perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac... · dengan uji komposisi, uji kekerasan, dan uji...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

KARAKTERISASI GRINDING BALL IMPORT DIAMETER 60 mm

DENGAN UJI KOMPOSISI, UJI KEKERASAN, DAN

UJI METALLOGRAFI YANG DIPAKAI DI

PT. HOLCIM, Tbk.

S K R I P S I

Oleh :

ANDHITYA SETIA CANDRA

K 25 05 006

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2010


commit to user iii

PERSETUJUAN

Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji

Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Persetujuan Pembimbing

Pembimbing I

Drs. Suhardi. HW, MT

NIP. 19460604 197501 1 001

Pembimbing II

Suharno, ST. MT

NIP. 19710603 200604 1 001


commit to user vi

ABSTRAK

Andhitya Setia Candra. KARAKTERISASI GRINDING BALL IMPORT

DIAMETER 60 mm DENGAN UJI KOMPOSISI, UJI KEKERASAN, DAN

UJI METALLOGRAFI YANG DIPAKAI PT. HOLCIM, Tbk. Skripsi,

Surakarta: Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan. Universitas Sebelas Maret,

Juni 2010.

Tujuan penelitian ini adalah untuk: (1) Mengetahui karakteristik

material berdasarkan komposisi unsur yang dimiliki dari hasil uji komposisi

kimia, sekaligus sebagai dasar penggolongan jenis logam apakah grinding ball

import yang dipakai PT. Holcim, Tbk., diameter 60 mm. (2) Mengetahui distribusi

kekerasan dan struktur mikro grinding ball import yang dipakai PT. Holcim, Tbk.,

diameter 60 mm yang berhubungan dengan adanya proses produksi yang

diberikan sebagai dasar referensi rekayasa ulang produksi grinding ball di

Indonesia.

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah deskriptif yang

menghasilkan data untuk dianalisis dan dideskripsikan dalam grafik-grafik. Data

dari penelitian ini diperoleh dari hasil pengujian komposisi kimia, pengujian

kekerasan mikro dan makro, dan pengujian struktur mikro. Sampel dari penelitian

ini adalah sebuah grinding ball import diameter 60 mm yang dipakai PT. Holcim,

Tbk.

Hasil uji komposisi kimia menunjukkan bahwa grinding ball import

diamater 60 mm yang dipakai PT. Holcim, Tbk., diketahui grinding ball

mengandung unsur material dasar antara lain Khromium 16,582%, Ferro

80,28%, Karbon 1,982%, Molibden 0,307%, Mangan 0,615%, Silikon 1,234%,

Tembaga 0,45%, Phospor 0,026%, Alumunim 0,096%, Vanadium 0,1065%,

Wolfram 0,09%, Sulpur 0,030% , Nabrium 0,079% Timbal 0,044%, Nikel

0,307% . Berdasarkan standar internasional yang bersumber dari annual book of

ASTM standart, material ini digolongkan ke dalam klasifikasi martensitic white

cast iron (besi tuang putih martensitik) standar ASTM A 532 class II type B. Arti

B adalah menerangkan bahwa tipe ini memiliki 14-18% Cr dan karbon rendah


commit to user vii

dengan 2,0-3,3% C dengan beberapa unsur kimia lain yang juga dominan, seperti :

Silicon ( Si ) sebesar 1,234 %, Vanadium ( V) sebesar 0,1065 %, dan Wolfram

(W) 0,09 % yang berpengaruh terhadap sifat mekanis dasar grinding ball import

yaitu : keras, tahan aus, tahan terhadap korosi, dan tahan terhadap suhu tinggi.


commit to user ix

PERSEMBAHAN

Dengan mengucap Syukur kepada Tuhan berkat penyertaan Putra-Nya

Yesus Kristus dalam hidupku, dengan segala kerendahan hati, karya ini

kupersembahkan kepada:

1. Ibunda dan Ayahanda tercinta yang senantiasa mendukung dan

mengiringi dengan doa dan kasih sayang.

2. Kakak – kakakku yang selalu memberikan dorongan dan semangat

3. Bapak Drs. Karno M.W, ST. yang juga senantiasa memberi bimbingan

dan arahan di masa akhir kuliah saya.

4. Bapak Drs. Suhardi, HW, MT. dan Bapak Suharno, ST, MT. yang

dengan sabar membimbing saya menulis skripsi ini.

5. Keluarga besar PTM - FKIP UNS.

6. Semua pihak yang telah membantu selesainya skripsi ini.


commit to user x

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, atas Rahmat dan

Karunia-Nya, skripsi ini akhirnya dapat diselesaikan, untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan.

Menyadari bahwa dalam penulisan laporan skripsi ini banyak

mengalami hambatan, tetapi berkat bantuan berbagai pihak, maka hambatan

tersebut dapat diatasi. Oleh karena itu penulis sampaikan ucapan banyak terima

kasih kepada yang terhormat:

1. Tuhan Yang Maha Esa yang senantiasa selalu menyertai saya dalam kuat

dan lemah semangat saya.

2. Bapak Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan UNS beserta

seluruh stafnya.

3. Bapak Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Dan Kejuruan Fakultas Keguruan

Dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

4. Bapak Ketua Program Pendidikan Teknik Mesin Fakultas Keguruan Dan

Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

5. Bapak Drs. Suhardi, HW, M.T. selaku Dosen pembimbing skripsi I.

6. Bapak Suharno, ST, MT. selaku dosen pembimbing skripsi II.

7. Bapak Drs. Karno MW,S.T selaku Pembimbing Akademik.

8. Segenap dosen Program Studi Pendidikan Teknik Mesin.

9. Segenap karyawan Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan FKIP UNS.

10. Ibu, Bapak, dan keluargaku tercinta yang selalu memberi dukungan baik

dalam wujud moral maupun material.

11. Teman-teman Program Studi Pendidikan Teknik Mesin angkatan 2005

atas kebersamaannya.

12. Tutik Ariyanti yang selalu dengan sabar memberi pengertian dan semangat

pada diri saya.

13. Kepada seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat penulis

sebutkan satu per satu. Terima kasih atas dukungan dan kerjasamanya.


commit to user xi

Penulisan laporan ini masih banyak kekurangan sehingga laporan ini

jauh dari sempurna. Untuk itu kritik dan saran yang sifatnya membangun demi

kebaikan laporan ini sangat penulis harapkan.

Akhirnya, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi pembaca

khususnya dan semua pihak yang memerlukannya. Semoga Tuhan selalu

memberikan berkah dan Anugerah bagi kita semua. Amin.

Klaten, juni 2010

Penulis


commit to user xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ................................................................................. i

HALAMAN PENGAJUAN...................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN.................................................................. iii

HALAMAN SURAT PERNYATAAN.................................................... iv

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. v

HALAMAN ABSTRAK........................................................................... vi

HALAMAN MOTTO................................................................................ viii

HALAMAN PERSEMBAHAN................................................................ ix

KATA PENGANTAR............................................................................... x

DAFTAR ISI ............................................................................................. xii

DAFTAR TABEL ..................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xv

DAFTAR LAMPIRAN............................................................................. xvi

BAB I. PENDAHULUAN .................................................................. 1

A. Latar Belakang ............................................................... 1

B. Identifikasi Masalah ..................................................... 3

C. Pembatasan Masalah....................................................... 3

D. Perumusan Masalah ....................................................... 3

E.

F.

Tujuan Penelitian ........................................................

Manfaat Penelitian .........................................................

4

4

BAB II. LANDASAN TEORI ............................................................. 5

A. Tinjauan Pustaka ........................................................... 5

1. Sejarah Produksi Semen....................................... 5

2. Grinding Ball........................................................ 7

3. Cement Mill........................................................... 8

4. Baja............................... ........................................ 9

5. Besi Tuang (Cast Iron)......................................... 13

6. Diagram Fe – C ................................................... 17


commit to user xiii

7. Pengujian Kekerasan Makro dan Mikro............... 21

8.

9.

Pengujian Struktur Mikro .....................................

Penelitian Yang Relevan ......................................

23

24

B. Kerangka Pemikiran....................................................... 25

C. Hipotesis......................................................................... 25

BAB III. METODE PENELITIAN........................................................ 26

A. Tempat dan Waktu Penelitian ........................................ 26

1. Tempat Penelitian ................................................. 26

2. Waktu Penelitian .................................................. 26

B. Metode Penelitian ......................................................... 27

C. Populasi dan Sampel ..................................................... 27

D. Teknik Pengumpulan Data ........................................... 28

E. Teknik Analisis Data ..................................................... 35

1. Analisis Komposisi Kimia .................................. 35

2. Analisis Hasil Pengujian Kekerasan .................. 35

3. Analisis Uji Struktur Mikro ................................ 36

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................. 37

A. Analisis Visual Grinding Ball Import ......................... 37

B.

C.

D.

Hasil dan Pembahasan Uji Komposisi Kimia .............

Hasil dan Pembahasan Uji Kekerasan Makro dan

Mikro ...........................................................................

Hasil dan Pembahasan Foto Struktur Mikro................

42

47

52

BAB V PENUTUP .............................................................................. 59

A. Kesimpulan .................................................................... 59

B. Implikasi ........................................................................ 60

1. Implikasi Teoritis ................................................. 60

2. Implikasi Praktis .................................................. 61

C. Saran .............................................................................. 61

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 62

LAMPIRAN ............................................................................................. 63


commit to user xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Klasifikasi Baja SAE (Society of Aoutomotive Engineers) dan

AISI (American Iron and Steel Institute)....................................... 10

Tabel 2. Fasa pada Baja (Tata Surdia dan Shinroku Saito,1985) .............. 20

Tabel 3. Hasil Uji Komposisi Kimia Grinding Ball Import...................... 42

Tabel 4. Standar Spesification For Abrasion-Resistant Cast Iron………

Tabel 5. White Cast Iron, A532 Class II Type B ………………………

43

43

Tabel 6. Hasil Uji Kekerasan Makro Grinding Ball Import Diameter 60

mm............................................................................................... 48

Tabel 7. Hasil Uji Kekerasan Mikro Grinding Ball Import Diameter 60

mm............................................................................................... 50


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Grinding ball merupakan salah satu komponen penting pada mesin

crusher yang dipergunakan untuk menggiling bahan baku pada proses produksi

semen. Grinding ball terbuat dari baja yang mempunyai karakteristik keras, tahan

aus, tangguh (tidak mudah pecah) serta tahan terhadap korosi. Setiap pabrik

semen membutuhkan grinding ball dalam jumlah yang besar, oleh karena itu

biaya produksi semen terpengaruh oleh biaya pengadaan grinding ball secara

signifikan.

Grinding ball merupakan bola penggiling yang digunakan dalam proses

pembuatan semen yang disyaratkan mempunyai karakteristik keras sekaligus

tangguh dan tahan korosi. Penggunaan grinding ball pada pabrik semen terdapat

pada beberapa peralatan, seperti cement mill. Cement Mill digunakan pada proses

finishing pembuatan semen. Dalam Cement Mill, grinding ball berfungsi sebagai

bahan pengisi yang berfungsi untuk menghancurkan bahan baku semen. Pada

cement mill dilakukan penambahan additive, seperti gypsum atau trash sebagai

retarder agent yang berfungsi untuk memperlambat waktu pengikatan dan

pengerasan semen dan dimaksudkan untuk mendapatkan semen dengan kehalusan

yang telah dipersyaratkan dalam Standard Nasional Indonesia.

Indonesia memiliki beberapa pabrik semen yang selain mencukupi

kebutuhan semen dalam negeri juga untuk diekspor ke mancanegara. Ekspor

semen tersebut menjadi salah satu sektor yang memberikan devisa non-migas

yang cukup besar. Hingga dekade terakhir permintaan semen terus meningkat

tetapi kenaikan tarif dasar listrik dan harga bahan bakar minyak memicu kenaikan

biaya produksi sehingga industri semen harus mencari terobosan untuk

meningkatkan efisiensi di berbagai bidang.

Untuk mendapatkan bahan dengan persyaratan kekuatan yang harus

dipenuhi oleh grinding ball, maka bahan baku yang sesuai adalah logam yang


commit to user

2

mengandung Fe, yaitu besi/baja. Besi/baja memiliki sifat yang bervariasi, mulai

dari sifat yang paling lunak hingga paling keras serta memiliki sifat mampu

bentuk yang baik dalam proses pengecoran sehingga berbagai macam bentuk

coran dapat dibuat dengan pengecoran.

Hingga saat ini, semua pabrik semen di Indonesia masih menggunakan

grinding ball impor karena belum ada suplier dalam negeri yang mampu

memproduksi grinding ball dengan spesifikasi teknis yang memenuhi. Hal ini

ironis karena sebenarnya Indonesia mempunyai banyak perusahaan peleburan baja

dan pengecoran logam yang seharusnya dapat mencukupi kebutuhan tersebut.

Apabila grinding ball tersebut dapat dibuat di Indonesia diharapkan harganya bisa

lebih murah sehingga biaya produksi semen dapat diturunkan, harga semen lebih

terjangkau, dan kesejahteraan rakyat dapat ditingkatkan.

Penelitian ini merupakan penelitian pendahuluan yaitu penelitian tahap

pertama dari dua tahap penelitian, yaitu proyek penelitian besar yang dilakukan

oleh Suharno S.T. M.T., yang bertujuan swasembada kebutuhan grinding ball

pabrik semen di Indonesia. Hasil Proyek Penelitian ini ditujukan untuk menjadi

rujukan teknis bagi industri-industri baja di Indonesia untuk memproduksi

grinding ball di dalam negeri. Penelitian tahap pertama ini khusus bertujuan untuk

mengetahui karakteristik grinding ball import dari pabrik-pabrik semen di

Indonesia. Dalam proyek penelitian tersebut mengambil grinding ball import dari

empat pabrik semen yang ada di indonesia dengan ukuran yang berbeda-beda.

Salah satunya diambil dari pabrik semen PT. Holcim, Tbk dengan diamater 60

mm. Dalam penelitian ini akan difokuskan untuk mengetahui karakteristik

grinding ball import diamater 60 mm yang diambil dari pabrik PT. Holcim, Tbk.

Pada penelitian tahap selanjutnya diharapkan dapat dirumuskan proses

pembuatannya dan dilakukan percobaan pembuatan grinding ball skala

laboratorium. Bagi industri pengecoran logam di Indonesia diharapkan

mendapatkan informasi tentang cara pembuatan grinding ball dengan kualitas

yang sama dengan grinding ball import sehingga dapat memenuhi kebutuhan

grinding ball untuk industri semen di dalam negeri.


commit to user

3

Dengan penelitian yang intensif, grinding ball impor dapat dikarakterisasi

komposisi material serta proses pembuatannya termasuk proses heat treatment

yang diperlukan. Hasil karakterisasi tersebut dapat dijadikan dasar untuk rekayasa

proses manufaktur produk grinding ball yang dapat mencapai spesifikasi teknis

yang diperlukan. Dengan demikian, proses manufaktur grinding ball selanjutnya

dapat dilakukan pada perusahaan pengecoran logam dalam negeri sehingga

swasembada kebutuhan grinding ball Indonesia dapat terwujud.

B. Identifikasi masalah

Berdasarkan latar belakang masalah di atas dapat diidentifikasikan

permasalahannya adalah bahwa karakterisasi bahan sangat diperlukan untuk dapat

memproduksi grinding ball di dalam negeri. Karakterisasi grinding ball dilakukan

dengan pengujian komposisi kimia (spectrometri), pengujian kekerasan (vickers)

dan pengujian struktur mikro (metallografi).

C. Pembatasan Masalah

Agar penelitian ini tidak menyimpang dari permasalahan, maka

penelitian hanya dibatasi pada:

1. Bahan penelitian yang digunakan adalah grinding ball import PT. Holcim,

Tbk. diameter 60 mm.

2. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian komposisi kimia (spectrometri),

pengujian kekerasan (vickers) dan pengujian struktur mikro (metallografi).

D. Perumusan Masalah

Berdasarkan uraian di atas maka dapat dirumuskan pokok permasalahan

dari penelitian yang akan dilakukan yaitu :

1. Bagaimanakah kandungan komposisi dan nilai kekerasan material grinding

ball import diameter 60 mm di PT. Holcim, Tbk?

2. Bagaimanakah struktur mikro grinding ball import diameter 60 mm di PT.

Holcim, Tbk?


commit to user

4

E. Tujuan Penelitian

Untuk mengetahui karakteristik grinding ball import dengan uji

metallografi, uji komposisi, dan uji kekerasan untuk mendapatkan data struktur

mikro, distribusi komposisi, dan distribusi kekesaran grinding ball.

F. Manfaat Penelitian

1. Manfaat Teoritis

a. Sebagai bahan masukan atau referensi untuk penelitian selanjutnya.

b. Sebagai bahan pustaka di lingkungan Universitas Sebelas Maret Surakarta

khususnya di program Pendidikan Tehnik Mesin.

c. Membangkitkan minat mahasiswa untuk melanjutkan penelitian tentang

pembuatan grinding ball.

2. Manfaat Praktis

Penelitian ini dilakukan untuk mewujudkan swasembada kebutuhan

grinding ball sebagai salah satu komponen penting dalam proses produksi

semen tersebut. Diharapkan hasil penelitian ini bisa menjadi rujukan teknis

dalam pembuatan grinding ball oleh industri-industri baja dalam negeri

karena produk grinding ball import harganya sangat mahal yang diharapkan

industri-industri semen di Indonesia dapat memproduksi sendiri, sehingga

dapat mengurangi biaya produksi dan harga semen dapat dijangkau

masyarakat Indonesia yang perekonomiannya kebawah.


commit to user

5

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Sejarah produksi semen

Semen Portland diproduksi pertama kalinya pada tahun 1824 oleh

Joseph Aspdin, dengan memanaskan suatu campuran tanah liat yang dihaluskan

dengan batu kapur atau kapur tulis dalam suatu dapur sehingga mencapai suatu

suhu yang cukup tinggi untuk menghilangkan gas asam karbon. Sebelum tahun

1845 Isaac Johnson membakar bahan yang sama bersama-sama dalam suatu dapur

atau pembakaran kapur sampai melebur dan mengeras kembali, sehingga

dihasilkan sejenis semen yang amat mirip dan cocok dengan sifat kimia pokok

dari Portland semen modern (Murdock, 1999).

Sedangkan kata semen sendiri berasal dari caementum (bahasa Latin),

yang artinya "memotong menjadi bagian-bagian kecil tak beraturan". Meski

sempat populer di zamannya, nenek moyang semen made in Napoli ini tak

berumur panjang. Menyusul runtuhnya Kerajaan Romawi, sekitar abad

pertengahan (tahun 1100 - 1500 M) resep ramuan pozzuolana sempat menghilang

dari peredaran. Baru pada abad ke-18 (ada juga sumber yang menyebut sekitar

tahun 1700-an M), John Smeaton (insinyur asal Inggris) menemukan kembali

ramuan kuno berkhasiat luar biasa ini. Dia membuat adonan dengan

memanfaatkan campuran batu kapur dan tanah liat saat membangun menara suar

Eddystone di lepas pantai Cornwall, Inggris.

Ironisnya, bukan Smeaton yang akhirnya mematenkan proses pembuatan

cikal bakal semen ini yaitu Joseph Aspdin, juga insinyur berkebangsaan Inggris,

pada 1824 mengurus hak paten ramuan yang kemudian dia sebut semen portland.

Dinamai begitu karena warna hasil akhir olahannya mirip tanah liat Pulau

Portland, Inggris. Hasil rekayasa Aspdin inilah yang sekarang banyak dipajang di

toko-toko bangunan.


commit to user

6

Sebenarnya, adonan Aspdin tak beda jauh dengan Smeaton. Dia tetap

mengandalkan dua bahan utama, batu kapur (kaya akan kalsium karbonat) dan

tanah lempung yang banyak mengandung silika (sejenis mineral berbentuk pasir),

aluminium oksida (alumina) serta oksida besi. Bahan-bahan itu kemudian

dihaluskan dan dipanaskan pada suhu tinggi sampai terbentuk campuran baru.

Selama proses pemanasan, terbentuklah campuran padat yang mengandung zat

besi. Nah, agar tak mengeras seperti batu, ramuan diberi bubuk gips dan

dihaluskan hingga berbentuk partikel-partikel kecil mirip bedak.

Lazimnya, untuk mencapai kekuatan tertentu, semen portland

berkolaborasi dengan bahan lain. Jika bertemu air (minus bahan-bahan lain),

misalnya, memunculkan reaksi kimia yang sanggup mengubah ramuan jadi

sekeras batu. Jika ditambah pasir, terciptalah perekat tembok nan kokoh. Namun

untuk membuat pondasi bangunan, campuran tadi biasanya masih ditambah

dengan bongkahan batu atau kerikil, biasa disebut concrete atau beton.

Semen (cement) adalah hasil industri dari paduan bahan baku : batu

kapur/gamping sebagai bahan utama dan lempung/ tanah liat atau bahan pengganti

lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk/bulk, tanpa

memandang proses pembuatannya, yang mengeras atau membatu pada

pencampuran dengan air. Batu kapur/gamping adalah bahan alam yang

mengandung senyawa Calcium Oksida (CaO), sedangkan lempung/tanah liat

adalah bahan alam yang mengandung senyawa : Silika Oksida (SiO2),

Alumunium Oksida (Al2O3), Besi Oksida (Fe2O3) dan Magnesium Oksida

(MgO).

Dari proses pembuatan semen di atas akan terjadi penguapan karena

pembakaran dengan suhu mencapai 900°C sehingga menghasilkan : residu (sisa)

yang tak larut, sulfur trioksida, silika yang larut, besi dan alumunium oksida,

oksida besi, kalsium, magnesium, alkali, fosfor, dan kapur bebas.

Selama penggilingan ditambahkan suatu "retarter", yaitu bahan untuk

memperlambat pengerasan, dimana umum digunakan bahan gip (sekitar 2%-3%).

Naiknya temperatur semen yang cukup tinggi disebabkan oleh gesekan yang


commit to user

10

dengan cara pengaturan komposisi kimianya, terutama kadar karbonnya. Semakin

tinggi kadar karbon dalam baja, semakin tinggi kekuatannya serta kekerasannya,

sementara keuletannya berkurang. Di samping itu, sifat-sifat baja dapat diatur

dengan rekayasa struktur mikro dengan melalui proses perlakuan panas (heat

treatment).

Tabel 1. Klasiflkasi Baja Standar AISI - SAE (Van Vlack dan Lawrence, 1993).

Nomor AISI

atau SAEKomposisi

10xx

11xx

15xx

40xx

41xx

43xx

44xx

46xx

48xx

5lxx

61xx

81xx

86xx

87xx

92xx

Baja karbon *

Baja karbon (ditambah belerang untuk mampu permesinan).

Mangan(l,0-2,0%).

Molibden (0,20 - 0,30 %).

Chromium (0,40 - 1,20 %), Molibden (0,08 - 0,25 %).

Nikel (1,65 - 2,00 %), Khromium (0,40 - 0,90 %), Molibden

(0,20 - 0,30 %).

Molibden (0,5 %).

Nikel (1,40 - 2,00 %), Molibden (0,15 - 0,30 %).

Nikel (3,25-3,75%) Molibden Nikel (3,25-3,75%), Molibden

(0,20-0,30%).

Khromium (0,70 - 1,20%).

Khromium (0,70 -1,10 %), Vanadium (0,10 %).


(0,08- 0,15 %).

Nikel (C;30 - 0,70 %), Khromium (0,40 - 0,85 %), Molibden

(0,08 - 0,25 %).


(0,20 - 0,30 %).

Silikon(l,80-2,20%).


commit to user

11

a. Baja Karbon

Baja karbon termasuk material logam ferro yang didefinisikan sebagai

paduan besi dan karbon dengan kadar karbon antara 0,008 - 2,0 % (Wiryosumarto

dan Okumura, 1985). Penggolongan baja karbon menurut Smallman (1985),

dibagi menjadi tiga macam, yaitu: baja karbon rendah (C < 0,3 %), baja karbon

menengah (0,3 - 0,50 %), dan baja karbon tinggi (0,5 < C < 1,7 %).

Baja dengan kadar karbon sangat rendah memiliki kekuatan yang relatif

rendah tetapi memiliki keuletan yang relatif tinggi. Baja jenis ini umumnya

digunakan untuk proses pembentukan logam lembaran. Dengan meningkatnya

kadar karbon maka baja karbon menjadi semakin kuat tetapi berkurang

keuletannya.

Sebagai unsur tambahan selain karbon, baja karbon mengandung unsur-

unsur (dalam jumlah kecil): mangan (Mn), silikon (Si), surfur (S), khrom (Cr) dan

sebagainya bervariasi menurut kebutuhan. Semakin tinggi kadar karbon dalam

baja karbon, semakin tinggi kekuatannya serta kekerasannya, akan tetapi keuletan

dan sifat mampu lasnya akan berkurang.

Menurut Smallman (1985), baja karbon sedang dapat dicelup untuk

membentuk martensit disusul dengan penemperan untuk meningkatkan

ketangguhan, yaitu sekitar 350 - 550° C, maka menghasilkan karbida bulat yang

dapat meningkatkan ketangguhan baja.

b. Baja Paduan Rendah

Baja paduan rendah adalah material ferro yang mengandung unsur-unsur

paduan selain karbon seperti : nikel (Ni), khrom (Cr), molibden (Mo), mangan

(Mn), atau silisium (Si) yang berjumlah minimal 5 %. Elemen paduan

ditambahkan untuk menghambat laju dekomposisi austenit ke ( i C) selama

perlakuan panas. Baja menjadi lebih keras (Van Vlack dan Lawrence, 1983).

Menurut Amstead (1993), bahwa baja paduan mempunyai paduan

khusus karena sifatnya yang unggul dibandingkan dengan baja karbon. Pada

umumnya baja paduan memiliki sifat:


commit to user

12

1) Keuletan (ductility) yang tinggi tanpa mengurangi kekuatan tarik.

2) Hardenability sewaktu dicelup dalam minyak atau udara dengan demikian

kemungkinan retak atau distorsinya berkurang.

3) Tahan terhadap korosi dan keausan, tergantung dari jenis paduan.

4) Tahan terhadap perubahan temperatur, ini berarti sifat fisisnya tidak

berubah.

5) Memiliki kelebihan dalam sifat-sifat metalurgi, seperti butir yang halus.

Komponen mekanik yang umumnya dibuat dari baja paduan adalah poros, roda

gigi, baut, mur, batang torak dan sebagainya (Tata Surdia dan Shinroku Saito,

1985).

c. Pengaruh Unsur Paduan Pada Baja

Menurut Schonmetz (1985), pengaruh unsur paduan dalam baja dapat

disebutkan sebagai berikut:

Silisium (Si) merupakan unsur paduan dalam jumlah kecil dalam semua

bahan besi dan jumlah besar pada jenis istimewa. Fungsinya adalah meningkatkan

kekuatan, kekerasan, ketahanan aus dan ketahanan terhadap panas dan karat,

forgeability, dan weldability.

Mangan (Mn) seperti Si terkandung di dalam semua baha'n besi dan

dibutuhkan dalam jumlah besar pada jenis istimewa. Mn berperanan

meningkatkan kekuatan, kekerasan, kesudian temper menyeluruh, ketahanan aus,

kekuatan pada pengerjaan dingin serta menurunkan kesudian serpih.

Khromium (Cr) merupakan unsur terpenting untuk baja konstruksi dan

baja perkakas, baja tahan karat dan asam. Meningkatkan keuletan dan kekerasan,

kekuatan, batas rentang, ketahanan aus, kesudian diperkakas, kesudian temper

menyeluruh, ketahanan panas, kerak, karat dan asam. Menurunkan regangan

(dalam tingkat kecil)

Nikel (Ni) jika baja dan nikel dipadu maka akan mempunyai sifat : dapat

dilas, disolder, dapat dibentuk dengan baik dalam keadaan dingin dan panas, dapat

dipoles, dapat dimagnetisasi. Fungsi Ni meningkatkan : keuletan, kekuatan,

pengerasan menyeluruh, ketahanan karat, ketahanan listrik (kawat listrik) dan


commit to user

13

menurunkan kecepatan pendinginan dan regangan panas (regangan terkecil

dimiliki baja invar dengan 36 % Ni).

Molybdenum (Mo) kebanyakan dipadu dengan baja dalam ikatan dengan

Cr, Ni, V. Meningkatkan kekuatan tarik, batas rentang, temperability, ketahanan

panas, dan batas kelelahan menurunkan regangan, kerapuhan pelunakan.

Vanadium (V) mempunyai sifat mirip Mo dalam baja, namun tanpa

mengurangi regangan. Meningkatkan kekuatan, batas rentang, keuletan, kekuatan

panas dan ketahanan lelah, suhu pijar dalam perlakuan panas. Menurunkan

kepekaan terhadap sengatan panas yang melewati batas pada perlakuan panas.

Wolfram (W) adalah Unsur paduan penting untuk baja olah cepat.

Mempunyai titik lebur yang tinggi maka digunakan untuk kawat pijar dan logam

keras. Meningkatkan kekerasan, kekuatan, kekuatan panas menurunkan regangan

(sedikit).

5. Besi Tuang (Cast Iron)

Menurut Van Vlack (1992), besi tuang merupakan salah satu jenis logam

tertua dan termurah diantara logam-logam. Meskipun demikian, logam ini

serbaguna dan banyak manfaatnya. Besi tuang biasanya mengandung silikon

sekitar 1% - 3% (Van Vlack, 1992). Hal ini diakibatkan karena silikon memang

tertinggal di dalam besi selama proses produksi dan diperlukan usaha khusus

untuk menurunkannya. Akan tetapi, yang penting adalah peran silikon dalam

produk akhir. Pertama-tama meningkatkan kekuatan dari ferlit dalam besi tuang.

Kedua, dengan silikon dapat dicapai suhu cair eutektik yang rendah sesuai dengan

kadar karbon 2% - 3,5 %.

Besi tuang mudah untuk dicor karena beberapa hal. Pertama, besi tuang

mudah dilebur dan memiliki fluiditas yang sangat baik pada keadaan cairnya.

Kedua, ketika dicor besi tidak membentuk lapisan film pada permukaannya.

Selain itu, besi cor tidak mengalami penyusutan volume (shrinkage) yang terlalu

tinggi pada saat solidifikasi.


commit to user

18

Fase-fase yang terjadi pada baja antara lain :

a. Ferrite

Ferrite adalah fase larutan padat yang memiliki struktur BCC (body

centered cubic). Ferrite dalam keadaan setimbang dapat ditemukan pada

temperatur ruang, yaitu alpha-ferrite atau pada temperatur tinggi, yaitu delta-

ferrite. Secara umum fase ini bersifat lunak (soft), ulet (ductile), dan magnetik

(magnetic) hingga temperatur tertentu, yaitu T. Kelarutan karbon di dalam fase

ini relatif lebih kecil dibandingkan dengan kelarutan karbon di dalam fase larutan

padat lain di dalam baja, yaitu fase Austenite. Pada temperatur ruang, kelarutan

karbon di dalam alpha-ferrite hanyalah sekitar 0,05%.

Berbagai jenis baja dan besi tuang dibuat dengan mengeksploitasi sifat-

sifat ferrite. Baja lembaran berkadar karbon rendah dengan fase tunggal ferrite

misalnya, banyak diproduksi untuk proses pembentukan logam lembaran.

Dewasa ini bahkan telah dikembangkan baja berkadar karbon ultra rendah untuk

karakteristik mampu bentuk yang lebih baik. Kenaikan kadar karbon secara

umum akan meningkatkan sifat-sifat mekanik ferrite sebagaimana telah dibahas

sebelumnya. Untuk paduan baja dengan fase tunggal ferrite, faktor lain yang

berpengaruh signifikan terhadap sifat-sifat mekanik adalah ukuran butir.

b. Austenite

Fase Austenite memiliki struktur atom FCC (Face Centered Cubic).

Dalam keadaan setimbang fase Austenite ditemukan pada temperatur tinggi. Fase

ini bersifat non magnetik dan ulet (ductile) pada temperatur tinggi. Kelarutan

atom karbon di dalam larutan padat Austenite lebih besar jika dibandingkan

dengan kelarutan atom karbon pada fase Ferrite. Secara geometri, dapat dihitung

perbandingan besarnya ruang intertisi di dalam fase Austenite (atau kristal FCC)

dan fase Ferrite (atau kristal BCC). Perbedaan ini dapat digunakan untuk

menjelaskan fenomena transformasi fase pada saat pendinginan Austenite yang

berlangsung secara cepat. Selain pada temperatur tinggi, Austenite pada sistem

Ferrous dapat pula direkayasa agar stabil pada temperatur ruang. Elemen-elemen


commit to user

19

seperti Mangan dan Nickel misalnya dapat menurunkan laju transformasi dari

gamma-austenite menjadi alpha-ferrite.

c. Cementite

Cementite atau carbide dalam sistem paduan berbasis besi adalah

stoichiometric inter-metallic compund Fe-C yang keras (hard) dan getas (brittle).

Nama cementite berasal dari kata caementum yang berarti stone chip atau

lempengan batu. Cementite sebenarnya dapat terurai menjadi bentuk yang lebih

stabil yaitu Fe dan C sehingga sering disebut sebagai fase metastabil. Namun,

untuk keperluan praktis, fase ini dapat dianggap sebagai fase stabil. Cementite

sangat penting perannya di dalam membentuk sifat-sifat mekanik akhir baja.

Cementite dapat berada di dalam sistem besi baja dalam berbagai bentuk seperti:

bentuk bola (sphere), bentuk lembaran (berselang seling dengan alpha-ferrite),

atau partikel-partikel carbide kecil. Bentuk, ukuran, dan distribusi karbon dapat

direkayasa melalui siklus pemanasan dan pendinginan.

d. Pearlite

Pearlite adalah suatu campuran lamellar dari ferrite dan cementite.

Konstituen ini terbentuk dari dekomposisi Austenite melalui reaksi eutectoid pada

keadaan setimbang, di mana lapisan ferrite dan cementite terbentuk secara

bergantian untuk menjaga keadaan kesetimbangan komposisi eutectoid. Pearlite

memiliki struktur yang lebih keras daripada ferrite, yang terutama disebabkan

oleh adanya fase cementite atau carbide dalam bentuk lamel-lamel.

e. Martensite

Martensite adalah mikro konstituen yang terbentuk tanpa melalui proses

difusi. Konstituen ini terbentuk saat Austenite didinginkan secara sangat cepat,

misalnya melalui proses quenching pada medium air. Transformasi berlangsung

pada kecepatan sangat cepat, mendekati orde kecepatan suara, sehingga tidak

memungkinkan terjadi proses difusi karbon. Martensite yang terbentuk berbentuk

seperti jarum yang bersifat sangat keras (hard) dan getas (brittle). Fase martensite


commit to user

20

adalah fase metastabil yang akan membentuk fase yang lebih stabil apabila

diberikan perlakuan panas. Martensite yang keras dan getas diduga terjadi karena

proses transformasi secara mekanik (geser) akibat adanya atom karbon yang

terperangkap pada struktur kristal pada saat terjadi transformasi polimorf dari

FCC ke BCC. Hal ini dapat dipahami dengan membandingkan batas kelarutan

atom karbon di dalam FCC dan BCC serta ruang intertisi maksimum pada kedua

struktur kristal tersebut. Akibatnya terjadi distorsi kisi kristal BCC menjadi BCT

(Body Centered Tetragonal).

Meskipun memiliki kekerasan yang sangat tinggi, Martensite tidak

memiliki arti penting di dalam aplikasi rekayasa. Untuk kebanyakan aplikasi

rekayasa martensite perlu ditemper atau dipanaskan kembali pada temperature

tertentu untuk mengurangi kegetasan (brittleness) dan meningkatkan

ketangguhannya (toughness) ke tingkat yang dapat diterima tanpa terlalu banyak

menurunkan kekerasannya.

Fasa-fasa pada baja memiliki sifat-sifat khas yang dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Fasa Yang Ada Pada Baja (Tata Surdia dan Shinroku Saito, 1985).

Fasa dan Simbol Struktur Penjelasan

Austenit ( ) FCC Paramagnetik dan stabil pada temperatur

tinggi.

Menurut

Kristal

Ferit ( ) BCC Stabil pada temperatur rendah, kelarutan

padat terbatas, dapat berada bersama

Fe3C (cementit) atau lainnya

Bainit ( ) BCC Austenit metastabil didinginkan dengan

laju pendingin cepat tertentu. Terjadi

hanya presipitasi Fe3C, unsur paduan

lainnya tetap larut.

Martensit (' ) BCT Fasa metastabil terbentuk dengan media

pendingin cepat, semua unsur paduan

masih larut Dalam keadaan padat.


commit to user

21

Perlit

Widmanstaetten

Lapisan ferit dan Fe3C.

dan dalam orientasi pada presipitasi

ferit.

Menurut

keadaan

Dendrit Berbentuk cabang-cabang seperti pohon,

struktur ini terbentuk karena segregasi

karbon pada pembekuan.

Sorbit adalah perlit halus dan trostit

adalah bainit.

Sorbit Nama ini tidak banyak dipakai.

7. Pengujian Kekerasan Makro Dan Mikro

Kekerasan suatu bahan didefinisikan sebagai ketahanan bahan terhadap

deformasi (Avner, 1987). Pada logam kekerasan dinyatakan sebagai ketahanan

logam terhadap deformasi plastik (deformasi permanen). Dalam mekanika

pengujian bahan, kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan terhadap lekukan

atau penetrasi (Dieter,1986). Pada baja, kekerasan sering dikaitkan dengan

kekuatan dan ketahanan terhadap abrasi (Budinski, 1989).

Uji kekerasan mikro umumnya dilakukan pada daerah yang sangat kecil

atau pada daerah yang dangkal, misalnya pengukuran gradien kekerasan

permukaaan yang dikarburisasi, partikel mikroskopik, fasa pada struktur mikro

logam, kekerasan roda gigi arloji dan sebagainya (Dieter, 1986 dan Budinski,

1989).

Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil kekerasan dalam perlakuan

panas antara lain : komposisi kimia, langkah perlakuan panas, cairan pendinginan,

temperatur pemanasan, dan lain-lain. Proses hardening cukup banyak dipakai di

industri logam atau bengkel-bengkel logam lainnya. Alat-alat permesinan atau

komponen mesin banyak yang harus dikeraskan supaya tahan terhadap tusukan

atau tekanan dan gesekan dari logam lain, misalnya roda gigi, poros-poros, dan

lain-lain yang banyak dipakai pada benda bergerak.


commit to user

22

Hardening dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang tinggi,

kekuatan dan fatigue limit strength yang lebih baik. Kekerasan yang dapat ducapai

tergantung pada kadar karbon dalam baja dan kekerasan yang terjadi akan

tergantung pada temperatur pemanasan, holding time, dan laju pendinginan

dilakukan serta seberapa tebal bagian penampang yang menjadi keras banyak

tergantung pada hardenability.

Pengujian kekerasan adalah satu dari sekian banyak jenis pengujian.

Metode kekerasan Vickers ini memakai indentor yang berupa piramida intan

dengan sudut puncak piramida adalah 136°. Pada sistem Vickers pembebanan

yang diberikan sangat kecil yakni tingkatan beban 5; 10; 20; 30; 50; dan 120 kg,

bahkan untuk pengujian mikrostruktur hanya ditentukan 10 g, sehingga pengujian

kekerasan Vickers cocok digunakan pada bahan yang keras dan tipis.

Keuntungan-keuntungan metode kekerasan vickers antara lain :

a. Metode kekerasan Vickers dengan penetrator yang sama dapat menguji

bahan yang sangat keras.

b. Metode kekerasan Vickers dapat memperkecil kerusakan yang terjadi

akibat pengujian pada bahan uji.

c. Metode kekerasan Vickers mempunyai ketelitian pengukuran yang lebih

tinggi.

d. Metode kekerasan Vickers dapat menguji bahan yang tipis dengan memilih

beban yang kecil.

Kelemahan-kelemahan metode kekerasan Vickers antara lain :

a. Pada metode kekerasan Vickers, bahan uji yang strukturnya tidak homogen

(seperti besi tuang) nilai hasil kekerasannya kurang teliti.

b. Waktu yang diperlukan untuk pengujian lebih lama.

Untuk angka kekerasan Vickers dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Hv = 1,854 x 2D

P (kg/mm2)

P = 40 (kg)

D = 0,340 (mm)


commit to user

23

Penyelesaian:

Hv = 1,854 x 2340,0

40 = 641,7 kg/mm2

Keterangan :

Hv = nilai kekerasan

P = beban identor

D = diemeter jejak pengujian

8. Pengujian Stuktur Mikro

Struktur bahan dalam orde kecil sering disebut struktur mikro. Struktur

ini tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, tetapi dapat dilihat dengan

menggunakan alat pengamat struktur mikro diantaranya : mikroskop electron,

mikroskop field ion, mikroskop field emission, dan mikroskop sinar – X.

penelitian ini mengunakan mikroskop cahaya, adapun manfaat dari

pengamatan struktur mikro ini adalah:

a. Mempelajari hubungan antara sifat-sifat bahan dengan struktur dan cacat

pada bahan.

b. Memperkirakan sifat bahan jika hubungan tersebut sudah diketahui.

Persiapan yang harus dilakukan sebelum mengamati struktur mikro adalah

pemotongan spesimen, pengampelasan dan pemolesan dilanjutkan pengetsaan.

Setelah dipilih bahan uji dan diratakan kedua permukaannya, setelah memastikan

rata betul kemudian dilanjutkan dengan proses pengampelasan dengan nomor

kekasaran yang berurutan dari yang paling kasar (nomor kecil) sampai yang halus

(nomor besar). Arah pengampelasan tiap tahap harus diubah, pengampelasan yang

lama dan penuh kecermatan akan menghasilkan permukaan yang halus dan rata.

pemolesan dilakukan dengan autosol yaitu metal polish, bertujuan agar didapat

permukaan yang rata dan halus tanpa goresan sehingga terlihat mengkilap seperti

kaca. Langkah terakhir sebelum melihat struktur mikro adalah dengan

mencelupkan spesimen dalam larutan etsa dengan posisi permukaan yang dietsa

menghadap keatas. Selama pencelupan akan terjadi reaksi terhadap permukaan

spesimen sehingga larutan yang menyentuh spesimen harus segar/baru, oleh


commit to user

24

karena itu perlu digerak-gerakkan. Kemudian spesimen dicuci, dikeringkan dan

dilihat atau difoto dengan mikroskop logam. Pemeriksaan struktur mikro

memberikan informasi tentang bentuk struktur, ukuran dan banyaknya bagian

struktur yang berbeda.

9. Penelitian Yang Relevan

Kartikasari. R, dkk. (2006),

Melakukan penelitian tentang karakteristik grinding ball import yang

digunakan oleh PT. Semen Gresik, Tbk. Penelitian ini mengambil sampel

grinding ball dengan dua jenis ukuran yang berbeda, yaitu diameter 30 mm dan

40 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa secara visual terlihat grinding ball

import memiliki permukaan kasar, hasil potongan berwarna keputihan dan

terdapat retakan-retakan kecil pada semua spesimen. Dari data komposisi kimia

yang diperoleh menunjukkan bahwa grinding ball import yang dipakai oleh PT.

Semen Gresik Tbk. termasuk kelompok Martensitic white cast iron ASTM A532

class II type A. Distribusi kekerasan menunjukkan bagian permukaan lebih keras

dibandingkan bagian pusatnya sedangkan struktur mikro yang terbentuk adalah

perlit, sementit, dan martensit.

Di Indonesia banyak terdapat pabrik pengecoran logam terutama besi

dan baja yang kebanyakan menggunakann dapur induksi untuk proses

peleburannya. Dengan dapur induksi kontrol komposisi kimia dari material dapat

ditentukan dengan akurat. Industri pengecoran logam Ceper – Klaten adalah salah

satu kawasan industri kecil pengecoran logam dari bahan baja terbesar di

Indonesia. Oleh karena itu, jika komposisi material dan proses produksi grinding

ball dapat dirumuskan maka industri pengecoran logam kita akan dapat

membuatnya sendiri.


commit to user

25

B. Kerangka Pemikiran

Grinding ball merupakan bola penggiling yang digunakan dalam proses

pembuatan semen yang disyaratkan mempunyai karakteristik keras (tahan aus) sekaligus

tangguh (tidak mudah pecah) dan tahan korosi. Penggunaan grinding ball pada pabrik

semen terdapat pada beberapa peralatan, seperti cement mill. Cement mill digunakan pada

proses finishing pembuatan semen. Dalam cement mill, grinding ball berfungsi sebagai

bahan pengisi yang berfungsi untuk menghancurkan bahan baku semen.

Untuk dapat membuat bahan dengan persyarat-an kekuatan yang harus

dipenuhi oleh grinding ball, maka bahan baku yang sesuai adalah logam yang mengandung

fe, yaitu besi/baja. Besi/baja memiliki sifat yang bervariasi, mulai dari sifat yang paling lunak

hingga paling keras serta memiliki sifat mampu bentuk yang baik dalam proses pengecoran

sehingga berbagai macam bentuk coran dapat dibuat dengan pengecoran. Untuk dapat

memproduksi grinding ball di dalam negeri, maka perlu diketahui karakteristik

bahan terlabih dahulu yang meliputi karakteristik sifat fisis dan karakteristik sifat

mekanik.

Dari penelitian ini dapat diketahui karakteristik grinding ball impor

dengan uji metallografi, uji komposisi, dan uji kekerasan untuk mendapatkan data

struktur mikro, distribusi komposisi, dan distribusi kekerasan grinding ball

sehingga dapat dijadikan sebagai referensi dan juga sebagai acuan penelitian tahap

selanjutnya untuk percobaan pembuatan grinding ball.

E. Hipotesis

Hipotesa dalam penelitian ini adalah grinding ball impor PT. Holcim

Indonesia, Tbk diameter 60 mm mempunyai beberapa kandungan unsur kimia

yang berlebih seperti carbon, silicon, mangan, chromium, nikel, dan lain-lain yang

dipersyaratkan dalam grinding ball import antara lain mempunyai sifat keras

(hard), tahan aus (wear resistance), dan tahan terhadap korosi (corrosion

resistance).


commit to user 26

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

1. Tempat Penelitian

Tempat penelitian merupakan lokasi dimana informasi diperoleh untuk

menyatakan kebenaran penelitian. Adapun yang menjadi tempat penelitian ini

adalah di laboratorium bahan dan stuktur material fakultas tehnik UMS Surakarta

untuk pemotongan specimen, laboratorium mechanic of material tehnik mesin D3

UGM Yogyakarta untuk pengujian distribusi kekerasan dan stuktur mikro,

Laboratorium Itokoh Ceperindo Klaten untuk pengujian komposisi kimia.

Tempat tersebut dipilih dengan alasan bahwa proses konsultasi dan

pengujian dapat dilakukan dengan baik sehingga apabila dikaitkan dengan pokok

permasalahan yang akan diteliti telah memenuhi syarat dan dapat dikatakan

bahwa tempat untuk pengujian di atas sudah mempunyai standar ISO untuk

melakukan pengujian.

2. Waktu Penelitian

Penelitian ini sudah dilaksanakan kurang lebih 6 bulan, dari bulan Juli

2009 sampai bulan desember 2009. Adapun jadual pelaksanaan kegiatan sebagai

berikut :

a. 16 Juli 2009 Pemotongan Spesimen Grinding ball

b. 16 Juli 2009 Preparasi Spesimen Grinding ball

c. 6 Agustus 2009 Penelitian Uji Komposisi Kimia Tahap I

d. 18 Agustus 2009 Penelitian Uji Struktur Mikro

e. 20 Agustus 2009 Penelitian Uji Kekerasan Tahap

f. 15 September 2009 Penelitian Uji Komposisi Kimia Tahap II

g. 02 November 2009 Analisa Data Penelitian

h. 16 November 2009 Penyusunan Laporan Penelitian


commit to user

27

B. Metode Penelitian

Jenis penelitian pada penulisan skripsi ini adalah penelitian deskriptif,

yaitu penelitian yang dilakukan untuk mengetahui nilai variabel mandiri, baik satu

variabel atau lebih (independen) tanpa membuat perbandingan, atau

menghubungkan antara variabel satu dengan variabel yang lain (Sugiyono : 2003).

Pendapat lain menyatakan bahwa penelitian deskriptif adalah

penelitian yang dimaksudkan untuk mengumpulkan informasi status suatu gejala

yang ada, yaitu keadaan gejala menurut apa adanya pada saat penelitian dilakukan

(Suharsimi Arikunto : 2005). Jadi tujuan penelitian deskriptif adalah untuk

membuat penjelasan secara sistematis, faktual, dan akurat mengenai fakta-fakta

dan sifat-sifat populasi atau daerah tertentu.

C. Populasi dan Sampel

1. Populasi Penelitian

Populasi adalah keseluruhan obyek penelitian (Suharsimi Arikunto,

2002 : 108). Populasi dalam penelitian ini adalah grinding ball import diameter 60

mm yang dipakai PT. Holcim, Tbk.

2. Sampel Penelitian

Dalam penelitian ini sampel penelitiannya diambil dengan

menggunakan teknik ”purposive random sampling” artinya pemilihan sekelompok

subjek didasarkan atas ciri-ciri atau sifat-sifat tertentu yang dipandang mempunyai

sangkut paut yang erat dengan ciri-ciri atau sifat-sifat populasi yang sudah

diketahui sebelumnya (Hadi, 2000).

Sampel dalam penelitian ini adalah grinding ball import diameter 60

mm yang dipakai PT. Holcim, Tbk. Sampel sebanyak 1 buah berbentuk bola baja

diameter 60 mm yang kemudian dipotong menjadi 4 bagian dengan ukuran yang

sama kemudian 1 bagian dipotong menjadi 2 bagian.

Data didapat dari pengujian komposisi kimia menggunakan mesin

spektrometer dengan sistem penembakan gas argon. Untuk pengujian kekerasan


commit to user

28

menggunakan metode uji kekerasan vickers sedangkan pengujian struktur mikro

menggunakan mikroskop elektron.

D. Teknik Pengumpulan Data

1. Sumber Data

Teknik pengumpulan data merupakan cara-cara yang ditempuh untuk

mendapatkan data dengan menggunakan suatu alat tertentu. Adapun teknik

pengumpulan data yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Studi pustaka

2. Pengujian di laboratorium

3. Browsing data Internet

2. Pelaksanaan Penelitian

a. Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah :

1) Produk grinding ball import diameter 60 mm dari pabrik semen PT.

Holcim, Tbk. Indonesia

2) Resin untuk mounting

3) Katalis

4) Autosol untuk poles

5) Alkohol

6) HNO3 5% untuk etsa

7) Kertas amplas dari grig #100, #400, #600, #800, #1000

b. Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah :

1. EDM Wire Cut milik laboratorium bahan teknik Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik UMS Surakarta.

2. Alat uji komposisi kimia spektrometer, merk Hilger, type E 2000/Fe di

Laboratorium Itokoh Ceperindo, Ceper, Klaten, Jawa Tengah

3. Alat uji distribusi kekerasan Vickers di Laboratorium Bahan Mekanik D3

Teknik Mesin, Fakultas Teknik UGM Yogyakarta


commit to user

29

4. Alat uji struktur mikro mikroskop optik di Laboratorium Bahan Mekanik

D3 Teknik Mesin, Fakultas Teknik UGM Yogyakarta.

5. Alat mounting

6. Mesin poles di Laboratorium Bahan Mekanik D3 Teknik Mesin, Fakultas

Teknik UGM Yogyakarta.

7. Hair dryer

3. Alur Penelitian

a. Desain Alur Penelitian

Gambar 9. Desain Penelitian

START

Grinding Ball impor

Preparasi Spesimen

Uji KekerasanUji Komposisi Uji Metalografi

Analisis Hasil Pengujian:1. Komposisi Material2. Distribusi Komposisi3. Distribusi kekerasan4. Struktur Mikro

Kesimpulan :Jenis Material Grinding Ball


commit to user

35

Catatan :

a. Perbesaran pada lensa okuler adalah 10 x, misalnya lensa objektif dipilih

10 x maka perbesaran pada lensa okuler adalah 100 x

b. Skala yang dihasilkan pada foto unit adjuster dial adalah :

1) Untuk perbesaran 100 x = 10 strip = 100 mikron




c. Perbesaran pada layar monitor adalah 50 x. Misalnya pada lensa objektif

dipilih 10 x maka perbesaran pada layar 500 x.

E. Teknik Analisis Data

Analisis data hasil karakterisasi grinding ball impor yang dilakukan pada

penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Analisis Komposisi kimia

Uji komposisi dilakukan dengan alat Spectrometer. Pengujian ini dapat

memberikan informasi mengenai komposisi kimia material grinding ball secara

makro. Diameter jejak pengujian ini sekitar 1,2 cm – 1,4 cm. Hasil pengujian ini

menjadi dasar kesimpulan komposisi dasar material grinding ball impor tersebut.

Selanjutnya, dari komposisi tersebut ditentukan material standar yang

dipergunakan sebagai bahan grinding ball impor tersebut.

2. Analisis Hasil Pengujian Kekerasan

Kekerasan grinding ball impor dibandingkan dengan kekerasan material

standar yang mempunyai komposisi yang sama. Kekerasan juga diperiksa pada

berbagai titik kedalaman dari permukaan. Jika terdapat gradasi kekerasan dari

permukaan ke kedalaman maka dapat disimpulkan bahwa grinding ball tersebut

diproses dengan thermomechanical treatment sehingga ada difusi unsur lain di

permukaan hingga kedalaman tertentu. Proses yang mungkin adalah carburizing


commit to user

36

atau nitriding, atau carbunitriding. Hasil ini harus dibandingkan dengan hasil uji

komposisi dan metalografi.

3. Analisis Struktur Mikro

Struktur mikro yang diperoleh dari hasil uji metalografi dapat

memberikan banyak informasi. Harus ada kesesuaian antara hasil uji komposisi

dan struktur mikro.

Kemungkinan adanya proses thermomechanical treatment diperiksa dari

perbedaan struktur mikro antara daerah dekat permukaan dengan daerah

kedalaman. Jika ada thermomechanical treatment berarti ada pengayaan unsur

tertentu di daerah permukaan sebagai akibat difusi selama proses tersebut

dilakukan. Hal ini dapat dilihat dari struktur mikro yang diperoleh dan harus

diperiksa kesesuaian dengan hasil uji keras.


commit to user

38

kontak tumbukan antara grinding ball dengan material yang akan digiling akan

lebih besar sehingga diharapkan ukuran partikelnya akan lebih halus.

Material yang telah mengalami penggilingan kemudian diangkut oleh

bucket elevator menuju separator. Separator berfungsi untuk memisahkan semen

yang ukurannya telah cukup halus dengan ukuran yang kurang halus. Semen yang

cukup halus dibawa udara melalui cyclon kemudian disimpan didalam silo

cement. Dari silo cement ini semen kemudian dikantongi dan dimasukkan

kedalam truck semen curah dan siap dipasarkan. Proses tersebut dilakukan di

bagian khusus yaitu unit pengantongan semen.

Crusher digunakan untuk menghancurkan batu kapur terdiri dari dua

bagian yaitu vibrator dan belt conveyor. Vibrator berfungsi untuk mengayak atau

menyaring batu kapur sehingga batu kapur yang ukurannya lebih kecil akan

langsung jatuh menuju belt conveyor. Batu kapur yang tertinggal akan secara

langsung menuju bagian kedua, yaitu bagian yang memiliki alat penghancur yang

dinamakan hammer. Setelah mengalami penghancuran, batu kapur tersebut akan

jatuh menuju belt conveyor yang sama.

Gambar 17. Cement Mill

Cement mill (ball mill) yang digunakan untuk penggilingan akhir

berbentuk silinder horisontal dimana didalamnya terdapat dua kamar yang dibatasi

oleh diafragma yang berfungsi untuk menahan media grinding agar tidak

bercampur antara ukuran yang besar dan ukuran yang kecil dan juga bersifat

menyaring material.


commit to user

39

Kamar I dan cement mill media penggilingnya berupa bola-bola baja

(grinding ball), sedangkan kamar II media penggilingnya berupa silinder pejal

berukuran 25 x 25 dan 16 x 16 mm. Semen dapat keluar dari cement mill

disebabkan karena perputaran dari cement mill, desakan dari bola-bola baja,

desakan feed yang masuk dan hisapan ball mill vent fan. Material yang halus

terbawa aliran udara menuju dust colector . Debu-debu yang terkumpul diangkut

oleh screw conveyor menuju air slide. Produk semen dari ball mill dibawa oleh

air slide bersamaan dengan debu dari dust colector menuju bucket elevator

Selanjutnya diangkut oleh air slide menuju onoda separator.

Suhu di dalam cement mill dijaga antara 100-120o C karena akan

berpengaruh terhadap mutu semen yang dihasilkan dengan dilengkapi water spray

system yang bekerja secara otomatis jika suhunya melebihi 120o C, maka water

spray akan menyemprot dengan sendirinya yang akan menyebabkan hilangnya air

kristal dan gypsum, dan sebaliknya jika suhunya kurang dari 100o C maka water

spray akan berhenti secara otomatis.

Pada penelitian akan dianalisis karaktristik grinding ball import dengan

ukuran diameter 60 mm. Pemotongan spesimen dengan membelah empat

spesimen menjadi sama besar, kemudian dari seperempat bagian dari pemotongan

dipotong lagi menjadi tiga bagian. Permukaan hasil pemotongan specimen

berwarna putih perak mengkilap dan terlihat bekas potongan yang hamper

keseluruhan rata tidak terjadi adanya garis-garis yang membentuk lubang didalam

struktur grinding ball.

Proses pembuatan semen PT. Holcim Indonesia secara garis besar

melalui proses-proses sebagai berikut :

1. Penghancuran ( Crushing ) bahan baku

2. Penyimpanan dan pengumpanan bahan baku

3. Penggilingan dan pengeringan bahan baku

4. Pencampuran ( Blending ) dan homogenisasi

5. Pemanasan awal ( Pre-heating)

6. Pembakaran ( firring )

7. Pendinginan ( colling )


commit to user

42

B. Hasil dan Pembahasan Uji Komposisi Kimia (Spectrometri)

Pengujian komposisi kimia dilakukan di PT. Itokoh Ceperindo, untuk

mengetahui unsur-unsur yang terkandung pada bola-bola baja (grinding ball).

Spesimen yang akan diuji yaitu grinding ball import PT. Holcim Tbk diameter 60

mm.

Tabel 3. Hasil uji komposisi kimia rata-rata pada grinding ball import

60 mm.

No

Grinding Ball Import Pada PT. Holcim

diameter 60 mm

Unsur Kimia Kandungan (%) berat

1 Al 0,096

2 C 1,982

3 Cr 16,582

4 Cu 0,45

5 Fe 80,28

6 Mn 0,615

7 Mo 0,307

8 Nb 0,079

9 Ni 0,307

10 P 0,026

11 S 0,030

12 Si 1,234

13 Ti 0,044

14 V 0,1065

15 W 0,09

Hasil pengujian komposisi kimia ditunjukkan pada ( tabel 3). Unsur

utama yang terkandung dalam grinding ball import adalah Chromium, dengan

prosentase berat kandungan grinding ball import tersebut yaitu Chromium

16,582 %, Ferro 80,28 %, Karbon 1,982 %, Molibden 0,307 %, Mangan 0,615 %,


commit to user

43

Silikon 1,234 %, Tembaga 0,45 %, Phospor 0,026 %, Alumunim 0,096 %,

Vanadium 0,1065 %, Wolfram 0,09 %, Sulpur 0,030 % , Nabrium 0,079% Timbal

0,044 %, Nikel 0,307 %. Hasil pengujian menunjukan bahwa grinding ball import

tersebut merupakan baja Chromium tahan panas berstruktur Martensit, Ferit dan

Perlit dengan unsur karbon 1,982 % dan Chromium 16,582 %. Berdasarkan

kandungan unsur diatas, maka spesimen uji dapat dogolongkan ke dalam

klasifikasi besi cor paduan (alloy cast iron).

Berdasarkan standar internasional yang bersumber dari annual book of

ASTM standart dalam tabel 4, material ini digolongkan ke dalam klasifikasi

martensitic white cast iron (besi tuang putih martensitik) standar ASTM A 532

class II type B. Arti B adalah menerangkan bahwa tipe ini memiliki 14-18% Cr

dan karbon rendah dengan 2,0-3,3% C

Tabel 4. Standar Spesification For Abrasion-Resistant Cast Iron

Class I I I I II II II III

Type A B C D A B D A

Carbon 2.8-3.6 3.4-3.0 2.5-3.7 2.5-3.6 2.0-3.3 2.0-3.3 2.0-3.3 2.0-3.3

Manganese 2.0 max 2.0 max 2.0 max 2.0 max 2.0 max 2.0 max 2.0 max 2.0 max

Silicon 0.8 max 0.8 max 0.8 max 2.0 max 1.5 max 1.5 max 1.0-2.2 1.5 max

Nickel 3.3-5.0 3.3-5.0 4.0 max 4.5-7.0 2.5 max 2.5 max 2.5 max 2.5 max

Chromium 1.4-4.0 1.4-4.0 1.0-2.5 7.0-11.0 11.0-14.0 14.0-18.0 18.0-23.0 23.0-30.0

Molybdenum 1.0 max 1.0 max 1.0 max 1.5 max 3.0 max 3.0 max 3.0 max 3.0 max

Copper ………. ……… ……… ………. 1.2 max 1.2 max 1.2 max 1.2 max

Phosphorus 0.3 max 0.3 max 0.3 max 0.10 max 0.10 max 0.1 max 0.10 max 0.10 max

Sulfur 0.15 max 0.15 max 0.15 max 0.15 max 0.06 max 0.06 max 0.06 max 0.06 max

Tabel 5. White Cast Iron, ASTM A532 Class II Type B

Component Wt. % Component Wt. % Component Wt. %

C 2-3.3 Mn Max 2.5 P Max 0.1

Cr 14-18 Mo Max 3 S Max 0.06

Cu Max 1.2 Ni Max 2.5 Fe Min 68.34

Sumber : (White Cast Iron, ASTM A532. www.google.com)


commit to user

44

Efek campuran logam unsur-unsur didalam grinding ball import tersebut

mempunyai pengaruh terhadap sifat baja, antara lain unsur karbon (C). Kehadiran

zat arang adalah penting kepada pembentukan cementit dan kepada pembentukan

perlit, spheroidit, bainit, dapat mendukung terbentuknya karbida dan kadar karbon

dalam baja dapat mendorong terbentuknya fasa martensit sehingga baja ini

mempunyai struktur martensit (iron-carbon martensit). Pada grinding ball import

dapat meningkatkan kemampuan kekerasan dan kekuatan tetapi dapat

menurunkan kemampuan tempa dan keliatan. Pengaruh kandungan karbon yaitu

karbon yang ada dalam struktur dapat berupa lapisan graphite atau besi karbida

(sementit) yang rapuh, biasanya apa bila besi tuang banyak mengandung sementit

yang rapuh mempunyai sifat yang kurang baik. Kandungan karbon dibuat dalam

jumlah kecil dalam bentuk graphite, apabila suatu besi banyak mengandung

graphite akan disebut besi kelabu.

Kelebihan karbon antara lain tahan terhadap efek yang di sebabkan suhu

yang tinggi hal ini karena sifat karbon mampu menahan suhu yang tinggi hal ini

karena sifat karbon mampu menahan suhu yang tinggi sampai 3000°C, kepadatan

rendah , karbon lebih ringan dibanding logam paduan umumnya, hal tersebut

memudahkan adaptasi dengan gerakan permukaan yang tidak beraturan, tidak

terjadi penyatuan logam pada kondisi yang sama ,jika logam menyatu sama

lainnya disebabkan panas dengan suhu tertentu. Kandungan karbon pada baja

dapat mempengaruhi sifat-sifat baja tersebut terutama dalam proses kimia. Unsur

karbon dapat memberikan pengaruh yang negatif pada saat proses pemanasan

yaitu terjadinya peristiwa sensitasi pada baja sehingga mengakibatkan

menurunnya kwalitas baja tersebut.

Unsur chromium (Cr) pada grinding ball yang tinggi mencapai 16,852

Wt, mengakibatkan meningkatnya keuletan grinding ball, ketahanan aus yang

tinggi, tahan korosi, dan tahan terhadap temperatur yang tinggi, sehingga memiliki

ketangguhan yang baik dalam suhu yang tinggi dan dapat mencegah pengaruh

campuran bahan baku semen yang bersifat korosif. Chromium merupakan salah

satu komponen unsur paduan yang mampu mengendalikan carbide secara stabil


commit to user

45

serta mengatasi pengaruh buruk unsur silicon. Chromium juga meningkatkan

kekerasan besi cor dari kelompok besi cor putih (white cast iron) tanpa

menimbulkan kerapuhan. chromium digunakan sebagai unsur paduan dari besi cor

putih.

Unsur cromium (Cr) adalah penemuan ilmuan Belanda bernama Dr. Hvd.

Horst menyatakan “ penerapan lapisan chromium yang berpori memperbaiki

antara lain kekuatan tarik yang tinggi, tahan korosi, tahan suhu yang tinggi, dan

sebagai elemen paduan dalam baja perkakas dan chromium memperbaiki

ketahanan ukuran”( B.J.M. Baumer,1978). Unsur chromium dapat memberikan

pengaruh yang besar terutama dalam proses kimia pada saat proses pemanasan

yaitu terjadinya peristiwa sensitasi pada baja sehingga mengakibatkan

peningkatan kwalitas bola-bola-baja tersebut, hal ini terjadi karena unsur

chromium dapat mendukung terbentuknya karbida dan kadar chromium dalam

baja dapat juga mendorong terbentuknya fasa martensit sehingga baja ini

mempunyai struktur martensit.

Pengaruh unsur-unsur kimia dalam campuran yaitu:

1. Silicon (Si)

Silicon mempunyai sifat elastis / keuletannya tinggi dan dapat

menambah kekerasan dan ketajaman pada baja. Apabila penambahan silicon

pada baja berlebihan akan menyebabkan baja mudah retak. Unsur (Si) dalam

specimen uji mempunyai pengaruh yang signifikan. Silikon yang ditambahkan

ke besi tuang pada jangkauan 1%-4% berpengaruh untuk meningkatkan

jumlah karbida/sementit dengan pendinginan cepat, dan meningkatkan formasi

dari grafit setelah solidifikasi keadaan cair sehingga mudah untuk dibentuk

saat pengecoran. Namun pengaruhnya lebih kecil daripada unsure karbon.

Untuk mendapatkan struktur yang terbaik, kandungan karbon harus terdapat

daerah yang cocok, yang berubah menurut kandungan silicon (Si).

2. Manganese (Mn)

Berperan meningkatkan kekuatan dan kekerasan, menurunkan laju

pendinginan kritis dan mampu las (weldability) serta keuletan baja,


commit to user

46

meningkatkan katahanan abrasi, memperbaiki kualitas permukaan dan

mengikat sulfur (S) sehingga memperkecil terbentuknya sulfida besi (FeS)

yang dapat menimbulkan rapuh panas (hot shortness). Mangan merupakan

unsure doksidasi, pemurni sekaligus meningkatkan fluiditas, kekuatan dan

kekerasan besi. Bila kadarnya semakin besar dalam besi maka kemungkinan

meningkatkan terbentuk ikatan kompleks dengan karbon.

4. Molybdenum (Mo)

Sangat besar pengaruhnya terhadap sifat mampu keras dibanding

unsur lain, serta menaikkan kekuatan dan kekerasan. Dikombinasikan dengan

khrom dan nikel akan menghasilkan titik luluh dan kekuatan tarik yang tinggi.

Mempunyai kecenderungan yang tinggi untuk membentuk karbida.

Menurunkan kepekaan terhadap temper embrittlement. Molybdenum

merupakan unsur tambahan pembuat keuletan baja yang maksimum.

5. Nikel (Ni)

Mempunyai sifat yang ulet dan tahan terhadap bahan kimia dan

untuk mengatasi korosi (karat) yang serius tetapi tidak mempunyai kekerasan

yang tinggi. Merupakan unsur yang dicampurkan kedalam baja untuk

mengatasi kerusakan pada temperatur tinggi (dapat mencapai 1200° C).

6. Tembaga (Cu)

Dalam jumlah sedang unsur tembaga digunakan untuk menekan

pembentukan perlit pada besi tuang putih martensit dengan paduan khrom

yang tinggi. Ada pengaruh yang sinergis ketika tembaga dan molibdenum

ditambahkan bersama-sama untuk besi cor. Gabungan terbaru tampaknya

sangat efektif dalam besi tuang putih martensit dengan paduan khrom yang

tinggi. Disini , tembaga meningkatkan ktahanan terhadap korosi, terutama

ketahanan terhadap oksidasi. Pengaruh tembaga relatif ringan dibandingkan

dengan nikel, dan karena keterbatasan kelarutan tembaga dalam austenit,

penambahan tembaga mungkin harus dibatasi menjadi sekitar 2,5% atau

kurang.


commit to user

47

7. Wolfram (W)

Diperlukan untuk ketajaman, tahan terhadap temperatur tinggi dan

juga sangat tahan gesekan. Wolfram mempunyai temperatur sepuh yang sangat

tinggi dan memerlukan tempering berulang-ulang kali sehingga sangat sulit

dalam pengolahannya.

C. Hasil dan Pembahasan Uji Kekerasan Makro dan Mikro

Pada pengujian kekerasan Vickers, nilai kekerasan diperoleh dengan

membaca atau melihat angka yang di tunjukkan oleh jarum pengukur pada mesin

dengan menggunakan alat Macro Hardness Tester dengan beban penekanan 40

kg, sedang waktu pembebanan 10 detik dilakukan pada 18 titik uji pada 6 lokasi

yang berbeda, dari bagian luar ke inti dengan variasi jarak 3 mm antar lokasi.

Untuk menghitung nilai kekerasan makro vickers digunakan rumus, Pada

grinding ball import diameter 60 mm kekerasan vikers:

Hv = 1,854 x 2D

P (kg/mm2)

P = 40 (kg)

D = 0,340 (mm)

Penyelesaian:

Hv = 1,854 x 2330,0

40 = 681 kg/mm2 ( VHN )

Keterangan :

Hv = nilai kekerasan (kg/mm2)

P = beban identor (kg)

D = diemeter jejak pengujian (mm)


commit to user

48

Tabel 6. Hasil Uji Kekerasan Makro Vickers pada diameter 60 mm.

NoPosisi titik dari tepi

(mm)Titik Uji

D1(µm)

D2(µm)

Drata-rata

(µm)

Nilai Kekerasan(kg/mm2)

KekerasanRata-rata(VHN)

1 0,51 0.33 0.33 0.33 681

681,02 0.33 0.33 0.33 6813 0.33 0.33 0.33 681

2 5,51 0.33 0.32 0.33 702

681.32 0.34 0.33 0.34 6613 0.33 0.33 0.33 681

3 10,51 0.35 0.34 0.35 623

668.72 0.33 0.32 0.33 7023 0.33 0.33 0.33 681

4 15,51 0.35 0.34 0.35 623

642,02 0.34 0.33 0.34 6613 0.34 0.34 0.34 642

5 20,51 0.34 0,34 0.34 642

662,02 0.33 0.32 0.33 7023 0.34 0,34 0.34 642

6 25,51 0,34 0,34 0.34 642

655,02 0,33 0,33 0.33 6813 0,34 0,34 0.34 642

Keterangan :

1. Menggunakan pembebanan 40 kg

2. Waktu pembebanan 10 detik

Gambar 20. Histogram distribusi kekerasan rata-rata (kg/mm2)


commit to user

49

Dari gambar 20 menyatakan bahwa hasil-hasil pengujian kekerasan

Vickers dengan tujuan untuk mengetahui tingkatan kekerasan di setiap daerah

pijakan (penetrator) pengujian Vickers. Dari semua hasil pengujian kekerasan di

atas dapat disimpulkan bahwa kekerasan pada grinding ball import, mempunyai

nilai kekerasan tertinggi 681,33 kg/mm2 di bagian tengah daerah diameter luar

(titik 2). Sedangkan kekerasan terendah pada titik 4 yaitu 642,0 VHN. Nilai

kekerasan didapat saat cepatnya proses pendinginan di udara (normalisasi) akan

meningkat dipermukaan grinding ball.

Dari data tersebut dapat dianalisis bahwa nilai kekerasan pada bagian

permukaan grinding ball lebih tinggi dibandingkan dengan bagian pusat (inti)

grinding ball itu sendiri, hal ini disebabkan oleh laju pendinginan pada bagian

permukaan diameter luar yang lebih cepat dan pengaruh tekanan pada cetakan

waktu proses pembuatan grinding ball tersebut. Dimana dari segi aplikasinya

diharapkan mempunyai sifat lebih keras dan tangguh. Kekerasan suatu logam

terhadap penetrasi yang memberikan indikasi pada ukuran bahan dan sifat–sifat

deformasinya. Semakin keras bahan semakin tahan terhadap deformasi tekan dan

sebaliknya semakin lunak bahan semakin tidak tahan terhadap deformasi tekan.

Pada proses pembuatannya dapat disimpulkan setelah grinding ball di

casting kemudian dilakukan proses heat treatment yaitu quenching dilanjutkan

dengan karbonitriding. Quenching dilakukan dengan pemanasan kembali material

hingga mencapai suhu austenit kemudian dilakukan pendinginan secara cepat.

Tujuan dari proses quenching adalah untuk memperoleh struktur martensit

sehingga dapat meningkatkan kekerasan pada grinding ball. Sedangkan

karbonitriding adalah suatu proses pengerasan permukaan dimana baja

dipanaskan di atas suhu kritis di dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan

karbon dan nitrogen, sehingga didapatkan lapisan permukaan yang keras dan

tahan aus pada bagian permukaan.


commit to user

50

Tabel 7. Hasil Uji Kekerasan Mikro Vickers pada grinding ball import diameter

60 mm

No. Daerah penekanan

Posisi titik dari tepi (mm)

D1

(µm)D2

(µm)Drata-rata

(µm)Kekerasan

(VHN)

1. daerah 1

0,15 22,5 22,0 22,25 749,20,30 22,0 22,0 22,00 766,30,45 21,5 20,0 20,75 861,40,60 22,0 22,5 22,25 749,20,75 23,5 23,0 23,25 686,10,90 21,5 21,5 21,50 802,3

2. daerah 2

0,15 20,0 22,0 21,00 841,30,30 21,5 21,0 21,25 821,30,45 21,5 22,5 22,00 766,30,60 20,0 20,0 20,00 927,20,75 21,0 21,0 21,00 841,00,90 21,0 20,5 20,75 861,4

3. daerah 3

0,15 22,0 22,0 22,00 766,30,30 22,5 22,0 22,25 749,20,45 22,0 21,5 21,75 784,00,60 22,0 22,0 22,00 766,30,75 19,0 20,0 19,50 975,40,90 22,0 22,0 22,00 766,3

No. Posisi titik dari tepi (mm)

Kekerasan (VHN) Kekerasanrata – rata

(VHN)daerah 1 daerah 2 daerah 3

1. 0,15 749,2 841,3 766,3 785,62. 0,30 766,3 821,3 749,2 778,93. 0,45 861,4 766,3 784,0 803,94. 0,60 749,2 927,2 766,3 817,65. 0,75 686,1 841,0 975,4 834,26. 0,90 802,3 861,4 766,3 810,0

Gambar 21. Distribusi kekerasan Mikro Vickers pada grinding ball import

diameter 60 mm dengan penekanan titik 1, titik 2 dan titik 3

masing –masing spesimen.


commit to user

52

pengujian kekerasan di atas dapat disimpulkan bahwa kekerasan pada grinding

ball import, mempunyai nilai kekerasan tertinggi 834,2 VHN pada titik 5 bagian

tepi (kedalaman 0,75 mm). Kemudian untuk nilai kekerasan terendah 778,9 VHN

pada titik 2 (kedalaman 0,30 mm). Kekerasan menjadi lunak disebabkan proses

pendinginan yang lama.

Dari hasil pengamatan uji kekerasan Vickers diatas dapat disimpulkan

bahwa nilai kekerasan tertinggi terdapat pada kedalaman titik 0,75 mm yaitu

834,2 VHN. Semakin tinggi temperatur temper, maka akan mendukung terjadinya

martensit temper sehingga kekerasan besi tuang putih martensitik ASTM A532

akan menurun tetapi keuletannya akan naik. Sedangkan kekerasan dapat

meningkat disebabkan adanya struktur karbida khrom yang tersusun padat yang

sangat banyak tersebar merata sampai kekerasan tertinggi yaitu 834,2 VHN.

D. Hasil dan Pembahasan Foto Struktur Mikro

Pengujian struktur mikro dilakukan dengan pengamatan pada spesimen

uji digunakan mikroskop optik setelah spesimen uji dietsa (HNO3 + Etanol). Baik

itu secara visual maupun dengan foto mikro dengan Pembesaran gambar yang

digunakan yaitu 500 X pada permukaan grinding ball, maka permukaan grinding

ball import memiliki ciri tersendiri yaitu terlihatnya struktur permukaan spesimen

uji dengan jelas berupa struktur permukaan grinding ball yang berstruktur halus

dan bagus. Grinding Ball struktur mikro yang terlihat adalah sebaran struktur

martensit, struktur perlit dan struktur ferit. Struktur mikro permukaan spesimen uji

dapat dilihat pada gambar hasil pemotretan pada pengujian struktur foto mikro

sebagai berikut:


commit to user 59

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang saya lakukan terhadap grinding ball

import diameter 60 mm yang dipakai PT. Holcim, Tbk., mengenai karakterisasi

grinding ball, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Grinding ball import diameter 60 mm yang dipakai PT. Holcim, Tbk., diketahui

grinding ball mengandung unsur material dasar antara lain Khromium 16,582 %,

Ferro 80,28 %, Karbon 1,982 %, Molibden 0,307 %, Mangan 0,615 %, Silikon

1,234 %, Tembaga 0,45 %, Phospor 0,026 %, Alumunim 0,096 %, Vanadium

0,1065 %, Wolfram 0,09 %, Sulpur 0,030 % , Nabrium 0,079% Timbal 0,044 %,

Nikel 0,307 % . Berdasarkan standar internasional yang bersumber dari annual

book of ASTM standart dalam tabel 4, material ini digolongkan ke dalam

klasifikasi martensitic white cast iron (besi tuang putih martensitik) standar

ASTM A 532 class II type B. Arti B adalah menerangkan bahwa tipe ini memiliki

14-18% Cr dan karbon rendah dengan 2,0-3,3% C dengan beberapa unsur kimia

lain yang juga dominan, seperti : Silicon ( Si ) sebesar 1,234 %, Vanadium ( V)

sebesar 0,1065 %, dan Wolfram (W) 0,09 % yang berpengaruh terhadap sifat

mekanis dasar grinding ball import yaitu : keras, tahan aus, tahan terhadap korosi,

dan tahan terhadap suhu tinggi.

2. Hasil uji kekerasan makro menunjukkan adanya distribusi kekerasan yang

cenderung menurun dari permukaan ke inti. Nilai kekerasan tertinggi mencapai

681,3 VHN dan nilai kekerasan terendah 642 VHN. Sedangkan hasil uji

kekerasan mikro menunjukkan adanya distribusi kekerasan yang cenderung

merata di setiap lokasi titik. Dengan nilai kekerasan rata-rata tertinggi 834,2 VHN

dan rata-rata terendah 778,9 VHN. Dengan adanya distribusi kekerasan makro


commit to user

60

dan kekerasan mikro, maka dimungkinkan pada proses pembuatannya melalui

proses heat treatment setelah pengecoran.

3. Hasil pengamatan foto struktur mikro menunjukkan bahwa struktur mikro

grinding ball impor terdiri dari karbida khrom, martensit, dan perlit dengan

distribusi sebaran yang tidak merata.

B. Implikasi

Berdasarkan hasil penelitian yang didukung oleh landasan teori yang

dikemukakan, tentang karakterisasi grinding ball import diameter 60 mm yang

dipakai PT. Holcim, Tbk., berdasarkan hasil uji komposisi kimia, uji kekerasan dan

uji struktur mikro, dapat diterapkan ke dalam beberapa implikasi yang dikemukakan

sebagai berikut :

1. Implikasi Teoritis

Dengan hasil penelitian ini dapat dijadikan sebagai dasar pengembangan

penelitian selanjutnya, yang relevan dengan masalah yang dibahas dalam penelitian

ini. Di samping itu, sebagai bukti bahwa grinding ball import diameter 60 mm yang

dipakai PT Holcim, Tbk., termasuk dalam jenis logam martensitic white cast iron

(besi tuang putih martensitik) standar ASTM A 532 class II type B. Arti B adalah

menerangkan bahwa tipe ini memiliki 14-18% Cr dan karbon rendah dengan 2,0-

3,3% C. Selain itu ada unsur kimia tambahan pada grinding ball import seperti

Mangan (Mn) sebesar 1,083 %, Molibden (Mo) sebesar 0,2 % dan lain – lain seperti

pada data hasil uji komposisi kimia. Adanya kemungkinan perlakuan panas dalam

proses produksi yaitu thermomechanical treatment dalam proses temper juga dapat

memberikan sifat grinding ball import lebih istimewa sesuai dengan sifat dasar yang

dipersyaratkan pada grinding ball yaitu keras (hard), tahan aus (wear resistance),

tangguh (tough), serta tahan terhadap korosi (corossion resistance).


commit to user

61

2. Implikasi Praktis

Penelitian ini dilakukan untuk mewujudkan swasembada kebutuhan

grinding ball sebagai salah satu komponen penting dalam proses produksi semen

Indonesia. Penelitian ini bisa menjadi rujukan teknis dalam rekayasa ulang grinding

ball oleh industri – industri baja dalam negeri dengan pertimbangan hasil analisa data

uji komposisi kimia, uji kekerasan dan uji struktur mikro dalam penelitian ini.

C. Saran

Berdasarkan kesimpulan yang diperoleh dari hasil penelitian, maka dapat

disampaikan saran-saran sebagai berikut :

1. Untuk penelitian tahap selanjutnya, komposisi kimia bahan sebaiknya

mengacu pada hasil dari uji komposisi kimia dalam penelitian ini.

2. Untuk dapat membuat grinding ball yang sesuai dengan karakteristik dalam

penelitian ini sebaiknya proses pembuatannya melalui proses

thermomecahnical treatment yaitu tempering.

3. Untuk penelitian selanjutnya bahan pengujian perlu grinding ball import

diameter 60 mm lebih dari satu spesimen, untuk lebih membuktikan data

hasil uji memperlihatkan adanya pemerataan sifat fisis dan mekanis dasar

yang dimiliki grinding ball import diameter 60 mm.

4. Diharapkan untuk industri-industri semen di Indonesia dapat memproduksi

grinding ball dalam negeri supaya tidak terjadi import grinding ball karena

ada faktor biaya sehingga faktor harga sangat berpengaruh terhadap rakyat-

rakyat kecil.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac... · dengan uji komposisi, uji kekerasan, dan uji...

Documents