pengaruh kecepatan putar poros dan kecepatan gerak torch

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

commit to user

PENGARUH KECEPATAN PUTAR POROS DAN KECEPATAN GERAK TORCH

TERHADAP KEKERASAN PERMUKAAN BAJA AISI 4140 PADA PROSES FLAME HARDENING

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat Untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

EKO YULI PURNOMO NIM. I1404014

JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2011


commit to user

ii

PENGARUH KECEPATAN PUTAR POROS DAN KECEPATAN GERAK

TORCH TERHADAP KEKERASAN PERMUKAAN BAJA AISI 4140 PADA

PROSES FLAME HARDENING

Disusun oleh :

Eko Yuli Purnomo

NIM. I1404014

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari…….tanggal….

Desembar 2010.

1. Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT NIP. 196810041999031002 2. Wahyu Purwo Raharjo, ST. MT NIP. 197202292000121001 3.Prof. Dr. Kuncoro, ST. MT NIP. 197101031997021001

Mengetahui

Dosen Pembimbing I

Eko Surojo, ST., MT. NIP. 19690411 2000031 006

Dosen Pembimbing II

Dody Ariawan, ST., MT. NIP. 19730804 1999031 003

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Dody Ariawan, ST., MT. NIP. 19730804 1999031 003

Koordinator Tugas Akhir

Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT. NIP. 19720229 200012 001

……………………………………………..

……………………………………………..

……………………………………………..


commit to user

iii

Effect Shaft Rotation Speed and Torch Movement Speed of Surface Hardness

AISI 4140 Steel on Flame Hardening Process

Eko Yuli Purnomo

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret

Surakarta, Indonesia

email : [email protected]

Abstract

The aim of this research is to investigated the effect of shaft rotation speed

and torch movement speed on the steel surface hardness. Surface hardening is metode

to increases steel surface hardness. The metal that have surface treatment increase

hardness characteristic on the surface, but maintains ductility in the middle.

Flame hardening is a metode used for surface hardening. The material used in

this research is shaft steel AISI 4140. Flame hardening process on shaft held by

spindle to rotated on certain speed. The shaft surface heated by torch, followed by

cooler moving horizontally. The variations of shaft rotation speed are 0.37 rpm,

0.75 rpm, 1.15 rpm. The variations of torch movement are 4 mm/minutes, 8

mm/minutes. Both of them are regulated by inverter. The type of flame is carburation

flame.

As the result, the highest hardness occur on 0.37 rpm shaft rotation speed with

4 mm/minutes torch movement speed. The surface hardness of this specimen reaches

814.1 HV and 311 HV in the middle. Based on microstructure photograph, it show

that martensite appears in the surface followed by pearlite and ferrite phase. It

indicates that the specimen is hard on the surface and ductile in the middle.

Keywords : flame hardening, carbon steel, martensite


commit to user

iv

MOTTO

* Maka sesungguhnya bersama kesulitan pasti ada kemudahan,

maka bersama kesulitan pasti ada kemudahan *

(Q.S. Al-Insyirah; 5-6)

* Janganlah kamu bersikap lemah, dan janganlah (pula) kamu

bersedih hati, padahal kamulah orang-orang yang paling tinggi

(derajatnya), jika kamu orang-orang yang beriman.*

(QS. Ali Imran:139)

* HANYA YANG BERANI MELAWAN RASA TAKUT YANG BISA

MERUBAH SEGALANYA *

(E.yuli purnama)

*Usung KEBERANIAN, tepis ketakutan, hilangkan keraguan.

Bermimpilah karena semua berawal dari sebuah impian *

(E.yuli purnama)

*Takut kegagalan seharusnya tidak menjadi alasan untuk tidak

mencoba sesuatu*


commit to user

v

PERSEMBAHAN

Dengan nama-Nya yang telah menciptakan alam semesta dan seisinya. Segala

puji bagi Allah, tidak ada daya dan upaya kecuali dengan ridho-Nya. Kepada mereka

yang telah berjasa atas segalanya. Kupersembahkan sebuah karya tugas akhir dalam

bentuk skripsi yang kurangkai selama ini, sehingga penulis lulus dari Universitas

Sebelas Maret dengan gelar Sarjana Teknik. Tanpa mereka segalanya tidak berarti

apa-apa. Mereka semua adalah :

1. Bapak Hasanudin MZ., Ibu Tukini, karena beliaulah penulis sampai disini.

Beserta saudara dari bapak dan ibu semua.

2. Kakek dan Nenek di Lampung dan di Solo

3. Adik-adikku : Dwi Susilowati, Cepy Ridho, Ghifari Azhar, Shalli Alwasy

(keceriaan kalian adalah pengobat gundah-ku).

4. Bapak Eko Surojo, S.T., M.T., dan Bapak Dody Ariawan, S.T., M.T.,

Dosen-dosen hebat yang telah membimbing Tugas Akhir dari awal hingga

selesai.

5. Nanik Sulistyowati, sahabat dan teman sejati dengan sabar dan setia

menemaniku dikala susah maupun senang.

6. Makhriza Apriyanto, my big brother: Thank’s Brow (kita selesaikan apa yang

kita mulai).

7. RWD team solidarity (Dwi masruri, Danang W, Eko purwanto, Mas

Ngadiman), Himawan, Yogik, Doni, Joko S, Anziz, Mulyantara, Mas Maruto,

M. Abadi, Willis Nalagni, Marlon, Anziz, dan semuanya.

8. Ajusta Brata, Mapala fakultas teknik

9. Mereka semua yang dekat dan kenal dengan penulis ( mereka yang pernah

bersama saling bertukar pengalaman, memerikan nasehat serta dukungan

moral maupun spriritual kepada penulis).


commit to user

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat, karunia dan

hidayah-Nya serta menetapkan hati sehingga penulis dapat berhasil menyelesaikan

skripsi ini. Adapun tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi persyaratan

guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Sebelas Maret Surakarta.

Dibalik keberhasilan penulis dalam menyusun skripsi ini tidak lepas dari

bantuan dari berbagai pihak, maka sudah sepantasnya penulis menghaturkan terima

kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah berpartisipasi

dalam penelitian dan penulisan skripsi ini, khususnya kepada:

1. Bapak Eko Surojo, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi I yang

telah membimbing dan membantu dalam penyusunan skripsi.

2. Bapak Dody Ariawan, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin dan

Dosen Pembimbing skripsi II yang telah membantu dan membimbing dalam

penyusunan skripsi.

3. Bapak Prof. Dr Kuncoro Diharjo, ST, M.T, selaku Dosen Penguji yang telah

memberikan saran-saran.

4. Bapak Ir. Wijang Wisnu R, M.T., selaku Dosen Penguji yang telah

memberikan saran-saran.

5. Bapak Wahyu Purwo R, S.T., M.T., selaku Dosen Penguji Sidang Pendadaran

yang telah memberikan saran-saran.

6. Bapak-bapak dosen yang telah berkenan menyampaikan ilmunya.

7. Keluarga tercinta yang telah memberikan sumbangan besar baik moral

maupun material.

8. Teman-teman S1 yang telah memberikan bantuan dan dukungan sehingga

penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

9. Keluarga besar Ajusta Brata.

Tiada gading yang tak retak, penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini


commit to user

vii

masih terdapat banyak kekurangan dan jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu,

penulis berharap masukan dan saran dari para pembaca sehingga

skripsi ini menjadi lebih baik. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis

berharap skripsi ini dapat memberikan manfaat kepada penulis pribadi dan pembaca

pada umumnya.

Penyusun


commit to user

viii

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul.............................................................................................. i

Halaman Pengesahan..................................................................................... ii

Halaman Abstrak........................................................................................... iii

Halaman Motto.............................................................................................. iv

Halaman Persembahan.................................................................................. v

Kata Pengantar............................................................................................... vi

Daftar Isi........................................................................................................ viii

Daftar Tabel................................................................................................... xi

Daftar Gambar............................................................................................... xii

Daftar Lampiran............................................................................................. xiii

BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang..................................................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah............................................................................. 2

1.3 Batasan Masalah.................................................................................. 2

1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian........................................................... 2

1.5 Sistematika Penulisan.......................................................................... 3

BAB II. LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka.................................................................................. . 4

2.2 Dasar Teori........................................................................................... 5

2.2.1 Perlkuan Panas pada Baja......................................................... 5

2.2.2 Full Anneal.................................................................................. 5

2.2.3 Quenching.................................................................................. 6


commit to user

ix

2.2.4 Pengerasan Permukaan………………………………............. 7

2.2.5 Flame Hardening...................................................................... 8

2.2.6 Case Depth................................................................................ 10

2.2.7 Nyala Oksi Asetilen................................................................ 10

2.2.8 Pengujian Kekerasan............................................................... 11

BAB III. METODE PENELITIAN

3.1 Tempat Penelitian............................................................................... 12

3.2 Bahan Penelitian................................................................................. 12

3.3 Alat Penelitian.................................................................................... 13

3.4 Parameter Penelitian........................................................................... 16

3.5 Pelaksanaan Penelitian....................................................................... 17

3.5.1 Tahap Persiapan...................................................................... 17

3.5.2 Tahap Pengambilan Data........................................................ 18

3.6 Teknis Analisis Data.......................................................................... 19

3.7 Cara Penafsiran dan Penyimpulan Hasil Penelitian.......................... 19

3.8 Diagram Alir Penelitian……………………………………………. 19

BAB IV. DATA DAN ANALISA

4.1 Raw Material..................................................................................... 21

4.2 Pengaruh Kecepatan Putar Poros

Terhadap Kekerasan Permukaan ....................................................... 17

4.3 Pengaruh Kecepatan Gerak Torch

Terhadap Kekerasan Permukaan. ...................................................... 18

4.3.1 Pengaruh Kecepatan Putar terhadap Faktor Bentuk

dan Ukuran Butir................................................................... 19

4.3.2 Pengaruh Diameter Batang Pengaduk terhadap Faktor

Bentuk dan Ukuran Butir...................................................... 23


commit to user

x

BAB V. PENUTUP

5.1 Kesimpulan.......................................................................................... 32

5.2 Saran.................................................................................................... 32

DAFTAR PUSTAKA................................................................................... 33

LAMPIRAN.................................................................................................. 34


commit to user

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1 Tabel 3.1 Parameter yang digunakan........................................... 18

Tabel 4.1 Tabel 4.1 Komposisi Unsur Spesimen......................................... 21

Tabel 4.2 Tabel 4.2. Kode variasi................................................................. 23


commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Diagram fasa Fe-Fe3C (Calister, 1994).................................. 5

Gambar 2.2. Diagram fasa karbida besi (Calister, 1994)............................. 6

Gambar 2.3. Hubungan kadar karbon dengan kekerasan (Calister, 1994)... 7

Gambar 2.4. Prinsip flame surface hardening............................................ 8

Gambar 2.5. Hasil pengukuran kedalaman pengerasan berdasarkan ISO

(Suratman, 1994)..................................................................................... 9

Gambar 2.6. Nyala api netral(Harsono, 2000)............................................... 9

Gambar 2.7. Nyala api karburasi (Harsono, 2000)........................................ 10

Gambar 2.8. Nyala api oksidasi (Harsono, 2000).......................................... 11

Gambar 2.9. Skema uji keras vickers dan jejak pembebanannya.................. 11

Gambar 3.1. Poros baja AISI 4140............................................................... 12

Gambar 3.2. Tabung asetilen dan tabung gas oksigen............................. 12

Gambar 3.3. Skema alat dan proses flame hardening.................................... 13

Gambar 3.4. Motor listrik............................................................................. 14

Gambar 3.5. Inverter...................................................................................... 14

Gambar 3.6. Torch pemanas.......................................................................... 15

Gambar 3.7. Nozzle pendingin....................................................................... 15

Gambar 3.8. Pompa aquarium...................................................................... 15

Gambar 3.9. Alat uji keras vicker............................................................... 16

Gambar 3.10. Alat pendukung pengujian automatic flame hardening......... 16

Gambar 3.11. Panjang nyala karburasi......................................................... 17

Gambar 3.12. Dimensi spesimen (satuan dalam milimeter)......................... 17

Gambar 13. Laju pendinginan spesimen di dalam furnace........................... 18

Gambar 3.14. Diagram alir penelitian........................................................... 20

Gambar 4.1. Grafik hubungan kekerasan terhadap posisi pengujian pada

raw material...................................................................................... 22

Gambar 4.2. Struktur mikro raw material sebelum dan sesudah anil.......... 22


commit to user

xiii

Gambar 4.3. Posisi titik uji keras spesimen.................................................. 23

Gambar 4.4. Grafik pengaruh kecepatan putar poros terhadap

kekerasan pada spesimen..................................................... 24

Gambar 4.5. Struktur mikro spesimen v4-n37............................................. 25

Gambar 4.6. Struktur mikro spesimen v4-n75............................................ 25

Gambar 4.7. Struktur mikro spesimen v4-n115.......................................... 26

Gambar 4.8. Grafik pengaruh kecepatan gerak torch terhadap kekerasan

spesimen dengan variasi kecepatan gerak torch 4 mm/menit

dan 8 mm/menit dengan masing-masing

kecepatan putar poros 0,37 rpm.............................................. 28

Gambar 4.9. Grafik pengaruh kecepatan gerak torch terhadap

kekerasan spesimen dengan variasi kecepatan

gerak torch 4 mm/menit dan 8 mm/menit dengan

masing-masing kecepatan putar poros 0,75 rpm.................... 28

Gambar 4.10. Grafik pengaruh kecepatan gerak torch terhadap

kekerasan spesimen dengan variasi kecepatan gerak

torch 4 mm/menit dan 8 mm/menit dengan

masing-masing kecepatan putar poros 1,15 rpm.................... 28

Gambar 4.11. Posisi titik uji pada spesimen v4-n37 dan spesimen v8-n37. 29

Gambar 4.12. Perbandingan kekerasan antara spesimen v4-n37

dan spesimen v8-n37............................................................. 29

Gambar 4.12. Spesimen v8-n37.................................................................. 30


commit to user

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Laju Pendinginan Pada Proses Anil.................................... 35

Lampiran 2. Data Hasil Uji Keras Mikro Vikers......................................... 36

Lampiran 3. Hasil Uji foto Sruktur Mikro................................................... 39


commit to user

xv

Pengaruh Kecepatan Putar Poros Dan Kecepatan Gerak Torch Pemanas Terhadap Kekerasan Permukaan Baja AISI 4140

Pada Proses Flame Hardening

Eko Yuli Purnomo Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta

abstrak Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh kecepatan putar

poros dan kecepatan gerak torch terhadap kekerasan permukaan baja. Pengerasan permukaan (surface hardening) merupakan salah metode untuk meningkatkan kekerasan permukaan logam. Logam yang mengalami pengerasan permukaan akan mempunyai sifat keras di permukaan, sedangkan pada bagian tengah/inti logam akan tetap ulet.

Metode yang dapat digunakan untuk pengerasan permukaan salah satunya adalah flame hardening. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja poros AISI 4140. Proses flame hardenig pemanasannya dilakukan dengan nyala oksiasetilin, dimana poros dicekam pada spindle kemudian diputar melalui motor dengan kecepatan putar tertentu. Permukaan poros yang berputar dipanaskan dengan torch pemanas yang diikuti torch pendingin yang bergerak horisontal. Variasi kecepatan putar poros adalah 0,37 rpm, 0,75 rpm, dan 1,15 rpm. Variasi kecepatan gerak torch adalah 4 mm/menit dan 8 mm/menit. Kecepatan putar poros dan kecepatan gerak torch digerakkan oleh motor yang diatur oleh inverter. Jenis nyala api yang digunakan adalah nyala karburasi. Dari hasil pengujian yang menunjukkan nilai kekerasan tertinggi adalah variasi kecepatan putar poros 0,37 rpm dengan kecepatan gerak torch 4 mm/menit. Kekerasan permukaan pada spesimen ini mencapai 814,1 HV sedangkan pada bagian tengah spesimen kekerasanya adalah 311 HV. Hasil foto struktur mikro menunjukkan bahwa fasa martensit tampak pada permukaan spesimen dan pada bagian seterusnya diikuti fasa perlit dan ferit. Hal ini menunjukkan bahwa spesimen bersifat keras pada permukaannya, sedangkan pada bagian tengah tetap ulet atau lunak. Kata kunci : flame hardening, baja karbon, martensit


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Industri logam di Indonesia sangat berperan penting sebagai industri dasar

untuk kemajuan bidang industri lainnya. Dimana studi tentang pengolahan

maupun perlakuan logam menjadi sangat penting untuk menghasilkan produk

dengan kualitas logam sesuai dengan yang diinginkan. Pada beberapa elemen

mesin misalnya rear axle dan roda gigi memerlukan sifat keras atau kuat di

permukaan dan lunak atau ulet di bagian tengah. Permukaan baja perlu dikeraskan

karena pada dasarnya kekerasan terkait dengan sifat kekuatan atau ketahanan aus.

Semakin keras suatu permukaan baja maka sifat kekuatan atau ketahanan aus juga

akan lebih baik.

Metode yang dapat digunakan untuk pengerasan permukaan salah satunya

adalah metode flame hardening. Metode flame hardening merupakan metode

pengerasan permukaan yang dilakukan dengan cara memanaskan permukaan

komponen baja secara cepat hingga di atas temperatur titik kritis (critical point)

sehingga membentuk fasa austenit kemudian diquenching secara cepat

(menggunakan air atau udara bertekanan) untuk mengubah struktur austenit

menjadi martensit yang yang memiliki sifat keras (Amstead dkk, 1995).

Proses flame hardening pada poros, pemanasannya dilakukan dengan nyala

oksiasetilin, yang mana poros dicekam pada spindle kemudian diputar melalui

motor dengan kecepatan putar tertentu. Permukaan poros yang berputar

dipanaskan dengan torch pemanas yang diikuti torch pendingin yang bergerak

horisontal dengan variasi kecepatan yang telah ditentukan. Untuk mendapatkan

nilai kekerasan yang tinggi, diperlukan lama flame heating yang terbaik pada

daerah/area yang dikenai proses flame hardening. Hasil kekerasan, yakni

kekerasan permukaan dan kedalaman pengerasan dari proses flame hardening ini

sangat dipengaruhi oleh parameter kecepatan gerak torch dan parameter kecepatan

putar poros.


commit to user

2

1.2 Perumusan Masalah

Harga kekerasan tertinggi dicari melalui proses pemanasan pada permukaan

material dengan torch pemanas, yang kemudian dilanjutkan dengan melakukan

pendinginan secara tiba-tiba dengan nozzle pendingin. Proses pengerasan

dilakukan secara otomatis dengan alat flame hardening dengan melakukan variasi

terhadap kecepatan putar poros dan kecepatan gerak torch, sehingga akan

didapatkan harga kekerasan tertinggi.

1.3 Batasan Masalah

Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut:

1. Komposisi kimia pada spesimen homogen.

2. Temperatur air pendingin konstan.

3. Kecepatan gerak torch konstan.

4. Kecepatan putar poros konstan.

1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Penelitian bertujuan untuk mencari harga kekerasan dari baja karbon yang

dikenai perlakuan panas flame hardening dengan variasi kecepatan gerak torch

dan kecepatan putar poros.

Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat

sebagai berikut :

1. Mampu menambah pengetahuan yang dapat berguna dalam bidang perlakuan

panas dalam aplikasinya sebagai flame hardening.

2. Mampu diterapkan pada industri perlakuan panas pada logam di tingkat

menengah ke bawah sebagai upaya peningkatan kualitas produk.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Bab I Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan

masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika

penulisan tugas akhir.


commit to user

3

2. Bab II Dasar teori, berisi tinjauan pustaka serta kajian teoritis yang memuat

penelitian-penelitian sejenis serta landasan teori yang berkaitan dengan

permasalahan yang diteliti.

3. Bab III Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat

dan pelaksanaan penelitian, langkah percobaan dan pengambilan data.

4. Bab IV Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data

hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.

5. Bab V Penutup, berisi kesimpulan dan saran. Kesimpulan memuat petanyaan

singkat dan tepat yang dijabarkan dari hasil penelitian serta merupakan

jawaban dari tujuan penelitian dan pembuktian kebenaran hipotesii. Saran

memuat pertimbangan penulis yang ditunjukkan kepada para peneliti yang

ingin mengembangkan penelitian yang sejenis.


commit to user

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Sari dkk (2004) melakukan penelitian tentang pengerasan permukaan pada

baja AISI 1050. Pada hasil penelitian dapat diamati bahwa jumlah keausan pada

logam induk berkurang dengan quenching oli, tetapi ketahanan aus tidak

meningkat jika menggunakan proses induction hardening dan termochemical

yang lain. Meskipun demikian, jumlah keausan pada logam induk berkurang

secara signifikan dengan metode thermal spraying. Bahkan dengan penambahan

remelting threatment setelah penyemprotan akan mengurangi keausan sampai

jumlah yang kecil. Jadi penerapan remelting treatment setelah penyemprotan

berperan lebih penting dalam mengurangi keausan

Lee dkk (2003) melakukan studi eksperimen tentang pengaturan kekerasan

permukaan dan kedalaman pengerasan dari baja 12Cr dengan menggunakan

proses flame hardening. Pada percobaan ini, perubahan temperatur dari baja 12Cr

dikontrol secara presisi untuk mengetahui temperatur permukaan dan pengaruh

kecepatan pendinginan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, proses flame

hardening meningkatkan kekerasan baja 12Cr (dari kekerasan dasar, 250 HV)

sampai 420–550 HV. Semakin tinggi laju pendinginan, maka pengerasan pada

material semakin dalam.

Nurkhozin (2006) melakukan penelitian tentang pengaruh proses flame

hardening pada baja tempa. Dari pengujian kekerasan didapatkan nilai kekerasan

tertinggi (yaitu 865.8 HVN ) pada spesimen dengan kombinasi perlakuan tempa,

anneal dan flame hardening. Pada pengamatan struktur mikro, spesimen dengan

kombinasi perlakuan tempa, anneal dan flame hardening terbentuk struktur

martensit dan ferrit.

Nelu dkk (2008) melakukan penelitian tentang pengerasan permukaan pada

baja karbon rendah (A3k) yang menggunakan YAG:Nd pulse laser. Pada

penelitian yang dilakukan, energi laser, frekuensi dan penyetelan fokus sangat

berpengaruh terhadap penelitian ini. Tujuan dari penelitian ini adalah mempelajari


commit to user

5

pengaruh pengerasan permukaan dengan sinar laser terhadap struktur makro dan

struktur mikro baja karbon rendah. Hasil dari penelitian ini adalah kekerasan

meningkat (98-169 HV).

Danang (2009) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan torch dan

jenis nyala api terhadap kekerasan permukaan baja karbon pada proses automatic

flame surface hardening. Proses flame hardening dengan variasi kecepatan 28

mm/menit dengan nyala karburasi, menghasilkan kekerasan pada permukaan

spesimen yang optimal yaitu 879,10 HV pada permukaan dan 232,80 HV pada

bagian bawah spesimen.

2.2 Dasar Teori

2.2.1 Perlakuan Panas pada Baja

Untuk memperoleh sifat mekanik dan struktur mikro yang diinginkan, dapat

dilakukan dengan perlakuan panas (heat treatment). Perlakuan panas didefinisikan

sebagai proses yang terdiri pemanasan dan pendinginan logam dalam keadaan

padat untuk memperoleh sifat yang diinginkan (Clark dan Varney, 1962).

Perlakuan panas dapat mengubah baja dengan cara mengubah ukuran dan

bentuk butirnya serta mengubah struktur mikronya. Diagram fasa besi-karbon

seperti pada gambar 2.1 menunjukkan hubungan antara temperatur dan fasa yang

terbentuk dan batas antara daerah fasa dapat terlihat dengan jelas.

Gambar 2.1. Diagram fasa Fe-Fe3C (Calister, 1994)


commit to user

6

2.2.2 Full Anneal

Proses perlakuan panas dengan cara full annealing sering digunakan pada

baja karbon rendah hingga baja karbon tinggi yang akan dikenai proses

permesinan setelah mengalami proses deformasi plastis. Logam yang akan dianil

di austenisasi dengan cara memanaskan logam sebesar 15-400C (30-70 0F) di atas

garis A3 (temperatur eutectoid) (gambar 2) sampai keseimbangan tercapai. Logam

kemudian didinginkan dengan cara perlahan-lahan dengan cara mematikan

furnace sehingga temperatur logam turun dengan rata-rata penurunan yang sama,

yang mana hal ini membutuhkan waktu yang lama. Struktur mikro hasil dari

proses full anneal dari baja karbon adalah perlit kasar yang mempunyai sifat

relatif ulet (Callister, 1994).

Tujuan utama dari proses anil adalah pelunakan, sehingga baja yang keras

dapat dikerjakan melalui permesinan atau pengerjaan dingin. Bila logam yang

dikeraskan dipanaskan di atas daerah kritis, fasanya kembali menjadi austenit dan

pendinginan perlahan-lahan memungkinkan terjadinya transformasi dari austenit

menjadi fasa yang lebih lunak (Amstead dkk, 1995).

Gambar 2.2. Diagram fasa karbida besi (Calister, 1994)

2.2.3 Proses Quench (Quenching)

Dalam proses pengerasan, baja didinginkan dengan cepat dari temperatur

austenit sehingga mencapai temperatur kamar dalam media quench air atau oli.

Tujuannya adalah untuk mencegah terjadinya transformasi fasa austenit menjadi

fasa pearlit dan mendapatkan struktur mikro yang diinginkan, yaitu fasa martensit.

Fasa martensit merupakan fasa dengan harga kekerasan yang paling tinggi bila


commit to user

7

dibandingkan dengan fasa-fasa yang lain. Harga kekerasan fasa martensit berkisar

antara 450–750 VHN (folknard, 1984).

Gambar 2.3. Hubungan kadar karbon dengan kekerasan (Calister, 1994)

2.2.4 Pengerasan Permukaan

Pengerasan permukaan dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu (Amstead

dkk, 1995) :

a. Pengerasan permukaan material yang terbuat dari baja yang mengandung

karbon di bawah 0,3 %, yang tidak dapat dikeraskan secara langsung. Agar dapat

dikeraskan, maka komposisi kimia di permukaan perlu dinaikkan kadar

karbonnya. Proses ini dapat dilakukan dengan cara merendam material di dalam

campuran antara serbuk arang (60 %) dan BaCO3/NaCO3 (40%). Kemudian

dipanaskan pada suhu 825-925 0C selama beberapa waktu. Semakin lama waktu

perendaman, maka semakin dalam karbon yang masuk ke dalam permukaan

material.

b. Pengerasan permukaan benda kerja yang terbuat dari baja yang

mengandung karbon di atas 0.3 %, yang dapat dikeraskan secara langsung. Disini,

benda kerja dipanaskan secara tepat hingga mencapai suhu pengerasan sehingga

suhu ini hanya mencapai kedalaman yang dangkal saja, bagian yang dipanaskan

kemudian diquench. Lapisan atas yang telah dikeraskan hanya menjangkau ke

sebelah dalam benda kerja dan hanya sejauh yang dicapai sampai suhu pengerasan


commit to user

8

tercapai. Tergolong ke dalam cara ini adalah pengerasan api dan pengerasan

induksi.

2.2.5 Flame Hardening (Pengerasan Nyala)

Dasar pengerasan nyala adalah sama dengan pengerasan induksi, yaitu

pemanasan yang cepat disusul dengan pencelupan permukaan. Tebal lapisan yang

mengeras tergantung pada kemampuan pengerasan bahan, karena selama proses

pengerasan tidak ada penambahan unsur-unsur lainya. Pemanasan dilakukan

dengan nyala oksiasetilin yang dibiarkan memanasi permukaan logam sampai

mencapai suhu kritis. Saat suhu tercapai permukaan langsung disemprot dengan

air. Dalam hal ini bagian dalam tak berpengaruh, tebal lapisan yang keras

tergantung pada waktu pemanasan dan suhu nyala (Amstead dkk, 1995).

Semakin lama flame bekerja maka tebal pengerasan akan semakin besar.

Lamanya flame bekerja dapat diatur menurut kebutuhan melalui kecepatan laju

atau jangka waktu di antara pemanasan dan pendinginan. Tingkat kekerasan yang

dihasilkan akan meningkat dengan kecepatan pendinginan media quench. Skema

dari proses flame hardening dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Prinsip Flame Surface Hardening

Pengerasan permukaan Flame hardening memiliki beberapa keuntungan

dan kerugian. Keuntungan dari metode ini antara lain :

a. Waktu pengerasan yang singkat

b. Kedalaman pengerasan dapat diatur

c. Penyusutan benda kerja kecil

d. Hemat dalam pemakaian energi listrik maupun bahan bakar


commit to user

9

Kerugian dari metode ini adalah kurang cocoknya metoda ini untuk

diterapkan pada benda kerja dengan ukuran besar.

2.2.6 Case Depth

Pengukuran kekerasan dilakukan dari sisi luar ke bagian dalam dari benda

kerja. Menurut standar ISO no. 2693 – 1973 : tebal lapisan didefinisikan sebagai

jarak dari permukaan benda kerja ke suatu bidang yang memiliki kekerasan

dilakukan sebesar 550 HV. Jadi menurut ISO, pengukuran kekerasan dilakukan

dengan metode vikers (Suratman, 1994).

Gambar 2.5. Hasil pengukuran kedalaman pengerasan berdasarkan ISO (Suratman, 1994)

2.2.7 Nyala Api Oksi-asetilen

Gas yang biasa digunakan untuk keperluan flame hardening adalah gas oksi-

asetilen. Gas oksi-asetilen ini dapat diperoleh melalui perangkat las Gas Oksi-

asetilen. Pengeluaran gas dapat diatur dengan mengatur kran dan torch/brander

sehingga dapat menimbulkan 3 macam nyala api yang berbeda (Harsono, 2000) :

1. Nyala api netral

Gambar 2.6. Nyala api netral (Harsono, 2000)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

distance for surface (mm)

har

dn

ess

nu

mb

er (

HV

)

Batas kekerasan


commit to user

10

Nyala api yang dihasilkan bila volume oksigen sama dengan volume

asetilen dengan persamaan reaksi pertamanya sebagai berikut :

C2H2 + O2 ®2CO + H2 + kalor

Reaksi ini membentuk kerucut inti (dalam) yang berwarna hijau kebiruan

dan terang nyalanya. Selanjutnya karbon monoksida bersama hidrogen yang

terbentuk bereaksi dengan oksigen yang berasal dari udara dengan suatu

persamaan kimia :

2CO +O2 ®2CO2

2H2 + CO ®2H2O

Pembakaran ini membentuk kerucut luar yang berwarna biru bening. Nyala

ini banyak digunakan, karena tidak berpengaruh terhadap logam yang dilas.

2. Nyala api karburasi (Carburizing Flame)

Nyala ini terjadi bila volume oksigen lebih sedikit dari volume asetilen,

kemudian akan membentuk 3 daerah nyala api :

Gambar 2.7. Nyala api karburasi (Harsono, 2000)

a. Nyala api inti , yang akan menyebabkan terbentuknya karbon monoksida,

karbon, dan hidrogen menurut persamaan :

2C2H2 + O2 ®2CO + 2C + H2

b. Nyala api tengah, yaitu teroksidasinya C dengan O2 menurut persamaan :

2C + 2O2 ®2CO2

c. Nyala api luar, yaitu hasil pembakaran CO2 dan H2 menurut persamaan :

2CO + O2 ® 2CO2

2H2 + O2 ®2H2O

Nyala api karburasi cenderung menimbulkan terak pada permukaan benda

kerja dan dalam prakteknya nyala api ini banyak digunakan untuk mengelas

logam-logam non-ferro (contoh: temabaga, kuningan, dll).


commit to user

11

3. Nyala api oksidasi (Oxidizing Flame)

Nyala yang terjadi bila volume oksigen lebih banyak dari volume asetilen. Karena

sifat oksidasinya kuat, maka nyala ini banyak digunakan untuk memotong logam.

Gambar 2.8. Nyala api oksidasi (Harsono, 2000)

2.2.8 Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan yang digunakan pada penelitian ini adalah pengujian

kekerasan mikro Vickers. Pengujian ini menggunakan alat uji keras mikro

vickers, dimana penumbuk yang digunakan berupa piramida intan yang dasarnya

berbentuk bujur sangkar. Angka kekerasan Vickers (HV) didefinisikan sebagai

beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari

pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. Beban yang biasa digunakan

pada pengujian kekerasan Vickers berkisar 1 sampai 2000 gram. (Dieter, 1998).

Gambar 2.9. Skema uji keras vickers dan jejak pembebanannya

Besarnya kekerasan Vickers dapat ditentukan dari persamaan (JIS, 1981) :

VHN = 2

854,1

L

P

Dimana : P = beban yang diterapkan (Kg)

L = rata-rata diagonal bekas penekanan

= 2

2D1D +


commit to user

12

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material dan Metalographi serta di

Laboratorium Proses Produksi Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret.

3.2 Bahan Penelitian

a. Poros Baja SCM 440 (AISI 4140)

Gambar 3.1. Poros Baja AISI 4140

b. Gas Asetilen dan gas oksigen

Gambar 3.2. Tabung Asetilen dan Tabung Gas Oksigen


commit to user

13

3.3 Alat Penelitian

Peralatan yang digunakan dalam pengambilan data penelitian ditunjukkan

pada skema alat flame hardening di bawah ini.

Gambar 3.3. Skema alat dan proses flame hardening

Spesifikasi alat yang digunakan antara lain adalah :

a. Motor Listrik.

Motor Listrik digunakan untuk memutar power screw, sehingga akan

menggerakkan torch pemanas.

Motor Listrik yang digunakan adalah motor induksi 3-phase dengan

spesifikasi:

· Merk : TECO

· Type : AEEF

· Output : ½ HP 0,37 kW

· Hz : 50 – 60

· Volt : 220 / 380

· AMP S : 2,0 / 1,2

· RPM : 1370 – 1680

· Design : JIS–C4210

· Weight : 11 Kg

· Bearing : 6202ZZ

Torch pendingin

Torch pemanas


commit to user

14

Gambar 3.4. Motor Listrik

b. Inverter

Inverter digunakan untuk memengatur putaran dari motor listrik, yaitu

dengan menaikkan atau menurunkan frekuensi listrik.

Inverter yang digunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

· Merk : SVO151CS – 1

· Input : 220 – 230 V

16 A

1 Phase

50/60 Hz

· Output : 0 – input V

8 A

3 Phase

0 – 400 Hz

Gambar 3.5. Inverter

c. Torch Pemanas

Torch pemanas digunakan untuk memanaskan spesimen dengan

menggunakan gas asetilen dan oksigen. Melalui alat ini juga besarnya debit gas

asetilen dan oksigen dapat diatur untuk menentukan jenis nyala api. Diameter dari

torch pemanas ini adalah 1 mm.


commit to user

15

Gambar 3.6. Torch Pemanas

d. Nozzle Pendingin

Nozzle pendingin digunakan untuk menyemprotkan air untuk meng-quench

spesimen setelah dipanaskan. Pada alat ini dilengkapi dengan kran yang berfungsi

untuk mengatur debit air pendingin. Diameter dari nozzle pendingin adalah 5 mm.

Gambar 3.7. Nozzle Pendingin

e. Pompa Aquarium

Alat ini digunakan untuk mensirkulasi air pada nozzle pendingin. Pompa

akuarium yang digunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

· Merk : Atman

· FL maks : 1300 L/h

· H maks : 1,2 meter

· Daya : 25 W 50 Hz

· Voltase : AC 220/240V

Gambar 3.8. Pompa Aquarium

f. Mesin uji keras Vickers

Alat ini digunakan untuk mengetahui besarnya kekerasan spesimen sebelum dan

setelah dilakukan proses automatic flame surface hardening.


commit to user

16

Gambar 3.9. Alat Uji Keras Vickers

Peralatan pendukung pengujian flame hardening :

a. Flow meter, untuk mengukur konsumsi gas oksigen dan asetilen.

b. Belt, untuk mentransmisi gerak motor listrik untuk memutar power screw.

c. Bak , menampung air pendingin sebelum dan sesudah digunakan.

d. Gerinda potong, untuk memotong plat baja dan spesimen.

e. Pematik api, untuk menyalakan api pada torch pemanas.

Gambar 3.10. Alat pendukung pengujian automatic flame hardening

3.4 Parameter

Parameter proses flame surface hardening yang dibuat tetap adalah:

a. Tekanan kerja gas oksigen sebesar 5 kg/cm2

b. Tekanan kerja gas asetilen sebesar 2,5 kg/cm2

c. Jarak torch pemanas dengan spesimen sebesar 5 mm

d. Jenis nyala api pada torch pemanas adalah karburasi

e. Debit air pendingin adalah 1000 cc/menit

(a) (b)

(c) (d) (e)


commit to user

17

Sedangkan parameter yang diubah-ubah adalah :

a. Kecepatan putar poros.

b. Kecepatan gerak torch pemanas.

Gambar 3.11. Panjang nyala karburasi

3.5 Pelaksanaan Penelitian

3.5.1 Tahap Persiapan.

1. Pembuatan spesimen dari baja poros dengan dimensi :

Ø30

100

Gambar 3.12. Dimensi Spesimen (satuan dalam milimeter).

2. Melakukan proses annealing dengan urutan sebagai berikut :

a. Memasukkan spesimen kedalam furnace pemanas.

b. Memanaskan spesimen sampai temperatur 8500 C.

c. Setelah temperatur mencapai 8500 C, maka spesimen ditahan

selama 30 menit dengan temperatur konstan.

d. Setelah 30 menit, mematikan furnace dan

menunggu/mendinginkan spesimen di dalam furnace sampai

temperaturnya rendah (± 3000 C)

e. Mengeluarkan spesimen dari dalam tungku.

3. Mengukur specimen dengan alat uji keras vickers.

4. Persiapan dan pemasangan seluruh alat ukur yang digunakan dalam

pengujian, seperti: inverter, dan alat pendukung lainnya.

7 mm 50 mm 250 mm


commit to user

18

Gambar 13. Laju pendinginan spesimen di dalam furnace

3.5.2 Tahap Pengambilan Data.

Tahap pengujian/pengambilan data terdiri dari :

1. Memasang spesimen pada spindel.

2. Membuka katup tabung gas asetilen dengan tekanan kerja 2,5 kg/cm2 .

3. Membuka katup tabung oksigen dengan tekanan kerja sebesar 5 kg/cm2.

4. Menyalakan torch pemanas dengan nyala api karburasi.

5. Menghidupkan inverter untuk menggerakkan motor, mengatur kecepatan

putar poros 0,37rpm dan kecepatan gerak torch 4mm/menit.

6. Frekuensi pada inverter di-nolkan hingga motor listrik berhenti berputar.

7. Torch pemanas dan nozzle pendingin dimatikan kemudian dikembalikan

posisinya seperti semula.

8. Mengulangi langkah (1) – (8) dengan variasi sebagai berikut :

Tabel 3.1 Parameter yang digunakan

No Kecepatan

putar poros

Kecepatan gerak Torch

1 0,37 rpm 4 mm/menit






9. Melakukan uji keras mikro vickers pada spesimen setelah dilakukan

proses flame hardening.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10

waktu (h)

tem

pera

tur


commit to user

19

3.6 Teknik Analisis Data

Dari data yang telah diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis data

yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap besarnya kekerasan spesimen

dan struktur mikro spesimen setelah mengalami preoses flame hardening.

3.7 Cara Penafsiran dan Penyimpulan Hasil Penelitian

Dari data-data yang diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis

terhadap nilai kekerasan yang dihasilkan sebelum dan sesudah peroses

berlangsung. Nilai kekerasan dan struktur mikro material hasil pengujian ini

diambil yang terbaik, sehingga akan didapatkan variasi percobaan flame

hardening yang menghasilkan nilai kekerasan optimal untuk spesimen.

3.8 Diagram Alir Penelitian

Mulai

Pengadaan bahan baja poros AISI 4140

Pemotongan spesimen dengan dimensi : P =100 mm D = 30 mm

Pengujian komposisi kimia

A


commit to user

20

Gambar 3.14. Diagram alir penelitian

A

Proses Annealing

Pengujian kekerasan vikers dan pengujian struktur mikro

Proses flame hardening Variasi kecepatan putar poros:0,37 rpm, 0,75 rpm, 1,15 rpm. Variasi kecepatan torch:4 mm/menit, 8 mm/ menit.

Pengujian kekerasan vikers dan pengujian struktur mikro

Hasil dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai


commit to user

21

BAB IV

DATA DAN ANALISA

4.1 Raw Material

Komposisi raw material dari hasil pengujian komposisi kimia

ditunjukkan pada Tabel 4.1. Berdasarkan dari hasil uji komposisi yang telah

dilakukan, spesimen uji termasuk jenis baja karbon medium dengan kandungan

karbon 0,401 %. Jenis baja karbon ini dapat dikeraskan secara langsung sehingga

proses perlakuan flame hardening dapat diaplikasikan pada bahan ini.

Tabel 4.1 Komposisi Unsur Spesimen

Unsur Kandungan (%) Unsur Kandungan (%)

Fe 97.0 Co 0.0111

C 0.401 Cu 0.179

Si 0.259 Nb 0.0111

Mn 0.664 Ti 0.0065

P 0.005 V 0.0194

S 0.0169 W 0.0732

Cr 0.885 Pb 0.010

Mo 0.174 Ca 0.0015

Ni 0.213 Zr 0.0042

Al 0.0304 - -

Dari uji keras mikro vickers, nilai kekerasan raw material sebelum dan

sesudah anil ditunjukkan dengan Gambar 4.1. Dari Gambar 4.1 dapat dilihat

bahwa nilai kekerasan rata-rata dari raw material adalah 308 HV setelah

dilakukan proses anil turun menjadi 191 HV. Penurunan kekerasan ini disebabkan


commit to user

22

karena proses full anneal. Proses full anneal adalah suatu proses yang bertujuan

untuk mengembalikan sifat material seperti semula, sehingga pengaruh deformasi

plastis menjadi hilang dan kekerasan material menjadi turun.

Gambar 4.1. Grafik hubungan kekerasan terhadap posisi pengujian pada raw material

Struktur mikro raw material sebelum dan sesudah anil dapat ditunjukkan

pada gambar 4.2. Raw material mempunyai fasa perlit yang halus yang

ditunjukkan Gambar 4.2. Setelah mengalami proses full anneal struktur mikronya

berubah menjadi perlit. Struktur perlit yang terbentuk berukuran lebih besar atau

biasa disebut perlit kasar (coarse perlite), hal ini terjadi karena full anneal proses

pendinginannya sangat lambat.

(a) Raw material (b) setelah anil

Gambar 4.2. Struktur mikro raw material sebelum dan sesudah anil

200 µm 200 µm

Perlit halus

perlit

ferrit

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

jarak pengujian (mm)

keke

rasa

n (

HV

)

raw

anil


commit to user

23

Besar butir austenit akan menentukan besar butir setelah pendinginan. Proses

pendinginan yang sangat lambat akan menyebabkan terjadinya transformasi fasa

austenit menjadi fasa perlit. Kondisi tersebut menyebabkan terbentuknya besar

butir yang kasar. Perlit dapat ditunjukkan berupa bagian yang gelap, sedangkan

bagian yang terang adalah ferrit.

4.2 Pengaruh kecepatan putar poros terhadap kekerasan permukaan.

Nilai kekerasan spesimen diambil dari 8 titik yang berbeda. Masing-masing

titik diambil dari permukaan poros menuju ke bagian tengah poros. Jarak dari

masing-masing titik telah ditentukan seperti Gambar 4.3.Untuk mempermudah

arah analisa, maka variasi dari spesimen dikodekan dengan nama di bawah ini:

Tabel 4.2. Kode variasi

Kode Definisi

Raw Material awal ( baja AISI 4140 )

Anil Material setelah perlakuan anil

V4-n37 kecepatan putar poros 0,37 rpm dan kecepatan gerak torch 4 mm/menit






Gambar 4.3. Posisi titik uji keras spesimen

mm 0.1 0.3 0.5 1.0 1.5 2 3 6


commit to user

24

Dari uji keras mikro vikers, nilai rata-rata kekerasan spesimen setelah

dilakukan proses flame hardening ditunjukkan pada Gambar 4.4. Pada spesimen

v4-n37 mempunyai kekerasan tertinggi di permukaan mencapai 814 HV,

spesimen v4-n75 mempunyai kekerasan permukaan 730 HV dan spesimen v4-

n115 mempunyai kekerasan permukaan sebesar 584 HV. Gambar 4.4

menunjukkan bahwa spesimen v8-n37 mempunyai kekerasan di permukaan 468

HV, spesimen v8-n7 mempunyai kekerasan 331 HV dan spesimen v8-n115

mempunyai kekerasan 286 HV. Gambar 4.4 menunjukkan sebuah hubungan,

dimana pada kecepatan gerak torch yang sama semakin cepat putaran poros maka

kedalaman kekerasan semakin dangkal dan juga berpengaruh terhadap nilai

kekerasan yang semakin rendah.

Nilai kekerasan permukaan yang paling dalam terjadi pada spesimen v4-

n37 yang ditunjukkan Gambar4.4. Hal ini disebabkan konsentrasi panas pada

variasi ini lebih tinggi sehingga fasa austenit yang terjadi sampai dalam.

Gambar 4.4. Grafik pengaruh kecepatan putar poros terhadap kekerasan pada spesimen

Sehingga ketika spesimen didinginkan secara cepat maka akan terbentuk fasa

martensit. Kedalaman pengerasan menurut standar ISO pada spesimen v4-n115

mencapai 0.35 mm. Pada spesimen v4-n75 kedalaman pengerasan mencapai 1.75

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

keke

rasa

n ( H

V )

Jarak Pengujian ( mm dari permukaan)

v4-n37

v4-n75

v4-n115

v8-n37

v8-n75

v8-n115Batas kekerasan


commit to user

25

mm dan pada spesimen v4-n37 kedalaman pengerasan mencapai 2.4 mm. Pada

spesimen v8-n37, spesimen v8-n75 dan spesimen v8-n115 nilai kekerasannya

tidak mencapai 550 HV.

Struktur mikro pada spesimen hasil pengerasan ini dapat ditunjukkan pada

Gambar 4.5, Gambar 4.6 dan Gambar 4.7. Gambar 4.5.a menunjukkan bahwa

tampak fasa martensit yang cukup merata. Daerah transisi yang tersusun fasa

martensit, perlit dan ferit ditunjukkan Gambar 4.5.b. Daerah transisi ini adalah

batas antara daerah yang terkena pengaruh oleh flame hardening dengan daerah

yang tidak terkena pengaruh oleh flame hardening. Daerah yang tidak terpengaruh

flame hardening ditunjukkan Gambar 4.5.c. Hal ini ditunjukkan dengan besar

butir yang kasar, dimana tersusun fasa perlit dan fasa ferit.

( a ) Tepi ( b ) Transisi ( c ) Tengah

Gambar 4.5. Struktur mikro spesimen v4-n37.


Gambar 4.6. Struktur mikro spesimen v4-n75

200 µm 200 µm 200 µm

200 µm 200 µm 200 µm

perlit ferrit

martensit

martensit perlit ferrit


commit to user

26

Pada bagian tepi timbul fasa martensit yang tersebar tidak cukup merata

yang ditunjukkan Gambar 4.6.a dibanding Gambar 4.5. Pada gambar 4.6.b

menunjukkan daerah transisi masih nampak sedikit fasa martensit, kemudian

didominasi fasa perlit yang cukup besar dan sebagian kecilnya adalah fasa ferit.

Gambar 4.6.c menunjukkan daerah yang tidak terpengaruh flame hardening. Ini

ditunjukkan dengan besar butir kasar, dimana tersusun fasa perlit dan fasa ferit.


Gambar 4.7. Struktur mikro spesimen v4-n115

Daerah tepi tidak ada lagi fasa martensit yang terbentuk pada daerah ini

sehingga kekerasan material pada variasi ini mulai turun yang ditunjukkan pada

Gambar 4.7.a. Fasa yang terbentuk disini adalah fasa perlit yang halus. Kemudian

daerah transisi, fasa yang terbentuk adalah perlit dan ferit yang ditunjukkan pada

Gambar 4.7.b. Dalam hal ini kekerasan lebih rendah dibandingkan dengan

spesimen yang lain. Daerah yang tidak terpengaruh flame hardening ditunjukkan

Gambar 4.7.c. Hal ini ditunjukkan dengan besar butir yang kasar tersusun oleh

fasa perlit dan fasa ferit.

4.3 Pengaruh kecepatan gerak torch terhadap kekerasan permukaan.

Dari uji keras mikro vikers, nilai rata-rata kekerasan spesimen setelah

dilakukan proses flame hardening ditunjukkan Gambar 4.8, Gambar 4.9 dan

Gambar 4.10. Pengaruh kecepatan gerak torch (4mm/menit, 8mm/menit) dengan

kecepatan putar poros 0.37 rpm ditunjukkan Gambar 4.8. Pengaruh kecepatan

gerak torch (4 mm/menit, 8mm/menit) dengan kecepatan putar poros 0.75 rpm

ditunjukkan pada Gambar 4.9. Pengaruh kecepatan gerak torch (4mm/menit,

8mm/menit) dengan kecepatan putar poros 1.15 rpm ditunjukkan Gambar 4.10.

50 µm 50 µm 200 µm

Perlit halus perlit ferrit


commit to user

27

Kecepatan putar poros yang sama (0,37 rpm) untuk kecepatan gerak torch

4 mm/menit menghasilkan kekerasan permukaan yang lebih tinggi di permukaan

spesimen, yang ditunjukkan pada Gambar 4.8. Kedalaman pengerasan untuk

kecepatan torch 4 mm/menit juga lebih dalam dibanding dengan kecepatan torch

8 mm/menit. Menurut standar ISO, kedalaman pengerasan pada spesimen v4-n37

mencapai 2.5 mm dan pada spesimen v8-n75 kedalaman pengerasan tidak tercapai

karena nilai kekerasan kurang dari 550 HV sesuai standar ISO. Dari penjelasan

diatas didapatkan hubungan bahwa pada kecepatan putar poros yang sama (0.37

rpm), kecepatan gerak torch 4 mm/menit menghasilkan pengerasan yang lebih

dalam dibanding dengan 8 mm/menit. Hal ini disebabkan ketika menggunakan

kecepatan gerak torch 4 mm/menit panas yang bekerja pada spesimen mampu

mencapai temperatur austenit yang cukup dalam, setelah mendapatkan

pendinginan yang cepat maka kekerasan yang dihasilkanpun akan cukup dalam.

Sebaliknya pada kecepatan gerak torch 8 mm/menit panas yang bekerja tidak

mencapai temperatur austenit.

Pengaruh dari besarnya kecepatan gerak torch terhadap nilai kekerasan

permukaan sangat tinggi ditunjukkan Gambar 4.9. Hal ini dilihat dari nilai

kekerasan tertinggi pada kecepatan torch 4 mm/menit sebesar 729 HV dan 8

mm/menit sebesar 331 HV. Kedalaman pengerasan menurut standar ISO pada

spesimen v4-n75 mencapai 1.7 mm. Kemudian spesimen v8-n75 kedalaman

kekerasan menurut standar ISO tidak tercapai, karena nilai kekerasan kurang dari

550 HV. Variasi kecepatan 4 mm/menit kekerasan sebesar 584 HV dan kecepatan

8 mm/menit sebesar 287 HV yang ditunjukkan Gambar 4.10. Kedalaman

pengerasan menurut standar ISO pada spesimen v4-n115 mencapai 0.3 mm, untuk

spesimen v8-n115 kedalaman pengerasan menurut standar ISO tidak tercapai.

Penggunaan kecepatan gerak torch 4 mm/menit panas yang bekerja pada

spesimen mampu mencapai temperatur austenit yang cukup dalam, setelah

mendapatkan pendinginan yang cepat maka kekerasan yang dihasilkanpun akan

cukup dalam. Sebaliknya pada kecepatan gerak torch 8 mm/menit panas yang

bekerja tidak mencapai temperatur austenit. sehingga walaupun pendinginanya

secara cepat tidak akan mencapai kekerasan yang tinggi.


commit to user

28

Gambar 4.8. Grafik kekerasan dengan variasi kecepatan gerak torch 4 mm/menit dan 8 mm/menit (kecepatan putar poros 0,37 rpm)



0

100

200

300

400

500

600

700

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

jarak pengujian (mm dari permukaan)

keke

rasa

n (H

V)

v 4-n75

v 8-n75Batas kekerasan

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5


kekera

san (

HV

)

v4-n37

v8-n37

Batas kekerasan

0

100

200

300

400

500

600

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

jarak pengujian (mm dari Permukaan)

keke

rasa

n (H

V)

v 4-n115

v 8-n115

Batas kekerasan


commit to user

29

Kecepatan gerak torch ternyata juga berpengaruh terhadap keseragaman

nilai kekerasan pada permukaan spesimen yang ditunjukkan pada Gambar 4.11

dan Gambar 4.12. Perbandingan nilai kekerasan dari spesimen dengan kecepatan

putar poros yang sama (0.37 rpm) dan kecepatn gerak torch berbeda (4 mm/menit,

8 mm/menit) yang ditunjukkan pada Gambar 4.12. Dalam hal ini bilamana

masing-masing titik memiliki nilai kekerasan yang hampir sama seperti

ditunjukkan Gambar 4.12.a maka kekerasan permukaan yang dihasilkan pada

spesimen tersebut dinyatakan merata. Kemudian bilamana maasing-masing titik

memiliki nilai kekerasan yang berbeda maka kekerasan permukaan yang

dihasilkan pada spesimen tersebut tidak merata yang ditunjukkan Gambar 4.12.b.

Gambar 4.11. Posisi titik uji keras pada spesimen v4-n37 dan spesimen v8-n37

(a) Spesimen v4-n37 (b) Spesimen v8-n37 Gambar 4.12. Perbandingan kekerasan antara spesimen v4-n37

dan spesimen v8-n37

0

100

200

300

400

500

600

0 1 2 3 4 5 6


kek

eras

an (

HV

)

titik 1 titik 2 titik 3

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 1 2 3 4 5 6


keke

rasa

n (

HV

)

titik 1 titik 2 titik 3

Titik 2 Titik 3

(mm) 0.1 0.3 0.5 1.0 1.5 2 3 6 Titik 1


commit to user

30

Perbedaan nilai kekerasan antara spesimen v4-n37 dan spesimen v8-n37

yang ditunjukkan Gambar 4.11. Nilai kekerasan spesimen v4-n37 antara titik 1,

titik 2 dan titik 3 cukup merata, dibanding dengan spesimen v8-n37. Hal ini

disebabkan oleh keseimbangan kecepatan gerak torch dan kecepatan putar poros.

Pada kecepatan putar poros yang sama, semakin lambat kecepatan gerak torch

maka nilai kekerasan permukaan pada setiap titik akan merata. Sebaliknya

bilamana semakin cepat kecepatan gerak torch maka kekerasan permukaan yang

terjadi tidak merata. Hal ini disebabkan karena ketidakseimbangan gerakan

kecepatan gerak torch terhadap kecepatan putar poros. Daerah A adalah bagian

yang terkena flame dan daerah B adalah bagian yang tidak terkena flame yang

ditunjukka pada Gambar 4.13. Pengujian kekerasan pada titik 1 berada pada

daerah A sedangkan titik 1 dan titik 2 berada pada daerah B. Gerak torch yang

terlalu cepat juga mengakibatkan panas dari torch yang mengenai permukaan

spesimen membentuk alur seperti ulir seperti ditunjukkan Gambar 4.13. Kondisi

ini menunjukkan ada bagian yang tidak terkena pengaruh dari flame hardening

sehingga ada bagian yang kekerasanya tinggi dan ada juga bagian yang

kekerasannya rendah.

Gambar 4.13. Spesimen v8-n37

Dari berbagai variasi yang telah dilakukan proses flame hardening, pada

spesimen v4-n37 (kecepatan putar poros 0,37 rpm dan kecepatan gerak torch

4 mm/menit) menghasilkan nilai kekerasan tertinggi yakni 814 HV. Dalam

A B


commit to user

31

penelitian ini material yang digunakan berdiameter 30 mm. Agar kecepatan pada

variasi ini dapat digunakan untuk diameter yang berbeda maka dapat ditentukan

dengan persamaan sebagai berikut :

v : 2.π.n.R

: 6,28.0,37.15

: 34,7 mm/menit

n : R

v.2P

: R.28,6

7,34

Dimana :

v : kecepatan tangensial (mm/menit)

n : putaran poros (rpm)

R : jari-jari poros (mm)


commit to user

32

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan data dan analisa yang telah diperoleh, maka dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut:

1. Proses flame hardening dengan variasi kecepatan putar poros 0,37 rpm dengan

kecepatan torch 4 mm/menit menghasilkan kekerasan permukaan paling tinggi

dibanding dengan variasi yang lain yaitu 814 HV pada permukaan spesimen.

Bagian tengah spesimen nilai kekerasannya adalah 311 HV.

2. Kedalaman pengerasan pada variasi kecepatan putar poros 0,37 rpm dengan

kecepatan torch 4 mm/menit mencapai 2.4 mm dari permukaan.

3. Variasi kecepatan putar poros dan gerak torch juga berpengaruh terhadap

keseragaman nilai kekerasan dalam arah keliling. Pada spesimen variasi

kecepatan putar poros 0.37 rpm dan gerak torch 8 mm/menit menghasilkan

keseragaman nilai kekerasan dalam arah keliling yang tidak merata.

4. Proses flame hardening dengan variasi kecepatan putar poros 0.37 rpm, 0.75

rpm, 1.15 rpm pada kecepatan gerak torch yang sama (8 mm/menit) tidak

dapat mencapai kedalaman pengerasan.

5. Fasa martensit yang terjadi pada permukaan spesimen menunjukkan bahwa

terjadi peningkatan kekerasan yang tinggi pada daerah tersebut.

5.2 Saran

Berdasarkan hasil dan proses penelitian yang telah dilakukan dari

penelitian ini, direkomendasikan beberapa saran sebagai berikut:

1. Perlu adanya pengembangan penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh

variasi jarak antara torch dan permukaan spesimen.


variasi temperatur air pendingin.


variasi jarak antara torch pemanas dan nosel pendingin.

pengaruh kecepatan putar poros dan kecepatan gerak torch

Documents