STUDI SIFAT FISIS DAN MEKANIS KARBONISASI PADAT DENGAN

ARANG DAUN BAMBU BERUKURAN 200 MESH DAN ARANG HASIL

SHAKERMILL

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh:

FAJAR RHAMADHANI

D 200 140 258

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2019

1

STUDI SIFAT FISIS DAN MEKANIS KARBONISASI PADAT DENGAN ARANG

DAUN BAMBU BERUKURAN 200 MESH DAN ARANG HASIL SHAKERMILL

Abstrak

Baja karbon rendah adalah baja yang memiliki kandungan karbon < 0,3 persen. Proses

carburizing bertujuan untuk penambahan unsur karbon dan perubahan sifat pada logam. Dalam

penelitian ini bahan yang digunakan untuk pembuatan arang berasal dari daun bamb. Arang daun

bamboo adalah suatu produk yang diperoleh dari pembakaran tidak sempurna terhadap daun

bambu. Penelitian ini menggunakan alat shakermil untuk melakukan proses High Energi Ball

Milling (HEBM). Alat ini dimodifikasi sehingga bola baja saling bertumbukan dengan arang,

dengan kecepatan 900 Rpm selama 3 juta siklus, dengan ukuran bola baja ¼ inchi. Dari

pengujian ini selanjutnya baja karbon diuji dalam pengujian struktur mikro dan kekerasan vikers.

Pengujian struktur mikro bertujuan untuk mengetahui fase yang terdapat pada permukaan baja

karbon sebelum dan sesudah dilapisi arang daun bambu. Pada pengujian kekerasan vikers yang

dilakukan pada baja karbon bertujuan untuk mengetahui nilai kekerasan setelah dilapisi arang

daun bambu. Kata kunci : Baja karbon rendah, Carburizing, struktur mikro, Vikers.

Abstract

Low carbon steel is steel that has a carbon content of <0.3 percent. The carburizing

process aims to add carbon elements and changes the properties of metals. In this study the

material used for the manufacture of charcoal comes from the leaves of bamb. Bamboo leaf

charcoal is a product obtained from incomplete combustion of bamboo leaves. This study uses

shakermill tools to process the High Energy Ball Milling (HEBM). This tool was modified so

that steel balls collided with each other with charcoal, with a speed of 900 Rpm for 3 million

cycles, with the size of an ¼ inch steel ball. From this test, carbon steel is then tested in

microstructure testing and vapor hardness. Microstructure testing aims to determine the phase

found on the surface of carbon steel before and after coated with bamboo charcoal. In testing the

hardness of carbon carried out on carbon steel aims to determine the value of hardness after

coated with bamboo leaf charcoal. Keywords: Low carbon steel, Carburizing, microstructure, Vikers.

2

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Logam adalah salah satu material yang banyak berperan di dalam dunia

industri seiring perkembangan jaman dan ilmu pengetahuan saat ini menuntut

tersedianya suatu material yang memiliki kualitas yang tinggi.Baja karbon

rendah adalah jenis logam yang banyak digunakan karena baja karbon rendah

memiliki keuletan yang tinggi tapi kekerasan dan keausanya rendah. Baja ini

tidak dapat dikeraskan dengan cara konvensional karena kadar karbonnya

yang rendah, sehingga perlu dilakukan proses carburizing.

Proses carburizing sendiri didefinisikan sebagai suatu proses penambahan

kandungan unsur karbon (C) pada permukaan baja. Proses carburizing

yang tepat akan menambah kekerasan permukaan sedang pada bagian dalam

tetap ulet.Baja biasanya dijual dalam bentuk baja padat, baik dalam

bentuk plat, lonjoran, batangan maupun profil. Menaikkan maupun

menurunkan prosentase unsur karbon dari baja padatan tidak semudah

dalam keadaan cair, salah satu cara yaitu dengan proses

carburizing.Carburizing tidak mampu merubah komposisi karbon secara

menyeluruh dari material yang diproses, namun pada daerah kulit atau

permukaan baja akan berubah signifikan. Selain dari itu ada hal yang

perlu diperhatikan sebelum memulai proses pengarbonan (carburizing),yaitu

komposisi kimia khususnya perubahan unsur karbon C akan dapat

mengakibatkan perubahan sifat-sifat mekanik baja tersebut. Proses karburasi

dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu waktu penahanan atau lamanya

proses karburasi,temperatur pemanasan,media karburasi dan lamanya proses

pendinginan. Untuk media karburasi, penggunaan prosentase bahan karbon

aktif danbahan kimia yang berfungsi sebagai energize akan menghasilkan

kekerasan yang berbeda pada baja.

3

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

1. Mengetahui struktur mikro baja karbon rendah dengan arang daun bambu

berukuran 200 mesh dan arang hasil shaker mill.

2. Mengetahui perbandingan kekerasan arang daun bambu berukuran 200

mesh dan arang hasil shaker mill.

1.3 Rumusan Masalah

Untuk mempermudah penelitian maka dirumuskan permasalahan sebagai

berikut :

1. Bagaimana struktur mikro pada baja karbon rendah proses carburizing

arang daun bambu berukuran 200 mesh dan arang hasil shakermill ?

2. Bagaimana hasil perbandingan kekerasan pada baja karbon rendah

proses carburizing arang daun bambu berukuran 200 mesh dengan

arang hasil shaker mill ?

1.4 Batasan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, penelitian ini berkonsentrasi pada:

a. Arang yang dipakai terbuat dari daun bambu.

b. Partikel karbon yang digunakan lolos ayakan 200 mesh.

c. Ukuran bola baja yang digunakan adalah 1/4 inchi.

d. Pembuatan partikel nano menggunakan alat shaker mill.

e. Kecepatan putaran mesin pada shaker mill adalah 900 Rpm.

f. Proses Carburizing selama 2 jam.

g. Siklus tumbukan yang digunakan sebesar 3 juta siklus.

h. Pengujian spesimen menggunakan uji Kekerasan Vickers (Vickers

Hardness testing) dan uji struktur mikro

4

i. Dalam penelitian ini hanya mengkaji perbandingan data hasil uji

kekerasan vickers arang daun bambu berukuran 200 mesh dan arang hasil

shaker mill.

1.5 Tinjauan Pustaka

Karim,Muhammad,R (2017) melakukan penelitian studi sifat fisis dan

mekanis baja karbon rendah dengan perlakuan carburizing arang bambu.

Dengan proses Carburizing 2 jam dengan arang bambu nilai kekerasan rata

rata raw material 183,817 VHN meningkat menjadi 351,050 VHN dengan

kedalaman 0.10 mm dan nilai rata rata kekerasanya 219,085 VHN setelah

dilakukan carburizing.

Nurharyanto,Anwar (2008) melakukan penelitian pengaruh variasi

media carburizing terhadap kekerasan dan struktur mikro dari baja karbon

rendah pada proses pack carburizing. Menggunakan Media carburizing yang

digunakan adalah arang sekam padi dan arang tempurung kelapa dengan

presentase berat sebesar 80% dan bahan kimia aktif aktif (BaCO3) sebesar

20%. Hasil dari penelitian tersebut Sekam padi dengan waktu penahanan

selama 3 jam diperoleh nilai kekerasan sebesar 570 HV dengan kedalaman

pengerasan pada 0.13 mm. Sehingga jika menggunakan media arang sekam

padi untuk proses pack carburizing waktu yang digunakan lebih dari 3 jam.

Setyono Y (2012) melakukan penelitian sifat fisis dan mekanis baja

karbonisasi arang kayu sengon.penelitian ini menggunakan temperatur 900o C

variasi waktu 2 jam dan 4 jam dengan proses karbonisasi, harga kekerasan

yang semula 247,0 VHN (raw material) meningkat menjadi 250,2 VHN

(karbonisasi 2 jam) dan 260,3 VHN (karbonisasi 4 jam).

2. Metodologi Penelitian

2.1 Diagram Alir

5

Kegiatan penelitian ini dilaksanakan sesuai dengan diagram alir

dibawah ini :

2.2 Alat dan Bahan

Bahan

1. Baja karbon rendah

2. Arang daun bambu

3. Resin

Mulai

Studi Pustaka

Persiapan Alat dan Bahan

Arang 200 Mesh Proses Shakermill

Proses Carburizing

Pengujian Strukturmikro

Analisa Data

Kesimpulan

Pengujian Kekerasan

Selesai

Pengayakan Arang (200 mesh)

6

4. Larutan HNO3

Alat

1. Penumbuk

2. Ayakan

3. Bola baja ukuran ¼ inch

4. Tabung shaker mill

5. Shakermill

6. Cawan

7. Furnace

8. Gerinda Potong

9. Amplas

10. Autosol

11. Alat uji struktur Mikro

12. Alat uji kekerasan vikers

2.3 Langkah-langkah pengujian

Langkah-langkah penelitian :

1. Mempersiapkan alat dan bahan penelitian.

2. Proses pembuatan arang daun bambu

3. Melakukan pengayakan 200 mesh

4. Menyiapkan arang 200 mesh yang akan di shakermill

5. Melakukan proses penumbukan dengan shaker mill dengan ukuran

bola baja ¼ inchi.

6. Melakukan proses carburizing

7. Melakukan pengerasan resin terhadap baja karbon untuk

mempermudah proses pengujian.

8. Memotong atau membelah spesimen menjadi dua bagian.

9. Melakukan penghalusan pada permukaan baja karbon dengan cara

diamplas.

10. Proses etsa pada spesimen

7

11. Melakukan pengujian struktur mikro.

12. Melakukan pengujian kekerasan vikers.

13. Selesai Pengujian.

3 . Analisa Pembahasan

3.1 Pembahasan Pengujian Struktur Mikro

3.1.1 Pengujian Struktur Mikro Baja Karbon Dengan Arang 200

Mesh

Dari pengujian yang dilakukan diperoleh gambar struktur mikro baja

karbon 200 Mesh, Terlihat dibawah ini :

Gambar struktur mikro baja karbon 200 mesh bagian tepi dengan

pembesaran 100x

Perlite

Ferrite

8

Gambar struktur mikro baja karbon 200 mesh bagian transisi dengan

pembesaran 100x

Gambar struktur mikro baja karbon 200 mesh bagian tengah dengan

pembesaran 100x

Perlite

Ferrite

Perlite

Ferrite

9

Pembahasan pengujian strukturmikro :

Dari pengujian strukturmikro pada baja karbon rendah dengan

lapisan arang 200 mesh dapat diketahui bahwa pada bagian tepi hingga

ke tengah fasa perlite mengalami penurunan jumlah, sedangkan fasa

ferrite mengalami peningkatan. Fasa perlit memiliki sifat yang kuat dan

cukup keras dan fasa ferrite memiliki sifat lunak dan ulet.

3.1.2 Pengujian Struktur Mikro Baja Karbon Dengan Arang Hasil

Shakermill

Dari pengujian yang dilakukan diperoleh gambar struktur mikro proses

shakermill, Terlihat dibawah ini :

Gambar struktur mikro baja karbon dengan arang hasil Shaker mill bagian

tepi dengan perbesaran 100x

Perlite

Ferrite

10

Gambar struktur mikro baja karbon dengan arang hasil Shaker mill bagian

transisi dengan perbesaran 100x

Gambar struktur mikro baja karbon dengan arang hasil Shaker mill bagian

tengah dengan perbesaran 100x

Ferrite Perlite

Ferrite

Perlite

11

Pembahasan pengujian strukturmikro :

Dari pengujian struktur mikro pada baja karbon rendah dengan lapisan

arang hasil shaker mill dapat diketahui bahwa pada bagian tepi hingga

ke tengah fasa perlite mengalami penurunan jumlah, sedangkan fasa

ferrite mengalami peningkatan. Fasa perlit memiliki sifat yang kuat dan

cukup keras dan fasa ferrite memiliki sifat lunak dan ulet.

3.2 Pembahasan Pengujian Kekerasan

Kekerasan permukaan material dapat diuji dengan

menggunakan metode Vikers. Pada uji kekerasan Vikers

menggunakan 5 titik sampel, gaya (F) sebesar 2.942 N dan waktu

pembebanan (T) 15 detik. Diperoleh nilai kekerasan sebagai berikut:

Tabel Nilai kekerasan baja karbon dengan arang 200 Mesh

No Perlakuan

Jarak

dari tepi

(mm)

d1

(µm)

d2

(µm)

d rata-

rata

(µm)

Kekerasan

(HV)

1 0,2 61,88 61,94 61,9 107,5

2 0,4 84,50 63,69 74,1 101,5

3 200 Mesh 0,6 84,57 64,50 74,53 100,3

4 0,8 86,26 66,34 76,30 95,6

5 1 87,20 68,70 77,95 90,2

Hasil dari pengujian dapat dilihat pada tabel tersebut terlihat adanya

penurunan harga kekerasan, mulai dari titik ke-1 (satu) dengan harga

12

kekerasan yang tinggi (107,5 HV) dan kemudian berangsur menurun hingga

titik ke-5 (lima) dengan harga kekerasan (90.2 HV). Hal ini menunjukan

bahwa penurunan harga kekerasan adalah akibat atom karbon yang masuk

kedalam struktur baja hanya sampai beberapa micron saja.

Tabel Nilai kekerasan baja karbon dengan arang hasil shakermill

No Perlakuan

Jarak

dari tepi

(mm)

d1

(µm)

d2

(µm)

d rata-

rata

(µm)

Kekerasan

(HV)

1 0,2 75,30 58.24 66,77 110.5

2 Shakermill 0,4 76,80 60,36 68,58 108,2

3 0,6 78,63 66,44 72,53 105,9

4 0,8 80,82 76,55 78,83 90,0

5 1 82,69 76,69 76,69 87,7

Hasil dari pengujian dapat dilihat pada tabel tersebut terlihat adanya

penurunan harga kekerasan, mulai dari titik ke-1 (satu) dengan harga

kekerasan yang tinggi (110,5 HV) dan kemudian berangsur menurun hingga

titik ke-5 (lima) dengan harga kekerasan (87,7 HV). Hal ini menunjukan

bahwa penurunan harga kekerasan adalah akibat atom karbon yang masuk

kedalam struktur baja hanya sampai beberapa micron saja.

13

Dari tabel nilai kekerasan baja karbon dengan arang daun bambu 200

mesh dan arang hasil shakermill maka diperoleh grafik pada gambar di bawah

ini :

Grafik perbandingan kekerasan antara baja karbon dengan arang 200 mesh

dan arang hasil shakermill

Dari pengujian kekerasan yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa

nilai kekerasan dengan arang 200 mesh maupun arang hasil shaker mill sama-

sama mengalami penurunan nilai kekerasan yang disebabkan oleh fasa yang

terdapat pada bagian permukaan material dan kecepatan perambatan atom

karbon. Pada baja karbon dengan arang 200 mesh dari bagian tepi hingga ke

tengah mengalami penurunan nilai kekerasan dari 107,5 HV menjadi 90,2

HV. Sedangkan pada baja karbon dengan arang hasil shaker mill dari bagian

tepi hingga ke tengah mengalami penurunan nilai kekerasan dari 110,5 HV

menjadi 87,7 HV.

0

20

40

60

80

100

120

0.2 0.4 0.6 0.8 1

shakermils

200 mesh

(mm)

14

4 . PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Setelah melakukan penelitian dan analisa dapat diambil kesimpulan sebagai

berikut:

1. Pengujian struktur mikro baja karbon dengan arang daun bambu 200 mesh

dari bagian tepi hingga ke tengah mengalami penurunan fasa perlite yang

disebabkan oleh waktu penahanan dan kecepatan perambatan yang kurang

sehingga unsur karbon (C) tidak dapat masuk meresap dengan baik .

Sedangkan pengujian struktur mikro baja karbon dengan arang daun bambu

shakermill dari bagian tepi hingga ke tengah juga mengalami penurunan fasa

perlite yang juga disebabkan oleh waktu penahanan dan kecepatan

perambatan yang kurang baik.

2. Dengan proses Carburizing 2 jam dengan arang daun bambu nilai kekerasan

arang 200 mesh maupun arang shaker mill sama-sama mengalami penurunan

nilai kekerasan yang disebabkan fasa yang terdapat pada bagian permukaan

material dan kecepatan perambatan atom karbon. Terjadi penurunan nilai

kekerasan pada baja karbon dengan arang 200 mesh dari 107,5 HV menjadi

90,2 HV. Dan terjadi penurunan nilai kekerasan pada baja karbon dengan

arang shakermill dari 110,5 HV menjadi 87,7 HV.

4.2 Saran

Setelah melakukan penelitian ini penulis memberikan saran yang bisa dijadikan

pertimbangan yaitu :

1. Dalam pemilihan bahan agar diperhatikan kondisi pasaran agar bahan

pengujian mudah didapat.

2. Pada saat pembuatan bahan penelitian sebaiknya lebih teliti dalam pemilihan

bahan

15

3. Dalam pengujian struktur mikro dan kekerasan sebaiknya lebih

memperhatikan cara dan proses pengujian.

4. Dalam persiapan pengujian struktur mikro dan kekerasan sebaiknya benda uji

diperhatikan kerataanya dan kehalusanya.