media gas lebih

menguntungkan dibanding dengan karburising

jenis lain karena permukaan benda kerja tetap bersih, hasil lebih banyak dan kandungan karbon

pada lapisan permukaan dalam dikontrol lebih teliti. Menurut B.H Amstead (1979: 153)

mengatakan bahwa “proses karburisasi media gas

digunakan untuk memperoleh lapisan tipis antara 0,1 – 0,75 mm”.

2.7 Arang Mlanding

Petai cina (Leucaena leucocephala) adalah tumbuhan yang memiliki batang pohon keras dan

berukuran tidak besar. Daunnya majemuk terurai dalam tangkai berbilah ganda. Bunganya yang

berjambul warna putih sering disebut cengkaruk. Arang mlanding terutama disukai sebagai

penghasil kayu api. Kayu lamtoro memiliki nilai kalori sebesar 19.250 kJ/kg, terbakar dengan

lambat serta menghasilkan sedikit asap dan abu. Arang mlanding berkualitas sangat baik, dengan

nilai kalori 48.400 kJ/kg. (Wikipedia, 2013).

Kayunya termasuk padat untuk ukuran pohon yang lekas tumbuh (berat jenis kepadatan)

(500—600 kg/m³) dan kadar air kayu basah antara 30—50%, bergantung pada umurnya. Lamtoro

cukup mudah dikeringkan dengan hasil yang baik, dan mudah dikerjakan. Sayangnya kayu ini

15

jarang yang memiliki ukuran besar, batang bebas cabang umumnya pendek dan banyak mata kayu,

karena pohon ini banyak bercabang- cabang. Kayu terasnya berwarna coklat kemerahan atau

keemasan, bertekstur sedang, cukup keras dan kuat sebagai kayu perkakas, mebel, tiang. Kayu

lamtoro tidak tahan serangan rayap dan agak lekas membusuk apabila digunakan di luar ruangan,

akan tetapi mudah menyerap bahan pengawet. (Wikipedia, 2013). Kandungan karbon dari setiap

jenis arang adalah berbeda-beda. Semakin tinggi kandungan karbon dalam arang, maka penetrasi

karbon ke permukaan baja akan semakin baik pula. Bahan karbonat ditambahkan pada arang untuk

mempercepat proses karburisasi. Bahan tersebut adalah barium karbonat (BaCO3) dan soda abu

(NaCO3) yang ditambahkan bersama-sama dalam 10 – 40 % dari berat arang (Y. Lakhtin, 1975:

255)

8. Quenching

Proses pendinginan (quenching) dapat dilakukan dengan cara : Pendinginan langsung

(Direct Quenching) adalah pendinginan secara langsung dari media karburasi. Sejumlah media

digunakan dalam quenching untuk mendapatkan variasi pendinginan. Larutan soda akustik 5%

memberikan pendinginan yang sangat dahsyat, air asin, kemudian air dingin. Air hangat, minyak

mineral, minyak binatang, dan sayur-saturan menberikan pendingingan yang lambat,

(Mulyadi,2007). Pada pendinginan langsungdan cepat akan diperoleh permukaan benda kerja yang

getas.

Untuk proses quencing kita melakukan pendinginan secara cepat dengan menggunakan

media Air, sehingga diharapkan pendingan dapat berlangsung dengan cepat. Semakin cepat logam

didinginkan maka akan semakin keras sifat logam itu. Karbon yang di hasilkan dari pendinginan

cepat lebih banyak dari pendinginan lambat, hal ini disebabkan karena atom karbon tidak sempat

berdifusi keluar terjebak dalam struktur kristal dan membentuk struktur tetagonal yang ruang

kosong antar atomnya kecil, sehingga kekerasannya meningkat. (www. Lubes Clinic.com, 2008).

Untuk mendinginkan bahan dikenal berbagai macam bahan dimana untuk memperoleh pendinginan

yang merata maka bahan pendinginan tersebut hampir semuanya disirkulasi, contohnya :

1. Air

16

Air memberi pendingin yang sangat cepat. Untuk memperbesar daya pendinginan air,

maka kedalam air tersebut dilarutkan garam dapur dari 5 – 10%.

2. Minyak / oli

Minyak / oli pendingin yang cepat, oleh karena untuk keperluan minyak harus

memenuhi berbagai macam persyaratan.

3. Udara

Udara memberi pendingin yang perlahan – lahan. Udara tersebut ada yang disirkulasi

dan ada pula yang tidak disirkulasi.

4. Garam

Garam memberi pendinginan yang cepat dan merata. Garam tersebut terutama

digunakan untuk proses Hardening.

9. Holding Time

Holding time dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari suatu bahan

pada proses quenching dengan menahan pada temperatur pengerasan untuk memperoleh

pemanasan homogen. Pada proses pack carburizing holding time sangat diperlukan untuk

menghasilkan kelarutan karbon pada sproket, semakin lama holding timenya maka akan

semakin banyak karbon yang berdifusi dengan besi. Menurut Wahid Suherman (1998: 150)

bahwa “kotak karburisasi dipanaskan dalam dapur sampai temperatur 825 – 925°C dengan

segera permukaan benda kerja akan menyerap karbon sehingga dipermukaan akan terbentuk

lapisan berkadar karbon tinggi sampai 1,2 %”. Dan menurut B.H Amstead (1979: 152) bahwa

“proses karburisasi padat banyak diterapkan untuk memperoleh lapisan yang tebal antara 0,75

– 4 mm.Di mana kita melakukan pengujian dengan waktu selama 7 jam dengan temperatur

yang berbeda yaitu dengan temperatur 850, 900 dan 950⁰C.

17

2.10 Pengujian Kekerasan

Kekerasan yaitu ketahanan bahan terhadap indentasi secara kualitatif menunjukan

kekuatannya (Shackelford, 1976). Skala yang lazim dalam pengujian kekerasan antara lain skala

Brinell, Vickers, Rockwell dan Knop

a. Uji kekerasan Brinell

Pengujian kekerasan Brinell merupakan pengujian standard secara industri, tetapi

karena penekannya memakai bola baja yang diperkeras (hardened steel ball) dengan beban

dan waktu indentasi tertentu, sebagaimana penekanan bola baja ditunjukkan oleh Gambar

2.6 di halaman selanjutnya. Hasil penekanan adalah jejak berbentuk lingkaran bulat, yang

harus dihitung diameternya di bawah mikroskop khusus pengukur jejak. Contoh pengukuran

hasil penjejakan diberikan oleh Gambar 2.9 Sedangkan pengukuran nilai kekerasan suatu

material hitung menggunakan rumus sebagai berikut:

BHN = (2.1)

dimana P : Beban (kg)

D : Diameter indentor (mm)

d : Diameter jejak (mm)

Gambar 2.6 Ilustrasi Indentasi Metode Brinell (Akhmad, 2009)

Walaupun demikian pengaturan beban dan waktu indentasi untuk setiap material

dapat pula ditentukan oleh karakteristik alat penguji. Nilai kekerasan suatu material yang

dinotasikan dengan ‘HB’ tanpa tambahan angka di belakangnya menyatakan kondisi

pengujian standar dengan indentor bola baja 10 mm (Gambar 2.7 dibawah), beban 3000 kg

selama waktu 1—15 detik. Untuk kondisi yang lain, nilai kekerasan HB diikuti angka-angka

yang menyatakan kondisi pengujian. Contoh: 75 HB 10/500/30 menyatakan nilai kekerasan

18

Brinell sebesar 75 dihasilkan oleh suatu pengujian dengan indentor 10 mm, pembebanan

500 kg selama 30 detik.

Gambar 2.7 Hasil Indentasi Brinell Berupa Jejak Berbentuk Lingkaran Dengan Ukuran Diameter

Dalam Skala Mm. (Akhmad, 2009)

b. Metode Rockwell

Metode Rockwell Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers dimana kekerasan

suatu bahan dinilai dari diameter atau diagonal jejak yang dihasilkan maka metode Rockwell

merupakan uji kekerasan dengan pembacaan langsung (direct-reading). Metode ini banyak

dipakai dalam industri karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan indetor yang

digunakan membuat metode ini memiliki banyak macamnya.

Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell B dengan referensi ASTM E

18 memakai indentor bola baja berdiameter 1/6 inci dan beban 100 kg dan Rockwell C

memakai indentor intan dengan beban 150kg. Sedangkan untuk bahan lunak menggunakan

penetrator yang digunakan adalah bola Baja (Ball) yang kemudian dikenal dengan skala B

dan untuk bahan yang keras penetrator yang digunakan adalah kerucut intan (Cone) dengan

sudut pncak 1200, yang bisa dilihat pada Gambar 2.8 di bawah, kemudian dikenal dengan

skala C.

Gambar 2.8 Identer Kerucut Pada Ujung Diamon (ASM Vol.8, 2008)

19

Walaupun demikian metode Rockwell lainnya juga biasa dipakai. Oleh karenanya

skala kekerasan Rockwell suatu material harus dispesifikasikan dengan jelas. Contohnya 82

HRB, yang menyatakan material diukur dengan skala B. Indentor 1/6 inci dan beban 100 kg.

Berikut ini diberikan Tabel 2.3 yang memperlihatkan perbedaan skala dan range uji dalam

skala Rockwell.

Dalam pengujian kekerasan Rockwell perlu memperhatikan nilai minimum

ketebalan material pengujian. nilai ketebalan minimum material pengujian mengikuti rasio

1:10 tetapi ini berdasarkan akumulasi data pengujian untuk berbagai macam ketebalan pada

baja karbon rendah, tinggi dan baja temper.

Tabel 2.3 Skala Pada Metode Uji Kekerasan Rockwell (ASM Vol.8, 1998)

Skala Beban Mayor (Kg) Tipe Indentor Tipe Material Uji

A 60 1/16” bola intan kerucut Sangat keras, tungsten, karbida

B 100 1/16” bolaKekerasan sedang, baja karbon rendah dan sedang, kuningan, perunggu

C 150 Intan kerucutBaja keras, paduan yang dikeraskan, baja hasil tempering

D 100 1/8” bola Besi cor, paduan alumunium, magnesium yg dianealing

E 100 Intan Kerucut Baja kawakan

F 60 1/16” bola Kuningan yang dianealing dan tembaga

G 150 1/8” bola Tembaga, berilium, fosfor, perunggu

H 60 1/8” bola Pelat alumunium, timah

K 150 ¼” bola Besi cor, paduan alumunium, timah

L 60 ¼” bola Plastik, logam lunak

M 100 ¼” bola Plastik, logam lunak

R 60 ¼” bola Plastik, logam lunak

S 100 ½” bola Plastik, logam lunak

V 150 ½” bola Plastik, logam lunak

Pengujian kekerasan Rockwell memiliki tiga metode yang biasa digunakan yaitu:

1) Metode dengan Kerucut (HRC)

20

Pada percobaan dengan metode ini menggunakan identer kerucut untuk

penekanan ke material diperlihatkan pada Gambar 2.9dibawah, dengan besar nilai

kekerasan HRC. Skala HRC memiliki nilai kekerasan 0 sampai 100.

Gambar 2.9. Ilustrasi Uji Kekerasan Rockwell (ASM Vol.8, 1998)

Namun pengujian untuk material tersebut dapat dilakukan dengan

menggunakan mesin khusus yang memiliki kapasitas beban 1-30 kg. Metode ini hanya

cocok untuk bahan-bahan dengan susunan yang homogen. Gambar 2.10 dibawah

menunjukan bagan pengujian Rockwell Cone atau HRC:

Gambar 2.10. Bagan Pengujian HRC

2) Metode dengan Peluru (HRB)

Metode ini pada dasarnya sama dengan metode kerucut. Hanya saja metode ini

menggunakan penetrator sebuah peluru. Berikut ini adalah bagan pengujian Rockwell

Ball atau HRB yang dilustrasikan pada Gambar 2.11 sebagai berikut.

21

Gambar 2.11. Bagan Pengujian HRB

3) Metode Rockwell Superficial

Perbedaannya dengan Rockwell biasa adalah dalam beban minor dan beban

mayor. Pada Rockwell Superficial, beban minor adalah 3 kg, sedangkan beban mayor

adalah 15, 30 dan 45 kg untuk mengetahui besarnya beban dan dan jenis identor bisa

dilihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4. Skala Superficial Rockwell (ASM Vol.8, 1998).

Simbol Identor Besar beban (Kg)

15 N Diamond 1530 N Diamond 3045 N Diamond 4515 T 1/16 in ball 1530 T 1/16 1n ball 3045 T 1/16 in ball 4515 W 1/8 in ball 1530 W 1/8 in ball 3045 W 1/18 in ball 45

22

c. Metode Vickers

Banyak masalah metalurgi yang membutuhkan penentuan kekerasan pada permukaan

yang sangat kecil misalnya penentuan kekerasan pada permukaan terkarburasi, daerah

sambungan, daerah difusi dua material yang berbeda dan penentuan kekerasan pada part

jam tangan. Untuk pengujian spesimen-spesimen sangat kecil ini, mengunakan uji Vickers

dan untuk prosedur pengujian menggunakan referensi ASTM E 384.

Pada metode ini, digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136o,

seperti diperlihatkan oleh Gambar 2.12. Prinsip pengujian adalah sama dengan metode

Brinell, walaupun jejak yang dihasilkan berbentuk bujur sangkar berdiagonal. Panjang

diagonal diukur dengan skala pada mikroskop pengujur jejak. Untuk menghitung nilai

kekerasan suatu material menggunakan rumus sebagai berikut:

VHN = (2.2)

Dimana P = Besar beban (kg)

d = Rata-rata diameter pijakan identer d1 dan d2 (mm)

Gambar 2.12 Indentasi Dengan Metode Vickers (Akhmad, 2009)

2.11 Pengujian Struktur Mikro

Struktur mikro adalah struktur terkecil yang terdapat dalam suatu bahan yang

keberadaannya tidak dapat di lihat dengan mata telanjang, tetapi harus menggunakan alat pengamat

struktur mikro diantaranya; mikroskop cahaya, mikroskop electron, mikroskop field ion, mikroskop

field emission dan mikroskop sinar-X. Penelitian ini menggunakan mikroskop cahaya, Gambar

23

2.13 di bawah ini adalah salah satu alat penguji struktur mikro. Adapun manfaat dari pengamatan

struktur mikro ini adalah:

Gambar 2.13 Mikroskop Olympus BX 416

Langkah-langkah untuk melakukan pengamatan struktur mikro dapat memakai referensi ASTM E3 dari persiapan sempel dan prosedur pengujian mikroskop sebagai berikut :

a. Cutting (Pemotongan)

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) yang mana ditunjukan pada gambar 2.19 dengan memperhatikan kemudahan pemotongan pula. Secara garis besar, pengambilan sampel dilakukan pada daerah yang akan diamati mikrostruktur maupun makrostrukturnya. Sebagai contoh, untuk pengamatan struktur mikro material yang mengalami kegagalan.

Maka sampel diambil sedekat mungkin pada daerah kegagalan (pada daerah kritis dengan kondisi terparah), untuk kemudian dibandingkan dengan sampel yang diambil dari daerah yang jauh dari daerah gagal. Perlu diperhatikan juga bahwa dalam proses memotong, harus dicegah kemungkinan deformasi dan panas yang berlebihan. Oleh karena itu, setiap proses pemotongan harus diberi pendinginan yang memadai.

Symbol in diagram

Suggested designation

24

A Rolled SurfaceB Direction of rollingC Rolled edgeD Plannar edge

E Longitudinal section perpendicular to rolled surface

F Transverse sectionG Radial longitudinal sectionH Tangential longitudinal section

Gambar 2.14 Metode menentukan lokasi pemotongan untuk menentukan area yang dimikrografi

(ASTM Handbook E18, 2002).

Ada beberapa sistem pemotongan sampel berdasarkan media pemotong yang digunakan,

yaitu meliputi proses pematahan, pengguntingan, penggergajian, pemotongan abrasi (abrasive

cutter), gergaji kawat, dan EDM (Electric Discharge Machining)yang bisa dilihat pada Tabel 2.5.

Berdasarkan tingkat deformasi yang dihasilkan, teknik pemotongan terbagi menjadi dua, yaitu:

1) Teknik pemotongan dengan deformasi yang besar, menggunakan gerinda

2) Teknik pemotongan dengan deformasi kecil, menggunakan diamond saw.

Tabel 2.5. Macam-macam pisau pemotong material (ASTM Handbook E18, 2002)

25

Hardness HV

Materials abrasive Bond Bond Hardness

Up to 300 non-ferrous (Al, Cu) SiC P or R HardUp to 400 non-ferrous (Ti) SiC P or R med hardUp to 400 soft ferrous Al2O3 P or R HardUp to 500 Medium soft ferrous Al2O3 P or R med hardUp to 600 Medium hard ferrous Al2O3 P or R MediumUp to 700 hard ferrous Al2O3 P or

R&Rmed soft

Up to 800 very hard ferrous Al2O3 P or R&R

Soft

> 800

extremely hard ferrous more brittle ceramicstougher ceramics

CBNdiamonddiamond

P or RP or RM

Hardvery hardext hard

P – phenolic R&R - resin and rubber

R – rubber M – Metalb. Mounting

Spesimen yang berukuran kecil atau memiliki bentuk yang tidak beraturan akan sulit untuk

ditangani khususnya ketika dilakukan pengamplasan dan pemolesan akhir. Sebagai contoh adalah

spesimen yang berupa kawat, spesimen lembaran logam tipis, potongan yang tipis dan lain-lain.

Untuk memudahkan penanganannya, maka spesimen-spesimen tersebut harus ditempatkan pada

suatu media (media mounting). Secara umum syarat-syarat yang harus dimiliki bahan mounting

adalah :

1) Bersifat inert (tidak bereaksi dengan material maupun zat etsa)

2) Sifat eksoterimis rendah

3) Viskositas rendah

4) Penyusutan linier rendah

5) Sifat adesif baik

6) Memiliki kekerasan yang sama dengan sampel

7) Flowabilitas baik, dapat menembus pori, celah dan bentuk ketidakteraturan yang terdapat

pada sampel

8) Khusus untuk etsa elektrolitik dan pengujian SEM, bahan mounting harus kondusif

Media mounting yang dipilih haruslah sesuai dengan material dan jenis reagen etsa yang

akan digunakan. Pada umumnya mounting menggunakan material plastik sintetik. Materialnya

26

dapat berupa resin (castable resin) yang dicampur dengan hardener atau bakelit. Penggunaan

castable resin lebih mudah dan alat yang digunakan lebih sederhana dibandingkan bakelit, karena

tidak diperlukan aplikasi panas dan tekanan. Namun bahan castable resin ini tidak memiliki sifat

mekanis yang baik (lunak) sehingga kurang cocok untuk material-material yang keras. Teknik

mounting yang paling baik adalah menggunakan thermosetting resin dengan menggunakan material

bakelit. Material ini berupa bubuk yang tersedia dengan warna yang beragam. Thermosetting

mounting membutuhkan alat khusus, karena dibutuhkan aplikasi tekanan (4200 lb/in2) dan panas

(149oC) pada cetakan saat mounting.

c. Grinding (Pengamplasan)

Sampel yang baru saja dipotong, atau sampel yang telah terkorosi memiliki permukaan yang

kasar. Permukaan yang kasar ini harus diratakan agar pengamatan struktur mudah untuk

dilakukan. Pengamplasan dilakukan dengan menggunakan kertas amplas yang ukuran butir

abrasifnya dinyatakan dengan mesh. Urutan pengamplasan harus dilakukan dari nomor mesh

yang rendah (150 mesh) ke nomor mesh yang tinggi (2000 mesh) bisa dilihat pada tabel 2.6.

Ukuran grit pertama yang dipakai tergantung pada kekasaran permukaan dan kedalaman

kerusakan yang ditimbulkan oleh pemotongan.

Tabel 2.6. Ukuran grit amplas berdasarkan standart Eropa dan USA (ASTM Handbook E18, 2002).

FEPA ANSI/CAMI

Grit Number Size (m) Grit Number Size (m)

P120 125.0 120 116.0P150 100.0 180 78.0P220 68.0 220 66.0P240 58.5 …. ….P280 52.2 240 51.8P320 46.2 …. ….P360 40.5 280 42,3P400 35.0 320 34.3

27

P500 30.2 …. ….P600 25.8 360 27.3P800 21.8 400 22.1P1000 18.3 500 18.2P1200 15.3 600 14.5P1500 12.6 800 11.5P2000 10.3 1000 9.5P2500 8.4 1500 8.0P4000 5.0 …. ….not found in the FEPA granding systemANSI - Amirican National Standart instituteCAMI - Coated abrasives manucfacturers instituteFEPA - european federation of abrasive producers

Hal yang harus diperhatikan pada saat pengamplasan adalah pemberian air. Air berfungsi

sebagai pemidah geram, memperkecil kerusakan akibat panas yang timbul yang dapat merubah

struktur mikro sampel dan memperpanjang masa pemakaian kertas amplas. Penggunaan air dan

langkah-langkah pengamplasan bisa dilihat pada Tabel 2.7 untuk pengamplasan material lunak. Hal

lain yang harus diperhatikan adalah ketika melakukan perubahan arah pengamplasan, maka arah

yang baru adalah 450 atau 900 terhadap arah sebelumnya.

Tabel 2.7 Persiapan uji mikrografi material lunak dibawah 45 HRC (ASTM Handbook E18, 2002).

Surface Lubricant Abrasive type/size ANSI (FEPA)

time sec

force N (lbf)

Platen RPM3

Rotation

planar grinding paper/stone

Water 120-320 (p120-400) grit SiC/al2O3

15-45

20-30(5-8)

200-300

00O

free grinding heavy nylon clotch

compotible lubricant

6-15 µm diamond

160-300

20-30(5-8)

100-150

00O

rought polishing low nap cloth

compotible lubricant

3-6 µm diamond 120-300

20-30(5-8)

100-150

00O

final polishing med/high nap clotch

compotible lubricant

1 µm diamond 60-120

10-20(3-5)

100-151

00O

28

synthetic suede Water 0.04 µm diamond colloidall silica or 0.05 or 0.05 mm alumina

30-60

20-30(5-8)

100-152

Contra

d. Polishing (Pemolesan)

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 hingga orde 0.01 μm. 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.

Tahap pemolesan dimulai dengan pemolesan kasar terlebih dahulu kemudian dilanjutkan

dengan pemolesan halus. Ada 3 metode pemolesan antara lain yaitu sebagai berikut :

1. Pemolesan elektrolit kimia

Hubungan rapat arus dan tegangan bervariasi untuk larutan elektrolit dan material yang

berbeda dimana untuk tegangan, terbentuk lapisan tipis pada permukaan, dan hampir tidak

ada arus yang lewat, maka terjadi proses etsa. Sedangkan pada tegangan tinggi terjadi proses

pemolesan.

2. Pemolesan kimia mekanis

Merupakan kombinasi antara etsa kimia dan pemolesan mekanis yang dilakukan serentak di

atas piringan halus. Partikel pemoles abrasif dicampur dengan larutan pengetsa yang umum

digunakan.

3. Pemolesan elektro mekanis (Metode Reinacher)

Merupakan kombinasi antara pemolesan elektrolit dan mekanis pada piring pemoles. Metode

ini sangat baik untuk logam mulia, tembaga, kuningan, dan perunggu.

e. Etching (Etsa)

29

Etsa merupakan proses penyerangan 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, struktur mikro baru muncul jika diberikan zat etsa. Sehingga perlu

pengetahuan yang tepat untuk memilih zat etsa yang tepat.

1. Etsa kimia

Merupakan proses pengetsaan dengan menggunakan larutan kimia, lihat tabel 2.16 dimana

zat etsa yang digunakan ini memiliki karakteristik tersendiri sehingga pemilihannya

disesuaikan dengan sampel yang akan diamati.

2. Elektro etsa (Etsa Elektrolitik)

Merupakan proses etsa dengan menggunakan reaksi elektroetsa. 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.Tabel 2.8 di dawah ini menunjukkan jenis – jenis etsa kimia pada uji mikrografi.

Tabel 2.8 Jenis-jenis Etsa kimia pada uji mikrografi material (ASTM Handbook E18, 2002).

6H HCL plus 2 gl hexametylene tetamine

immerse specimentin solution for 1 to 15 min. good for steels.cleaning action can be enhanced by light brushing or by brief (5 s) periods in an ultrasonic cleaner

3 mL HCL use a fresh solution at room temperature. Use in an ultrasonic cleaner for about 30 s 4 mL 2-Butyne-, 4

diol inhibitor50 mL water49 mL water wash speciment in alcohol for 2 min in ultrasonic cleaner

before and after a 2 min ultrasonic cleaning period with the inhibeted acid bath

49 mL HCL2 mL Rodine -50 Inhibitor6 g sodium cyanide electrolytic rust removal solution. Use under a hood with

care. Use 100-mA/cm2 current density for up to 15 min5 g sodium sulphite100 mL distiled water 10 g ammonium citrate

use solution heated to 30oC (86F)

100 mL distiled water70 mL orthophosphoric acid

recommended for removin oxides from aluminum alloy fracture ( some sources claim that only organic solvent shoild be used)32 g chromic acid

30

130 mL water8 0z endox 214 powder

use electrolytically at 250-mA/cm2current density for 1 min with a Pt cathoda to remove oxidation products. Wash in ultrasonic cleaner with the solution for 1 min. repeat this cycle several times if necessary.use under a hood

1000 mL cold water ( add small amount of photo-flo)f. Pengamatan Struktur Makro dan Mikro

Pengamatan metalografi dengan mikroskop dapat dibagi dua, yaitu :

1. Metalografi makro yaitu pengamatan struktur pembesaran 10 – 100 kali

2. Metalografi mikro yaitu pengamatan struktur pembesaran di atas 100 kali

Mode perpatahan material secara umum dapat dibagi dua, yaitu perpatahan ulet yang berkarakter

berserabut (fibrous) dan gelap (dull), dan perpatahan getas dimana permukaan patahan berbutir

(granular) dan terang. Selanjutnya pengamatan dapat dilakukan dengan stereoscope macroscope

dan SEM. Pada Gambar 2.15 menunjukan struktur mikro material sproket asli Supra 125.

Gambar 2.15 (Struktur mikro sproket supra 125)

g. Metode perhitungan besar butir

Ada tiga metode yang direkomendasikan ASTM, yaitu :

1. Metode Perbandingan

Foto struktur mikro bahan dengan perbesaran 100X dapat dibandingkan dengan grafik ASTM

E11 dapat ditentukan besar butir. Nomor besar butir ditentukan dengan rumus :

N–2n-1 (2.6)

Dimana N adalah jumlah butir per inch2 dengan perbesaran 100X. Metode ini cocok untuk

sampel dengan butir beraturan.

2.Metode intercept

Plastik transparan dengan grid (bergaris kotak-kotak) diletakkan di atas foto atau sampel.

Kemudian dihitung semua butir yang berpotongan pada akhir garis dianggap setengah.

Perhitungan dilakukan pada tiga daerah agar mewakili. Nilai diameter rata-rata ditentukan

dengan membagi jumlah butir yang berpotongan dengan panjang garis. Metode ini cocok

untuk butir yang tidak beraturan.

3. Metode Planimetri

31

Metode ini menggunakan lingkaran yang umumnya memiliki 5000 mm2. Perbesaran.

Sehingga ada sedikitnya 75 butir yang berada di dalam lingkaran. Kemudian hitung jumlah

total semua butir dalam lingkaran ditambah setengah dari jumlah butir yang berpotongan

dengan lingkaran.

32