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

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

Non perlakuan Pemanasan 850 0C

Dengan karbon

HT 20 menit

Pemanasan 850 0C

Dengan karbon

HT 45 menit

Pemanasan 850 0C

Dengan karbon

HT 90 menit

Di celup oli

Pengujian

Kekerasan Metalografi

Pengolahan data

Analisa

Kesimpulan

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 )

Proses Karburasi pada suhu

8500C

Pengujian

Holding Time Hardening

( Menit )

Kekerasan

( Titik )

Metalogfafi

( Buah )

3

3

3

20

45

90

4

4

4

1

1

1

Non Perlakuan

( 3 Buah ) 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

(BaCO3). 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 Gambar 3.4. Barium Karbonat

( Karbon Aktif )

Pada karburisasi dengan media padat mekanisme reaksi yang terpenting adalah

menghasilkan gas CO dan CO2. Reaksinya adalah sebagai berikut.

BaCO3 BaO + CO

2

CO2

+ C 2CO

Mula-mula CO2

terbentuk dari hasil disosiasi BaCO2

dan selanjutnya CO2

bereaksi dengan karbon yang ada dalam arang menghasilkan gas aktif CO.

2CO CO2

+ C

Gas CO2

yang terbentuk kemudian bereaksi dengan BaO membentuk BaCO3,

dengan reaksi :

BaO + CO2

BaCO

Dengan demikian reaksi akan berlangsung terus menerus selama proses

berlangsung.

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 ( 8500C) 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 1200. 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

baja

Kekerasan sedang, baja karbon rendah

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 + HNO3 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