pengaruh temperatur dan holding time terhadap ketahanan aus grinding ball pada proses pack...

PENGARUH TEMPERATUR DAN HOLDING TIME TERHADAP

KETAHANAN AUS GRINDING BALL PADA PROSES PACK CARBURIZING di

PT.SEMEN INDONESIA

MAKALAH SEMINAR HASIL

KONSENTRASI TEKNIK PRODUKSI

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

Disusun oleh:

GAMMA SISTYA DARMA

NIM. 0910623047-62

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2014

LEMBAR PERSETUJUAN

PENGARUH TEMPERATUR DAN HOLDING TIME TERHADAP KETAHANAN AUS

GRINDING BALL PADA PROSES PACK CARBURIZING di PT.SEMEN INDONESIA

MAKALAH SEMINAR HASIL KONSENTRASI TEKNIK PRODUKSI

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

Disusun oleh :

GAMMA SISTYA DARMA

NIM. 0910623047-62

Telah diperiksa dan disetujui oleh:

Dosen Pembimbing I

Agustinus Ariseno,Ir., MT

NIP. 19510822 198701 1 001

Dosen Pembimbing II

Erwin Sulistyo,Ir.,MT

NIP. 19661213 199802 1 001

PENGARUH TEMPERATUR DAN HOLDING TIME TERHADAP KETAHANAN AUS

GRINDING BALL PADA PROSES PACK CARBURIZING di PT.SEMEN INDONESIA

Gamma Sistya Darma, Agustinus Ariseno, Erwin Sulistyo

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang

Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia

E-mail : [email protected]

ABSTRAK Grinding ball merupakan sebuah media yang digunakan untuk menghancurkan meterial sesuai ukuran

(mesh) yang diinginkan dalam kecepatan dan kapasitas tertentu. Grinding ball dalam aplikasinya harus memiliki

kekerasan yang baik, tahan aus dan tahan korosi. Fenomena yang terjadi pada grinding ball adalah mengalami

penyusutan akibat panas pada mill, tidak rata permukaan, dan pecah karena telah aus. Keausan terjadi akibat

tumbukan dan gesekan griding ball dengan material ataupun grinding ball lain. Faktor yang mempengaruhi

keausan adalah diametercrusher mill, material grinding ball yang digunakan, dan putaran kritis pada mill.

Pada penelitian ini dilakukan proses perlakuan permukaan pack carburizing. Pack carburizing adalah

proses pelapisan suatu logam dengan pengarbonan padat (Pack carburizing)dipakai arang yang dicampur dengan

10 % BaCO3 , grinding ball dimasukkan ke dalam kotak baja tertutup rapat , yang berisi campuran 90% karbon

dan 10% BaCO3 kemudian dipanaskan pada temperatur 8500C – 9500C (Surdia, 2000). berfungsi untuk

meningkatkan kekerasan permukaan dan ketahanan aus. Pada proses pack carburizing ini dilakukan 3 variasi

temperatur dan waktu penahanan dengan variasi temperatut 8750C,9250C,9500C,9750C dan holding time 30

menit,45 menit, 60 menit dan 75 menit. Untuk mengetahui pengaruh pack carburizing dan waktu penahanan

terhadap laju keuasan grinding ball dilakukan pengujian pada simulasi ball mill dengan menggiling pasir kuarsa

selama 60 menit.

Dari hasil pack carburizing diperoleh bahwa pack carburizing dengan temperatur 9750C dan waktu

penahanan 75 menit menghasilkan nilai kekerasan terbesar yaitu 1160.16 sedangkan untuk laju keuasan terkecil

pada pack carburizing dengan dengan temperatur 9750C dan waktu penahanan 75 menit sebesar

0,00012.gram/detik.

Kata kunci : Temperatur, Holding time, pack carburizing, ketahanan aus, grinding ball.

PENDAHULUAN

Grinding ball adalah material yang

digunakan dalam penggilingan dan

pencampuran klinker dan gypsum pada

pabrik semen. komponen ini penting

mengingat sangat berpengaruh pada hasil

kehalusan semen yang diinginkan

Gambar 1 Grinding ball

Gambar 2 Ukuran dan dimensi

spesimen uji

Material yang dipilih sebagai bahan

grinding ball biasanya keramik, baja dan

paduan. Kebutuhan industri semen akan

grinding ball cukup besar, sehingga biaya

mailto:[email protected]@gmail.com

produksi terpengaruh oleh pengadaan

grinding ball secara signifikan. Grinding

ball tersebut harus mempunyai karakteristik

tahan aus, tangguh menerima impact dalam

crusher mill, tahan korosi untuk

menanggung beban dan lingkungan selama

proses penggilingan batuan.

Permasalahannya grinding ball sering

mengalami penyusutan akibat panas pada

mill, pecah sebelum life time yang

direncanakan dan tidak rata permukaannya

sehingga tidak dapat bekerja dengan

optimal. Untuk mengatasi permasalahan

tersebut dapat dilakukan dengan cara

pengecoran ulang grinding ball dan

pelapisan permukaan.[1]

Pack carburizing adalah salah satu

proses perlakuan permukaan dengan

menggunakan prinsip pemanasan dalam

dapur listrik dan bantuan senyawa kimia

BaCO3 sehingga menghasilkan partikel

pelapis yang melapisi material. Fungsi

pelapisan ini meningkatkan kekerasan

permukaan dan ketahanan aus.

Tujuan dari penelitian ini adalah

mengetahui pengaruh variasi temperatur dan

holding time pack carburizing terhadap

ketahanan aus pada grinding ball.

TINJAUAN PUSTAKA

Pack Carburizing

Pack carburizing yaitu proses

pemberian atau penambahan kandungan

karbon yang lebih banyak pada bagian

permukaan dibanding dengan bagian

dalam,sehingga kekerasan permukaannya

meningkat sedangkan pada bagian dalamnya

diharapkan masih memiliki keuletan. Pada

proses ini caranya adalah benda kerja

dimasukkan ke dalam suatu kotak atau peti

tertutup yang terbuat dari plat baja dan di

kelilingi dengan bahan karbonisasi.Bahan

yang biasanya digunakan adalah arang kayu,

arang batok kelapa,arang tulang, arang kulit.

Keuntungan dari karbonisasi adalah jangka

waktu pemanasan awal lebih pendek,

sedangkan kelemahannya adalah da kerja

yang sulit.[2]

Mekanisme karbonisasi dengan

difusi intertisi, dimana atom karbon

menempati ruang antara atom – atom besi

dan dengan menaikkan temperatur maka

meningkatkan energi aktivasi yang

memungkinkan berpindahnya atom karbon

ke posisi intertisi berikutnya.Tempat yang

ditingggalkan diisi oleh atom karbon yang

lainnya.

Gambar 3 Dimensi kotak baja pack

carburizing

Reaksi kimia yang terjadi pada saat pack

carburizing

Selama pemanasan pack carburizing

dalam kotak atau dapur listrik menghasilkan

rekasi gas yaitu CO dan CO2,gas-gas ini

terutama diperoleh dari hasil oksidasi

karbon dari carburizer padat,proses ini di

tunjukkan oleh pemanasan

Pemanasan pendahuluan untuk

pengeringan dan pengeluaran gas-gas pada

temperatur 200°C - 400°C dari pemanasan

ini terjadi penguapan sehingga terjadi ikatan

antara karbon dan zat asam :

C + O2 CO2 (1-a)

Darigas CO2 yang dihasilkan akan

menguapdan memanaskan arang yang ada

dalam kotak pemanas atau dapur listrik,dan

terjadi reaksi :

C + CO2 2CO (1-b)

Selain itu energizer yang

ditambahkan,energizer akan membantu

menghasilkan karbon monoksida yang lebih

banyak sehingga karbon akan lebih aktif dan

dalam hal ini tidak ada energizer yang

hilang yaitu BaCO3 sebelum dan sesudah

reaksi tetap ada seperti dijelaskan dalam

reaksi berikut :

BaCO3 BaO + CO2 (1-c)

CO2 + C 2CO (1-d)

2CO CO2 + C (1-e)

Ba + CO2 BaCO2 (1-f)

Reaksi pack carburizing yang terjadi pada

permukaan baja adalah :

3Fe + 2CO Fe3C + CO2 (1-g)

Setelah reaksi ini, karbon tersebut

pada temperatur carburizing akan diserap

oleh lapisan logam pada permukaan logam

dan secara perlahan-lahan pada temperatur

carburizing akan berpindah atau terdifusi

kebagian permukaan ,pada kenyataanya baja

tersebut bisa menyerap elemen-elemen pada

proses pack carburizing.

Semakin banyak kandungan karbon

dipermukaan, atom karbon mulai berpindah

menuju inti melalui mekanisme difusi.

Masuknya karbon ke dalam baja tergantung

pada temperatur, waktu penahanan ( holding

time ), dan bahan pengarbonan (Clark, 1961)

DIFUSI

Perpindahan massa atau difusi yang

terjadi pada pack carburizing adalah

gerakan molekul-molekul atau fluida yang

disebabkan adanya perbedaan gradien

konsentrasi, molekul tersebut berpindah dari

daerah berkonsentrasi tinggi menuju

konsentrasi rendah (Treybul,1980)

Ditinjau berdasarkan perspektif

atom, difusi merupakan perpindahan atom

dari satu sisi ke sisi yang lain.Kenyataanya,

atom dalam material padat bergerak secara

konstan,berganti posisi secara cepat.Gerakan

tersebut terjadi apabila terpenuhi dua

kondisi berikut.

1) Adanya kisi kosong yang berdekatan

2) Atom tersebut harus mempunyai energi

dari tinggi ke rendah yang cukup untuk

memutuskan ikatan dengan atom

tetangganya yang kemudian

menyebabkan terjadinya distorsi antara

beberapa kisi sekama proses

perpindahan tersebut. Energi ini akan

bergetar secara alami.Pada temperatur

tertentu, sebagian atom-atom tersebut

dapat melakukan gerak difusi karena

adanya energi getar (Aktivasi) ini.

Jumlah atom yang bergerak akan

bertambah seiring dengan bertambahnya

suhu. Adapun gerakan yang paling

sering terjadi pada difusi logam adalah

difusi vacancy dan difusi interstisi.

Mencari niai kekerasan

Mencari nilai kekerasan diperoleh

dengan alat uji kekerasan Vickers dengan

beban seberan 0.98 newton lama waktu 15

detik dengan dua kali pengulangan.

Gambar 4 Alat uji Vickers

Menghitung nilai ketahanan aus

Dalam melakukan pengujian laju

keuasan dilakukan dengan simulasi

sederhana, grinding ball dimasukkan pada

instalasi ball mill guna mendapati data

aktual. Grinding ball digunakan menggiling

material kuarsa.

Gambar 5 instalasi ball mill

Untuk mengetahui laju keausan dari

grinding ball digunakan rumus :

Dengan :

B : Berat meterial yang terabrasi (gram)

t : Waktu pengujian (menit)

V : Laju keausan (gram/detik)

Dari rumus tersebut akan dapat mencari nilai

laju keausan yang terjadi pada grinding ball

yang mempengaruhi ketahanan aus material

tersebut.

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan metode

eksperimental (experimental). Metode

eksperimen dilakukan dengan mengamati

langsung untuk data sebab-akibat dalam

suatu pross melalui eksperimen sehingga

dapat mengetahui pengaruh variasi

temperatur dan holding time terhadap

ketahanan aus grinding ball.

Variabel bebas dari penelitian ini

adalah variasi temperatur (875°C, 925°C,

950°C, 975°C ) dan holding time selama (30

menit, 45 menit, 60 menit dan 75 menit).

Varibel terikat adalah kekerasan

pack carburizing dan nilai ketahanan aus.

Variabel terkontrol yang digunakan

adalah dimensi grinding ball berdiamter 30

mm dan berat 100 gram. Temperatur.

LANGKAH PERCOBAAN

Sebelum proses pack carburizing

dilaksanakan persiapkan benda kerja serta

peralatan yang digunakan untuk

pengambilan data.

Tahap persiapan benda kerja meliputi:

1. Siapkan kotak baja dan bersihkan dari

terak-terak yang masih menempel

2. Siapkan arang kayu yang telah

dihaluskan dan diukur komposisinya

(90 %)

3. Siapkan energizer (Barium Carbonat)

yang telah diukur komposisinya (10%)

4. Bersihkan ulang benda uji dari terak /

kotoran yang masih menempel dengan

ampelas

5.Campurkan arang kayu halus dan

Barium carbonat yang telah diukur

komposisi sebelumnya kedalam kotak

baja

6.Masukkan spesimen atau benda uji

kedalam kotak baja masukkan kotak

baja kedalam dapur dan dilakukan

pemanasan serta holding time :

Grinding ball 1suhu 875°C holding

time 30 menit

Grinding ball 2 suhu 925°C holding

time 45 menit


time 60 menit


time 75 menit

7.Setelah pemanasan dan holding

dilakukan pendinginan cepat dengan

media pendinginan/quenching

menggunakan oli SAE 20

8.Timbang berat setelah pack

carburizing

9.Pengukuran nilai kekerasan dengan

alat uji kekerasan (Vickers)

10. Catat hasil pengujian kekerasan

11. Pengujian laju keausan

Setelah itu spesimen siap untuk

dilakukan pengujian keausan pada

instalasi pengujian keausan.

12. Timbang

Timbang berat spesimen setelah

dilakukan pengujian keuasan.

13.Catat hasil berat akhir. Lakukan

perhitungan laju keausan yang

terjadi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil penelitian dan pembahasan

yang akan diuraikan dalam jurnal ini

meliputi: pembahasan grafik pengaruh

temperatur dan holding time terhadap

kekerasan, Pengaruh temperatur dan holding

time terhadap ketahanan aus grinding ball.

Gambar 6 Hubungan antara temperatur

dan holding time terhadap

kekerasan grinding ball

Dari data yang dihasilkan dan pada

gambar 6 menunjukkan grafik hubungan

antara temperatur dan holding time terhadap

kekerasan. Temperatur dan holding time

yang divariasikan juga memberikan

pengaruh kekerasan pada permukaan

grinding ball.

Pada gambar 6 temperatur 875°C

holding time 30 menit berada pada titik

kekerasan terendah sedangkan pada

temperatur 975°C holding time 75 menit

memperoleh titik kekerasan tertinggi.


holding time 30 menit menghasilkan angka

kekerasan sebesar 795.46 HVN pada


sebesar 1008,70 HVN pada temperatur

950°C holding time 60 menghasilkan angka

kekerasan 1039,60 HVN dan angka

kekerasan tertinggi pada temperatur 975°C

holding time 75 menit sebesar 1160.16

HVN. Ini disebebkan karena perubahan

temperatur yang sangat tinggi sebagai

aktivasi atom sehingga atom-atom bereaksi.

akibat temperatur yang tinggi itu

memudahkan atom karbon untuk terdifusi

secara intertisi ke permukaan grinding ball.

Hal di atas dipengaruhi semakin

tinggi temperatur proses pack carburizing

maka kekerasan permukaan grinding ball

yang dihasilkan juga meningkat karena

semakin besar aktivasi atom karbon yang

bergerak menuju permukaan grinding ball.

Sedangkan holding time juga mempengaruhi

karbon yang terdifusi secara interstisi ke

permukaan grinding ball, sehingga

mempengaruhi nilai kekerasan pada

permukaan grinding ball tersebut.

Gambar 7 Pengaruh Temperatur terhadap

nilai ketahanan aus


holding time 30 menit nilai laju keausan

tertinggi yang dihasilkan adalah 0,00031

gram/detik, pada temperatur 925°C holding

time 45 menit sebesar 0,00017 gram/detik,

terdapat perbedaan yang cukup jauh nilai

laju keausan ini juga di sebabkan variasi

temperatur yg agak tinggi sehingga

menyebabkan nilai laju keausan turun secara

signifikan ,pada temperatur 950°C holding

time 60 menit memperoleh nilai laju

keausan 0,00013 gram/detik dan pada


nilai laju keausan yang dihasilkan sebesar

0,00012. gram/detik.

Hal di atas dipengaruhi semakin

tinggi temperatur proses pack carburizing

maka kekerasan permukaan grinding ball

yang dihasilkan juga meningkat karena

semakin besar aktivasi atom karbon yang

bergerak menuju permukaan grinding ball.

Sedangkan Holding time juga

mempengaruhi karbon yang terdifusi secara

interstisi ke permukaan grinding ball,

sehingga mempengaruhi nilai kekerasan

pada permukaan grinding ball tersebut. Dan

nilai laju keausan ini berbanding terbalik

dengan nilai ketahanan aus, yang berarti

semakin kecil nilai laju keausan maka

semakin besar nilai ketahanan aus grinding

ball yang diperoleh .

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian yang

telah dilakukan maka dapat diperoleh

kesimpulan sebagai berikut:

1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa

semakin tinggi temperatur pack

carburizing dan holding time maka

semakin keras permukaan grinding ball

yang dihasilkan

2. Lapisan yang paling keras adalah pada

perlakuan pack carburizing dengan

temperatur 975°C dan holding time

selama 75 menit sebesar 1160.16

3. Hasil pengujian laju keausan

menunjukkan bahwa kecenderungan

ketahanan aus meningkat seiring dengan

teperatur dan holding time proses pack

carburizing.

4. Ketahanan aus terkecil adalah pada

perlakuan pack carburizing temperatur

875°C dan holding time 30 menit

sebesar 0,00031 gram/detik.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Dwi sutijipto.2007.

http://id.wikipedia.org/wiki/Semen_I

ndonesia.com

[2] Van Vlack, Lawrence, 1985,

Elements Of Materials Science and

Engineering 5th

[3] Amstead, BH, dkk.1995. Teknologi

Mekanik Jilid I Edisi ketujuh versi

S1.Jakarta:Erlangga.

[4] Schonmetz, Alois dan Karl

Gruber.1985.Pengetahuan Bahan

dalam Pengerjaan

Logam.Bandung:Angkasa.

[5] Surdia,Tata, dan Saito, S. 2000,

Pengetahuan Bahan Teknik

cetakan kelima

Jakarta: Pradnya Paramita.

[6] Totten,GE; Bates,CE; Clinson,

NA;1993, Handbook of Quenchants

and

Quenching Technology. USA: ASM

Internasional

Edition, USA: Addison-Wesley

Publishing Company.

pengaruh temperatur dan holding time terhadap ketahanan aus grinding ball pada proses pack...

Documents