PENINGKATAN SIFAT MEKANIS PADA PERMUKAAN

POROS RODA HAND TRACTOR LOKAL DENGAN FLAME

HARDENING

Disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan Program Studi Strata I pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh :

TEGUH SANTOSO

D 200 11 0084

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

ii

iii

HALAMAN PENGESAHAN

PENINGKATAN SIFAT MEKANIS PADA PERMUKAAN POROS RODA

HAND TRACTOR LOKAL DENGAN FLAME HARDENING

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

OLEH :

TEGUH SANTOSO

D 200 11 0084

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Fakultas Teknik

Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Pada

Hari Selasa, 14 Februari 2017 dan dinyatakan memenuhi syarat

Dewan Penguji :

1. Patna Partono, ST, MT ( )

(Ketua Dewan Penguji)

2. Agus Yulianto, ST, MT ( )

(Anggota I Dewan Penguji)

3. Ir. Masyrukan, MT ( )

(Anggota II Dewan Penguji)

Dekan

(Dr. H. Sri Sunarjono, MT. Ph.D)

NIK. 682

iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam naskah publikasi ini tidak terdapat karya yang

pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang

pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang

lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas, maka akan saya

pertanggungjawabkan sepenuhnya.

.

Penulis

Surakarta, 25 Maret 2017

TEGUH SANTOSO

D 200 11 0084

5

PENINGKATAN SIFAT MEKANIS PADA PERMUKAAN POROS RODA

HAND TRACTOR LOKAL DENGAN FLAME HARDENING

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

Abstrak

Teknologi pertanian hand tractor di Indonesia saat ini masih

menggunakan buatan luar negeri, salah satu spare part dari hand tractor adalah

poros roda. Sampai saat ini penggantian poros roda dari hand tractor masih harus

menggunakan produk yang dibuat oleh produsen dari negara lain, bukan produsen

lokal, sehingga biaya mahal dan membutuhkan waktu yang lama dalam

pengadaannya.

Oleh karena itu, industri lokal harus bisa membuat poros roda sendiri agar

dapat mengatasi kekurangan-kekurangan tersebut, yaitu didapatkan harga poros

roda yang lebih murah dan lebih cepat ketersediaannya. Akan tetapi produsen

lokal harus bisa membuat produk poros roda yang hasilnya sekualitas dengan

produk luar negeri. Selanjutnya tujuan penelitian ini adalah bagaimana membuat

dan meningkatkan sifat mekanis poros roda untuk hand tractor.

Peningkatan sifat mekanis pada poros roda dilakukan dengan proses

surface hardening dengan menggunakan metode flame hardening, yaitu dengan

cara memanaskan dengan nyala dari alat las brander pada permukaan baja S15CK

hingga temperatur austenit 850°C selama 5 menit, setelah itu langsung diproses

quenching pada permukaan poros dengan metode spraying dengan media air.

Produk dari proses surface hardening dilakukan pengujian komposisi kimia

dengan standar ASTM E350-12, kekerasan Vickers dengan standar ASTM E384

dan struktur mikro dengan standar ASTM E3. Hasil dari pengujian kekerasan

menunjukan nilai kekerasan pada permukaan poros baja S15CK sebesar 710,16

HV dan pada bagian tengah (center) dari poros baja S15CK sebesar 482,04 HV.

Sedangkan nilai kekerasan poros roda baja S15CK sebelum diproses surface

hardening adalah sebesar 200,03 HV. Sedangkan material poros roda hand tractor

produksi luar negeri didapatkan nilai kekerasan pada permukaan poros adalah

sebesar 624 HV dan pada bagian tengah (center) dari poros adalah sebesar 284

HV. Pada permukaan poros baja nilai kekerasannya (sifat mekanis) adalah jauh

lebih tinggi dibanding pada bagian tengah (center), dikarenakan adanya proses

surface hardening dengan metode flame hardening.

Kata Kunci: baja S15CK, flame hardening, hand tractor, poros roda, sifat

mekanis.

6

Abstracts

Agricultural technology hand tractor in Indonesia today still use foreign-

made, one spare part of a hand tractor is wheel axle. Until recently axle

replacement of hand tractors still have to use products made by manufacturers

from other countries, not local manufacturers, so the cost is expensive and takes a

long time to procure. Therefore, the local industry should be able to make its own

axle in order to overcome these shortcomings, the price obtained axle cheaper

and faster availability.

However, local producers should be able to make a product that is the

result axle-quality foreign products. Furthermore, the purpose of this research is

how to create and improve the mechanical properties of the axle to hand tractor.

Improved mechanical properties on the wheel axle carried by the surface

hardening using flame hardening, ie by heating with a flame from a welding tool

brander on the surface of the steel S15CK to a temperature austenitic 850 ° C for

5 minutes, then immediately processed quenching on the surface of the shaft with

method of spraying with water media. Products from the surface hardening

process of testing the chemical composition with ASTM E350-12, Vickers

hardness with ASTM E384 and ASTM standards microstructure with E3. Results

of hardness testing showed the value of hardness at the surface of S15CK steel

shaft of 710.16 HV and in the middle (center) of S15CK steel shaft of 482,04 HV.

While the value of S15CK steel axle violence before being processed surface

hardening is at 200.03 HV. While the hand tractor axle material produced abroad

hardness value obtained on the surface of the shaft is equal to 624 HV and in the

middle (center) of the shaft is equal to 284 HV. In the steel shaft surface hardness

value (mechanical properties) are much higher than those in the middle (center),

due to the surface hardening process by the method of flame hardening.

Keywords: S15C steel, flame hardening, hand tractor, wheel axle, mechanical

properties.

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Warga negara Indonesia yang menengah kebawah berprofesi sebagai

petani. Masa pembangunan bidang teknologi pertanian masih bergerak pada

tempatnya. Berbagai cara untuk meningkatkan teknologi pertanian telah dilakukan

7

oleh pemerintah diantaranya mengimport peralatan modern ke indonesia seperti

hand tractor (traktor tangan). Hand tractor digunakan sebagai alat bantu untuk

para petani agar bisa meningkatkan kualitas hasil tanam yang baik. Alat ini

berasal dari China namun sampai sekarang berbagai macam permasalahan timbul.

Para pengguna traktor tangan mengeluhkan rawannya terjadi kepatahan terhadap

poros roda traktor ini. Akibatnya sangat berbahaya kepada keselamatan para

pemakainya juga pada hasil panen para petani. Saat penggantian poros, para

pengguna juga enggan membeli spare part asli dari traktor tangan ini dengan

berbagai macam alasan di antaranya mahalnya harga poros roda traktor itu sendiri,

selain itu juga sulitnya mencari spare part ini dan tentunya masih banyak

kekurangan-kekurangan lainnya. Dengan demikian perlu ada spare part lokal

yang harganya lebih murah dan lebih gampang untuk didapat serta dilihat dari

kualitas pun bisa menyaingi dengan yang asli. Namun kenyataannya permukaan

poros buatan lokal masih mudah aus. Untuk itu perlu dilakukan upaya untuk

meningkatkan kualitas dari material poros roda traktor, salah satu caranya dengan

Flame Hardening (heat treatment), Peningkatan sifat mekanis pada permukaan

bisa bertambah dengan Flame Hardening permukaan (surface hardening).

Melalui Flame Hardening yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan, besar

butir dapat diperkecil dan dapat dihasilkan permukaan yang keras dan inti yang

ulet. Maka pada penelitian ini, penulis akan meneliti berapa harga kekerasan,

komposisi kimia dan struktur mikro pada material poros roda traktor lokal dan

poros roda traktor asli. Kemudian melakukan peningkatan ketahanan aus pada

poros roda traktor dengan cara Flame Hardening.

1.2. Tujuan

1. Untuk mendapatkan komposisi kimia poros roda traktor yang asli dan

buatan sendiri (lokal) dan mengklasifikasikan jenis materialnya.

2. Untuk mendapatkan struktur mikro pada poros roda traktor yang asli,

material S15CK sebelum proses original dan material S15CK yang

sudah mengalami pengerasan permukaan dengan metode flame

hardening.

8

3. Untuk mendapatkan harga kekerasan poros roda traktor yang asli dan

buatan sendiri (lokal), terutama pada bagian komponen permukaan

yang dibandingkan dengan harga kekerasan bagian tengah.

4. Batasan Masalah

Dalam penelitian ini permasalahan yang ada dibatasi pada:

1. Material

Material yang digunakan disini adalah komponen poros roda hand

tractor buatan China dan buatan sendiri (lokal)

2. Pengujian yang dilakukan :

Uji komposisi kimia dengan standar ASTM E350-12

Uji struktur mikro dengan standar ASTM E3

Uji kekerasan dengan standar ASTM E384 atau E92-16

2. METODE

2.1. Diagram Alir Penelitian

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian.

9

2.2. Alat dan Bahan

Alat yang di gunakan adalah brander pemanas, spectrometer WAS,

mikroskop, alat uji kekerasan Vickers, amplas, autosol, kain bludru, tang

penjempit, air, gergaji besi, kikir dan jangka sorong. Bahan yang digunakan

adalah poros roda traktor original dan baja S15CK.

2.3. Langkah – Langkah penelitian

Langkah yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Menyiapkan material baja S15CK.

2. Spesimen dilakukan pemotongan dengan ukuran panjang 10 mm dan

diameter 32mm.

3. Bersikan spesimen yang telah dipotong dari kerak, oli atau kotoran yang

dapat menghambat proses perlakuan panas.

4. Menghaluskan dan meratakan spesimen agar nantinya dapat diperoleh

kekerasan yang homogen.

5. Siapkan media quenching yaitu media air dalam bak gayung agar bisa

langsung di-spray.

6. Hidupkan api brander lalu panasakan permukaan specimen sampai

temperatur 850°C.

7. Pengambilan spesimen setelah dipanasakan dengan bantuan tang penjepit

dilanjutkan proses quenching yaitu di-spray dengan air selama 5 menit.

8. Setelah selesai semua spesimen di dinginkan di udara bebas.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Tabel hasil uji komposisi kimia poros roda traktor original dan baja

S15CK

Table 1. Hasil uji komposisi kimia poros roda traktor original

Unsur Kandungan %

Fe 97,72%

C 0,323%

Si 0,286%

Mn 1,13

10

Cr 0,083%

Tabel 2. Hasil uji komposisi kimia baja S15CK

Unsur Kandungan %

Fe 98,91

C 0,140

Si 0,250

Mn 0,274

Cr 0,067

Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa hasil uji komposisi kimia pada

poros roda traktor original terdapat kandungan unsur C 0,323%; Si 0,286%; Mn

1,13%; P 0,008% dan S 0,009%. Sedangkan hasil uji komposisi kimia baja yang

digunakan untuk flame hardening terdapat kandungan C 0,140%; Si 0,250%; Mn

0,274%; P 0,008% dan S 0,011%. Sehingga kandungan unsur C, Si dan Mn yang

terdapat pada poros roda traktor original jauh lebih besar jika dibandingkan

dengan material baja S15CK.

3.2 Pengamatan struktur mikro

Gambar 1. Pengamatan struktur mikro poros roda traktor original dengan

pembesaran 500X.

Gambar 2. Pengamatan struktur mikro baja S15CK setelah flame hardening pada

bagian pinggir dengan pembesaran 500X.

Martensite

Martensite

11

Gambar 3. Pengamatan struktur mikro baja S15CK setelah flame hardening pada

bagian tengah dengan pembesaran 500X.

Dengan pembesaran 500X pada bagian pinggir dan tengah merupakan

hasil dari struktur mikro poros roda traktor original dan baja S15CK setelah

melakukan flame hardening yang memiliki fase martensit, ferit dan perlit.

3.3 Hasil pengujian kekerasan Vickers

Tabel 3. Hasil pengujian kekerasan material poros roda traktor original.

Gambar 4. Titik

kekerasan poros roda

traktor original.

Gambar 5. Diagram kekerasan material poros roda traktor original.

Bagian

1

Bagian

2

Bagian

3

Bagian

4

Bagian

5

Poros Original 308 284 319 296 624

0200400600800

Vic

ker

s (H

V)

Diagram kekerasan material poros roda

traktor original

Hasil Pengujian

No. d1 d2 d AVG HV

1 78,2 77,0 76,6 308

2 80,0 81,6 80,8 284

3 76,0 76,5 76,25 319

4 78,2 80,2 79,2 296

5 54,8 54,2 54,2 624

Perlit

Ferit

12

Tabel 4. Hasil pengujian kekerasan baja S15CK

Gambar 6. Titik kekerasan pada

baja S15CK

Gambar 7. Diagram kekerasan baja S15CK.

Tabel 5. Hasil pengujian kekerasan baja S15CK setelah di flame hardening.

Gambar 8. Titik kekerasan baja

S15CK setelah di flame hardening.

Gambar 9. Diagram kekerasan baja S15CK setelah di flame hardening.

Bagian 1 Bagian 2

Setelah perlakuan

panas482.04 710.16

0200400600800

Vic

ker

s (H

V)

Diagram kekerasan Vickers baja S15CK

setelah flame hardening

Hasil Pengujian

d1 d2 HV

34,45 35,46 303,59

44,73 41,39 200,03

Hasil Pengujian

No. d1 d2 HV

1 28,44 27,03 482,04

2 22,70 23,00 710,16

Bagian 1 Bagian 2

Tanpa perlakuan

panas303.59 200.03

0100200300400

Vic

kers

(H

V)

Diagram kekerasan Vickers baja S15CK

13

Dari pengujian kekerasan bisa dilihat bahwa kekerasan material poros roda

traktor original dari bagian paling tengah 308 HV, dan paling pinggir 624 HV.

Sedangkan pada baja S15CK tanpa perlakuan panas memiliki kekerasan pada

bagian paling tengah 303,59 HV, dan paling pinggir 200,03 HV. Stelah material

pembanding (baja S15CK) dilakukan perlakuan panas terjadi kenaikan kekerasan.

Kekerasan baja S15CK dengan Flame hardening terjadi kekerasan 710,16 HV

pada bagian paling pinggir dan 482,04 HV pada bagian tengah. Dapat diartikan

bahwa semakin tinggi temperatur pada flame hardening maka semakin naik nilai

kekerasannya. Hal ini dikarenakan temperatur austenit yang didinginkan dengan

cepat membentuk struktur martensit, sehingga sifatnya keras dan getas.

4. PENUTUP

Dari hasil penelitian dan analisis dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Hasil pengujian komposisi kimia material poros roda traktor original

(baja S30C) termasuk baja karbon sedang dan baja S15CK termasuk

dalam baja karbon rendah.

2. Material poros roda traktor original dari pengamatan struktur mikro

bagian permukaan/pinggir memiliki struktur mikro martensit. Untuk

material baja S15CK setelah di flame hardening memiliki fasa martensite,

sedangkan bagian tengah memiliki fasa perlit dan ferit.

3. Hasil pengujian kekerasan pada proses roda traktor original bagian tengah

adalah 308 HV dan bagian pinggir adalah 624 HV. Sedangkan pada baja

S30C bagian tengah yang belum dikeraskan (asli) adalah 303,59 HV dan

bagian pinggir 200,03 HV, kemudian setelah baja S15CK diproses flame

hardening didapatkan kenaikan kekerasan pada bagian pinggir adalah

710,16 HV.

PERSANTUNAN

Puji syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah,

rahmat, dan hidanya-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian tugas akhir

dapat terselesaikan: Tugas akhir berjudul “PENINGKATAN SIFAT MEKANIS

PADA PERMUKAAN POROS RODA HAND TRACTOR LOKAL DENGAN

FLAME HARDENING“ dapat diselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak.

Untuk itu pada kesempatan ini, penulis menyampaikan rasa terimakasih kepada :

1. Kedua orang tua, yang senantiasa mendoakan dan memberi dukungan

yang tidak terhingga kepada penulis.

14

2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Tri Widodo BR, ST., MSc., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik

Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

4. Bapak Patna Partono, ST, MT selaku dosen pembimbing tugas akhir yang

senantiasa memberikan arahan dan masukan yang sangat bermanfaat bagi

penulis.

5. Bapak Ir. Masyrukan, MT. selaku dosen pembimbing akademik.

6. Teman - teman seperjuangan dan teman – teman tenik mesin serta semua

pihak yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.

DAFTAR PUSTAKA

Ari Yulianto, (2015), Studi Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap Struktur Mikro

Dan Sifat Mekanis Baja ASSAB705 M ang di Gunakan Pada Komponen

Stud Pin Winder, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.

Eilam, E. &. (2007). Reversing. Secret of engineering , 3, Jakarta.

Ima Duddin, (2003), Pengaruh Proses Quenching Terhadap Sifat Fisis dan

Mekanis Pada Inner Bearing dan Quter Bearing Roda Depan Isuzu

Panther, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.

Joko Wahyudi, Patna Partono (2016), Pengaruh Sifat Mekanis Pada Komponen

Foot Step Merek Yamaha Dan Produk Lokal.

Sarjono, Kodrat Hadi, (2005), Analisa Kualitas Produk Akhir Baja Dengan

Metode P-CHART Pada Pengecoran Logam di CV.Teknik Jaya. Ceper

Klaten

Sularso. (1983). Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradnya

Paramita, Jakarta.

Wahyudi, Joko, (2016), Analisa Pengaruh Panas Pengelasan Pada Pembuatan

Foot Steep Sepeda Motor, Universitas Muhammadiyah Surakarta,

Surakarta.