PENGARUHWAKTU POST-TREATMENT LAPISANNITRIDASI TERHADAP LAJU KEAUSAN PADA
PERMUKAAN THRUST WASHERDIFFERENTIAL
TUGAS AKHIR
HAMKAMUKHANDARNIM: 150309263291
PROGRAM STUDI ALAT BERAT JURUSAN TEKNIKMESINPOLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN
BALIKPAPAN2018
PENGARUHWAKTU POST-TREATMENT LAPISANNITRIDASI TERHADAP LAJU KEAUSAN PADA
PERMUKAAN THRUST WASHERDIFFERENTIAL
TUGAS AKHIR
KARYA TULIS INI DIAJUKAN SEBAGAI SALAH SATUSYARAT UNTUKMEMPEROLEH GELAR AHLI MADYA
DARI POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN
HAMKAMUKHANDARNIM: 150309263291
PROGRAM STUDI ALAT BERAT JURUSAN TEKNIKMESINPOLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN
BALIKPAPAN2018
ii
iii
iv
v
LEMBAR PERSEMBAHAN
Karya ilmiah ini kupersembahkan kepada
Ayahanda dan Ibunda tercinta
Arhannudin dan Siti Ramlah
Saudaraku yang kusayang
Febrian Hamdani Valensia dan Intan Novia Andini
Sahabat - sahabat saya
Nur Rizky Arianto dan Muhammad Fauzan
Rekan-rekan Mahasiswa Teknik Mesin Alat Berat Angkatan 2015
Dosen Teknik Mesin
Dosen pembimbing dan wali dosen
Rekan OJT di site Adaro
Seluruh mahasiswa Politeknik Negeri Balikpapan angkatan 2015
Terkhusus kawan-kawan 3 TM 2 angkatan 2015
vi
ABSTRACT
Differential or better known by the term with garden is one component ofpower train. In the differential case there is an important component that iswasher differential component, this component has function to maintain wearbetwen the components that move with each other. There are many cases of thrustwasher, from any discussions on this issue has purpose improve the quality of thethrust washer. Based on the related background therefore the researcher isinterested to do this research on the influence post-tratment plasma nitridasiagainst wear rate value to thrust washer differential. The coating process plasmanitriding used nitrogen gas with temperature 400 ºC and 4 hours and thanpressure varied. The highest specific wear number for coating pressure was 1,6mbar of 22 × 10-5 mkgmm .3 and the highest specific wear number for coatingpressure was 1,8 mbar of 26 × 10-5 ..3 mkgmm After the coating process sampletest was given post-treatment with temperature 400 ºC and time variated and thanpressure 1 mbar. The minimum specific wear number for coating pressure 1,6mbar of 2,5 × 10-5 ,.3 mkgmm while the minimum specific wear number forcoating pressure 1,8 mbar of 0,8 × 10-5 ..3 mkgmm The purpose otpost-treatment was to increase the strength of fatigue. This process has otheruseful applications, such as eliminating tensile stresses that contribute tocorrosion stress and increase the specific wear value. This research proved thatpost-treatment was proven influence the specific wear value of thrust washerdifferential.Keywords: Differential, Plasma Nitriding, Post-treatment, Thrust WasherDifferential, Specific Wear.
vii
ABSTRAK
Differential atau lebih dikenal dengan istilah garden merupakan salah satukomponen power train. Didalam differential case terdapat salah satu komponenpenting yaitu thrust washer differential, komponen ini berfungsi menjaga keausanantara komponen yang saling bergerak satu dengan yang lainnya. Ada banyakkasus tentang thrust washer, dari beberapa pembahasan mengenai masalah initujuannya selalu untuk mempebaiki kualitas dari material thrust washer. Dari latarbelakang tersebut penulis tertarik untuk melakukan penelitian tentang pengaruhpost-tratment plasma nitridasi terhadap nilai laju keausan pada thrust washerdifferential. Proses pelapisan plasma nitridasi menggunakan gas nitrogen denganparameter temperatur 400 ºC dan waktu 4 jam serta tekanan yang divariasikan.Nilai keausan spesifik untuk tekanan pelapisan 1,6 mbar sebesar 22 × 10-5
mkgmm .3 dan untuk tekanan pelapisan 1,8 mbar adalah 26 × 10-5
..3 mkgmm Setelah proses pelapisan, benda uji diberikan perlakuan post-treatmentdengan parameter temperatur 400 ºC dan waktu yang di variasilan serta tekanan 1mbar. Untuk Nilai keausan spesifik minimum pada tekanan pelapisan 1,6 mbarsebesar 2,5 × 10-5 ,.3 mkgmm sementara untuk tekanan pelapisan 1,8 mbar nilaikeausan spesifik minimum sebesar 0,8 × 10-5 ..3 mkgmm Tujuan post-treatmentsendiri adalah untuk meningkatkan kekuatan kelelahan. Proses ini memilikiaplikasi lain yang bermanfaat, seperti menghilangkan tegangan tarik yangberkontribusi terhadap tegangan korosi dan meningkatkan nilai keausan spesifik.Penelitian ini membuktikan bahwa post-treatment terbukti mempengaruhi nilaikeausan spesifik dari thrust washer differential.Kata Kunci: Differential, Plasma Nitridasi, Post-treatment, Thrust WasherDifferential, Keausan Spesifik.
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada ALLAH SWT Yang Maha
Kuasa, yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang, yang telah memberikan taufik
dan hidayah-Nya, serta berkah dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan penyusunan tugas akhir yang berjudul “PENGARUH WAKTU
POST-TREATMENT LAPISAN NITRIDASI TERHADAP LAJU KEAUSAN
PADA PERMUKAAN THRUST WASHER DIFFERENTIAL” sesuai dengan
waktu yang ditetapkan dan dapat selesai dengan baik. Shalawat serta salam selalu
tercurah kepada junjungan kita Nabi Besar Muhammad SAW yang selalu
menuntun umatnya kepada jalan yang benar dan di ridhoi oleh Allah SWT. Tugas
akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan kelulusan dari Politeknik
Negeri Balikpapan sebagai Diploma III pada jurusan Teknik Mesin Alat Berat
program Studi Alat Berat.
Di dalam penyusunan tugas akhir ini, bukan tanpa kendala dan kesulitan yang
dihadapi oleh penulis, tapi berkat dukungan dan bantuan dari berbagai semua
pihak tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik,. Penulis menyampaikan
ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ramli, SE., M.M sebagai Direktur Politeknik Negeri Balikpapan.
2. Bapak Zulkifli, S.T., M.T, sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin Alat Berat
3. Bapak Wahyu Anhar, S.T., M.Eng. sebagai pembimbing I, Bapak Mohamad
Amin, S.Pd.T., M.PFis, sebagai pembimbing 2 yang telah membimbing dan
memberikan pengarahan selama pengerjaan tugas akhir ini.
4. Seluruh staf dan karyawan jurusan Teknik Mesin Alat Berat Politeknik Negeri
Balikpapan dan rekan-rekan atas diskusi dan konsultasi yang di berikan.
5. Ayahanda, Ibunda, dan sanak saudara yang telah memberikan dorongan baik
moril maupun material serta do’a.
6. Seluruh sahabat angkatan 2015 Teknik Mesin Alat Berat yang telah banyak
membantu selama penyusunan tugas akhir ini hingga selesai.
ix
7. Semua pihak yang penulis tidak dapat menyebutkan satu per satu, yang telah
memberikan bantuan secara langsung maupun tidak langsung dalam
penyusunan tugas akhir ini hingga selasai.
8. Serta rekan-rekan Teknik Mesin Alat Berat angkatan 2015.
Dengan terbatasnya pengetahuan, pengalaman, serta kemampuan penulis
dalam menulis tugas akhir ini, baik dari segi teknik penyusunan maupun dari segi
pengolahan isi maka penulis mengucapkan permintaan maaf atas segala
kekurangannya. Besar harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat
bagi penulis sendiri maupun pihak yang membaca tugas akhir ini.
Balikpapan, 14 agustus 2018
Hamka Mukhandar
Nim: 150309263291
x
DAFTAR ISI
SAMPUL..................................................................................................................i
LEMBAR PENGESAHAN .............................................Error! Bookmark not defined.
SURAT PERNYATAAN..................................................Error! Bookmark not defined.
SURAT PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS..........................Error! Bookmark not defined.
LEMBAR PERSEMBAHAN..................................................................................v
ABSTRACT..............................................................................................................vi
ABSTRAK.............................................................................................................vii
KATA PENGANTAR.......................................................................................... viii
DAFTAR ISI ..........................................................................................................x
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ...............................................................................................xiii
BAB I PENDAHULUAN.......................................................................................1
1.1 Latar Belakang.............................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah......................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah............................................................................................2
1.4 Tujuan Penelitian.......................................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian........................................................................................ 3
1.6 Sistematika Penulisan....................................................................................3
BAB II TINJUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI................................5
2.1 Tinjuan Pustaka.............................................................................................5
2.2 Landasan Teori..............................................................................................8
2.2.1 Differential................................................................................................... 8
2.2.2 Thrust Washer.............................................................................................. 9
2.2.3 Data Matrial Thrust Washer Differential..................................................... 9
2.2.4 Surface Treatment...................................................................................... 10
2.2.5 Difusi..........................................................................................................10
2.2.6 Shot-Peening.............................................................................................. 13
2.2.7 Nitridasi......................................................................................................13
xi
2.2.8 Plasma Nitridasi......................................................................................... 13
2.2.9 Plasma Chemical Vapor Deposition (CVD).............................................. 14
2.2.10 Abrasion Testing With Revolving Disc...................................................... 14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.......................................................... 17
3.1 Jenis Penelitian............................................................................................17
3.2 Tempat PenelitianDan Waktu Penelitian.................................................... 17
3.3 Persiapan Benda Uji....................................................................................17
3.3.1 Alat dan Bahan...........................................................................................17
3.3.2 Proses Pekerjaan.........................................................................................18
3.4 Proses Uji Keausan Pada Benda Uji........................................................... 22
3.5 Metodologi Penelitian................................................................................. 23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................24
4.1 Pengujian Laju Keausan Lapisan Plasma Nitridasi.................................... 24
4.2 Pengujian Laju Keausan Post-Treatment Terhadap Lapisan Nitridasi....... 24
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN............................................................... 28
5.1 Kesimpulan................................................................................................. 28
5.2 Saran............................................................................................................28
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................... 29
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Differensial 8
Gambar 2.2 Thrust Washer 9
Gambar 2.3 Fenomena Difusi Sebelum Temperatur Tinggi 11
Gambar 2.4 Fenomena Difusi Setelah Temperatur Tinggi 12
Gambar 2.5 Ilustrasi Uji Keausan Metode Ogoshi 15
Gambar 3.1 Hasil Setelah Dilakukan Proses Holder 18
Gambar 3.2 Proses Pemolesan 19
Gambar 3.3 Mesin Poles 19
Gambar 3.4 Peralatan Nitridasi Plasma BATAN 20
Gambar 3.5 Hasil Setelah Dilakukan Proses Holder 22
Gambar 3.6 Ogoshi High Speed Universal Wear Testing Machine Type OAT-U 22
Gambar 3.7 Flow Chart Penelitian 23
Gambar 4.1 Grafik Nilai Keausan Spesifik Terhadap Waktu Post-treatment 25
Gambar 4.2. Ilustrasi Penumbukan Pada Proses Post-treatment 26
Gambar 4.3 Rekristalisasi 27
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Parameter Proses Pelapisan Plasma Nitridasi 20
Tabel 3.2 Parameter Proses Post-Treatment 21
1
BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dump Truck merupakan salah satu unit penunjang produksi pertambangan
yang memiliki peran dalam membantu pengangkutan material tanah dan
bebatuan ke tempat penimbunan, serta mengangkut hasil tambang seperti batu
bara yang baru dikeruk ke stock pile. Differential merupakan salah satu
komponen power train yang berfungsi untuk meneruskan putaran tenaga dari
transmisi melalui drive shaft yang selanjutnya akan diteruskan ke final drive atau
roda dan juga berfungsi membuat kecepatan roda kiri dan kanan berbeda saat
membelok. Pada komponen differential terdapat komponen thrust washer yang
berfungsi menjaga keausan antara komponen yang saling bergerak satu dengan
yang lainnya. Maka jika komponen thrust washer tidak berfungsi secara optimal
dapat menyebabkan kerusakan pada dua komponen yang saling bergerak dan
kemungkinan terburuk dapat menyebabkan kerusakan pada komponen
differential lainnya.
Penelitian sebelumnya Anhar W membahas tentang pengaruh temperatur
annealing terhadap kekerasan dan struktur mikro komponen thrust washer
differential. Penelitian tersebut bertujuan meningkatan kualitas dan mengetahui
sifat kekerasan material thrust washer differential. Proses annealing yang
dilakukan menggunakan variasi temperatur sebesar 825 °C, 875 °C, 925 °C, dan
975 °C. Penelitian tersebut berhasil menurunkan kekerasan pada raw material[1].
Terdapat treatment lain yang bertujuan untuk memperbaiki sifat material
khususnya dipermukaan. Salah satu proses untuk memperbaiki sifat permukaan
(surface treatment) adalah menggunakan plasma nitridasi atau bisa juga
menggunakan plasma nitridasi dengan metode plasma chemeical vapor
deposition (CVD).
Plasma nitridasi adalah suatu proses pengerasan permukaan dengan
menambahkan unsur nitrogen pada permukaan benda kerja. Proses nitridasi
dilakukan dengan metode plasma chemical vapor deposition (CVD).
2
Post-treatment adalah proses perlakuan permukaan setelah material terlapisi
kemudian dipadatkan/ditembakkan atom-atom dari gas mulia. Post-treatment
sama dengan proses shot peening yang bertujuan untuk meningkatkan kekuatan
kelelahan, menghilangkan tegangan tarik yang berkontribusi terhadap tegangan
korosi, membentuk dan meluruskan bagian-bagian logam dan pengujian adhesi
plat pada baja[2]. Angka kekerasan mempengaruhi ketahanan aus permukaan
benda uji, sehingga peningkatan angka kekerasan akan menurunkan keausan
spesifik[3].
Berdasarkan penelitian sebelumnya tentang post-treatment terhadap lapisan
diamond like carbon (DLC) menunjukan bahwa proses post-treatment dapat
meningkatkan kekerasan lapisan. Proses ini sangat cocok untuk komponen thrust
washer differential karena akan menghasilkan sifat keras,tahan aus, dan
internal stress rendah. Penulis akan menganalisa nilai laju keausan pada material,
kemudian akan dikomparasi atau dibandingkan dengan komponen sebelum
dilakukan plasma nitridas.
1.2 Rumusan Masalah
Bedasarkan ulasan latar belakang agar penelitian dapat terarah sesuai
rencana dan sasaran yang dikehendaki, maka rumusa masalah dalam penelitian
ini adalah:
1. Bagaimana nilai laju keausan dari thrust washer differential sebelum dan
sesudah dilakukan pelapisan post-treatment plasma nitridasi?
2. Bagaimana proses post-treatment dapat mempengaruhi laju keausan lapisan
plasma nitridasi pada thrust washer diffrensial?
1.3 Batasan Masalah
Untuk mencegahnya tidak melebarnya masalah dari pembahasan utama.
Maka perlu dilakukan proses pembatasan masalah yang dibatasi pada hal-hal
sebagai berikut:
1. Material yang digunakan untuk dilapisi adalah thrust washer diffrensial.
2. Metode pelapisan menggunakan metode post-treatment plasma nitridasi.
3
3. Tekanan yang diberikan saat melakukan proses nitridasi sebesar 1,6
mbar,dan 1,8 mbar.
4. Waktu pelapisan nitridasi adalah 4 jam, dengan suhu 400 ℃.
5. Tekanan yang diberikan saat melakukan proses post-treatment sebesar 1
mbar dengan suhu 400 ℃.
6. Waktu yang diberikan saat melakukan post-treatment bervariasi sebanyak 10,
20, 30, 40 dan 50 menit.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah:
1. Mengetahui perbandingan nilai laju keausan pada matrial sebelum pelapisan
dan sesudah pelapisan post-treatment plasma nitridasi.
2. Mengetahui pengaruh proses post-treatment terhadap laju keausan lapisan
plasma nitridasi pada thrust washer differential.
1.5 Manfaat Penelitian
Bedasarkan tujuan penelitian tugas akhir maka diharapkan memberikan
manfaat antara lain:
1. Menambah ilmu pengetahuan dan mengetahui tentang meningkatkan
kualitas komponen trust washer differential.
2. Dapat mengetahui perbedaan laju keausan sebelum dan sesudah dilakukan
post-tratment plasma nitridasi.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembaca dalam memahami isi proposal tugas akhir
ini, maka penulis menyusun proposal tugas akhir ini menjadi 3 (Tiga) bab.
Berikut adalah penjelasan mengenai isi bab-bab yang ada pada proposal tugas
akhir ini.
A. BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi pendahuluan yang mencakup tentang latar belakang,
rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan
sistematika penulisan.
4
B. BAB II LANDASAN TEORI Dan TINJUAN PUSTAKA
Pada bab ini berisi tentang tinjauan pustaka dan teori yang mendukung
penelitian tugas akhir.
C. BAB III METODE PENELITIAN
Pada bab ini berisi tentang jenis penelitian, waktu penelitian, prosedur
penelitian dan diagram.
D. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Di dalam bab ini diuraikan deskripsi objek penelitian analisis data dan
pembahasan hasil penelitian.
E. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Di dalam bab ini disajikan kesimpulan berdasarkan hasil analisa yang
merupakan jawaban dari perumusan masalah yang ada dan saran yang dapat
digunakan kedepannya.
F. DAFTAR PUSTAKA
G. LAMPIRAN
5
BAB IITINJUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Tinjuan Pustaka
Anhar W dkk melakukan penelitian tentang pengaruh temperatur annealing
terhadap kekerasan dan struktur mikro komponen thrust washer differential.
Tujuan dari penelitian ini adalah menurunkan tingkat kekerasan permukaan thrust
washer differential sehingga menekan angka kemungkinan thrust washer
differential mengalami patahan (patah getas). Bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah komponen thrust washer differential yang digunakan pada
unit dump truck-machine model CWB6BLLDN2. Proses annealing yang
dilakukan menggunakan variasi temperatur sebesar 825 °C, 875 °C, 925 °C, dan
975 °C dan kemudian di uji kekerasan menggunakan pengujian kekerasan metode
vickers. Besar beban indentasi adalah 200 gf dengan waktu indentasi selama 5
detik, kekerasan permukaan nontreatment sebesar 374 HVN turun menjadi 228,1
HVN. Proses annealing terhadap komponen thrust washer differential mampu
menurunkan kekerasan permukaan, kekerasan permukaan menurun seiring
dengan penambahan waktu annealing. Penurunan kekerasan permukaan
komponen thrust washer differential akan meningkatkan ketangguhan. Perubahan
karakteristik permukaan tersebut tidak hanya menyebabkan komponen tahan
gesekan tetapi juga tahan terhadap impack load[1].
Anhar W dkk, melakukan penelitian tentang pengaruh post-treatment
(perlakuan setelah) proses plasma chemical vapor deposition (CVD) terhadap
sifat kekerasan permukaan baja AISI 410. Gas yang digunakan dalam
post-treatment adalah gas Ar, N2, dan H2. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui pengaruh post-treatment terhadap sifat kekerasan permukaan baja
AISI 410. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja AISI 410.
Perbandingan untuk campuran gas Ar dengan gas CH4 adalah 90% Ar dan 10%
CH4, sedangkan perbandingan untuk campuran gas He dengan gas CH4 adalah
76% He dan 24% CH4 Parameter pendeposisian lapisan yakni tekanan 1,6 mbar,
temperatur 300 °C, dan waktu pendeposisian selama 4 jam. Dalam proses
6
post-treatment bahan yang digunakan adalah gas argon. Parameter
post-treatment menggunakan tekanan 1 mbar, temperatur 300 °C, dan variasi
waktu pendeposisian yaitu 10 menit, 20 menit, dan 30 menit. Dari hasil
pengujian tersebut didapatkan penambahan waktu post-treatment menggunakan
parameter tekanan 1 mbar, dan temperatur 300 °C menyebabkan meningkatnya
kekerasan permukaan lapisan pada baja AISI 410[4].
Suprapto dkk, melakukan penelitian tentang proses analisa permukaan
material alumunium paduan (AlSiCu) hasil nitridasi ion. Tujuan utama dari
proses nitridasi ion matrial logam berbasis bukan fero yaitu AlSiCu untuk
meningkatkan kekerasan, ketahanan aus, uji struktur mikro dan komposisi serta
analisa hasil nitridasi. Bahan yang dinitridasi adalah cuplikan alumunium paduan
AlSiCu yang mempunyai ukuran 10 mm × 20 mm × 2 mm, proses nitridasi di
lakukan dengan berbagai variasi waktu, tekanan dan suhu. Variasi waktu yaitu 2
jam, 3 jam, 4 jam dan 5 jam. Sedangkan variasi tekanan yaitu 0,8 mbar, 1 mbar,
1,2 mbar dan 1,4 mbar. Untuk variasi suhu dilakukan pada suhu 125 ℃, 150 ℃
dan 175 ℃, Uji kekerasan menggunakan Micro Hardness Tester
MATSUZAWA tipe MMT-X7. Dari hasil pengujian tersebut terlihat bahwa
makin lama waktu proses nitridasi berlangsung kekerasanya meningkat dan
mencapai puncaknyapada waktu nitridasi 3 jam[5].
Lely Susita RM dkk, melakukan penelitian tentang pengaruh dosis ion
nitrogen pada ketahanan korosi, struktur mikro dan struktur fase biomaterial
stainless stell 316L. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperbaiki
sifat-sifat permukaan biomaterial stainless steel austenitik 316L dengan teknik
implantasi ion nitrogen dan nitridasi ion. Bahan yang digunakan dalam proses
implantasi ion nitrogen adalah biomaterial berbasis besi, yaitu stainless steel
austenitik 316L dengan kemurnian (% berat): Fe-69%, Cr-18%, Ni-10%, Mo-3%;
gas nitrogen. Pada penelitian ini dilakukan implantasi ion nitrogen dengan
variasi dosis ion 2,0 × 1016 ion/cm2, 5,0 ×1016 ion/cm2, 1,0 × 1017 ion/cm2 dan 2,0
× 1017 ion/cm2, dan pada energi ion nitrogen 60 keV. Selanjutnya dari implantasi
ion nitrogen yang menghasilkan ketahanan korosi optimum, cuplikan dinitridasi
ion pada suhu nitridasi 350 ºC dan waktu nitridasi ion selama 4 jam. Dari hasil
pengujian tersebut diperoleh peningkatan ketahanan korosi hingga faktor 2,1
7
yang disebabkan oleh terbentuknya fase -Fe2N dan -Fe3N yang mempunyai
sifat ketahanan korosi sangat baik[6].
Aris Widyo Nugroho dkk, melakukan penelitian untuk mengetahui efek
plasma nitricarburized pada sifat mekanik dan sifat korosi stainless stel 304.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari efek nitricarburized pada
permukaan steinless stel 304. Bahan yang digunakan dalam proses ini adalah
steinless stel 304 dengan metode microindentation. Dari hasil pengujian tersebut
didapatka hasil bahwa plasama nitricarburized pada stainless stel 304
ditemperature 500 ℃ meningkatkan nilai-nilai kekerasan dan laju keausan[7].
Libor Trško, melakukan penelitian tentang the effect of different shot
peening intensities on fatigue life of AW 7075 aluminium alloy. Tujuan dari
penelitian ini adalah untuk meningkatkan umur kelelahan AW 7075 aluminium
alloy di wilayah high and ultra-high cycle. Bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah material yang di gunakan pesawat terbang AW 7075
aluminium alloy dengan komposisi kimia dan sifat mekanik yang normal.
Matrial dilakukan dengan shot peening dengan variasi type shot pening. SP1
dengan type shot CEZ 100 menghasilkan almen intensity 8,3N dan kekerasan
sebesar 2.614 μm. SP2 dengan type shot S110 menghasilkan almen intensity 6,9
A dan kekerasan sebesar 3,849 μm[8].
Bedasarkan tinjuan pustaka penulis tertarik untuk membahas dan
melakukan penelitian tentang pengaruh waktu post-treatment lapisan nitridasi
terhadap laju keausan pada permukaan thrust washer differential. Tujuan dari
penelitian ini untuk menganalisa nilai laju keausan pada permukaan thrust
washer sebelum dan sesudah proses nitridasi, serta mampu mengetahui proses
post-treatment terhadap pengaruh karakteristik lapisan plasama nitridasi pada
thrust washer diffrensial. Proses pelapisan plasma nitridasi menggunakan gar
nitrogen dan argon, serta proses pelapisan post-treatment menggunakan gas
argon. Setelah dilakukan proses pelapisan post-treatment plasma nitridasi, thrust
washer akan dilakukan pengujian keausan menggunakan alat Ogoshi high speed
universal wear testing machine type OAT-U untuk mengetahui laju keausan
benda uji.
8
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Differential
Differential merupakan salah satu komponen power train yang berfungsi
untuk meneruskan tenaga putaran transmisi melalui propeller shaft yang
selanjutnya akan membuat penyaluran tenaga lebih halus ke final drive atau
roda-roda penggerak dan membuat kecepatan roda kiri dan kanan berbeda saat
membelok. Differensial terdiri atas sususnan roda-roda gigi yang berbentuk
kerucut (bevevl drive pinion) seperti pada Gambar 2.1. Saat kendaraan berjalan
belok atau pada jalan yang buruk akan terjadi jarak tempuh yang beda anatara
roda kanan dan kiri. Jika kedua roda berputar pada kecepatan sama, roda dengan
jarak tempuh lebih pendek akan slip. Tujuan differential ini akan secara otomatis
membuat kecepatan roda berbeda antara roda kiri dan roda kanan sehingga
perputaran menjadi halus. Differential akan mengurangi keausan ban dan
kerusakan shaft differential.
Differential terbagi menjadi 2 bagian utama yaitu final gear dan differential
gear. Final gear terdiri dari drive pinion/pinion shaft dan ring gear/bevel gear,
dan berfungsi untuk memperbesar momen dan mengubah arah putaran sebesar
90°. Sedangkan differential gear terdiri dari side gear, dan berfungsi untuk
membedakan kecepatan putaran roda kiri dan kanan saat membelok[9].
Gambar 2.1 Differensial
Sumber: Nugroho, (2005)[9]
9
2.2.2 Thrust Washer
Thrust Washer merupakan salah satu komponen yang berfungsi menjaga
keausan antara dua komponen utama differential yang saling bergerak satu
dengan yang lainnya, sehingga pada komponen ini sangat dianjurkan untuk
memiliki karakteristik yang kuat, seperti yang di tunjukkan pada Gambar 2.2[9].
Gambar 2.2 Thrust Washer
Sumber: Huda, (2017)[9]
2.2.3 Data Matrial Thrust Washer Differential
Komponen thrust washer differential termasuk kedalam baja paduan rendah
(low alloy steel). baja ini memiliki sifat tensile strength yang tinggi, tahan
terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin
yang baik dan sifat mampu las yang tinggi. Baja ini memiliki kadar karbon
rendah sehingga relatif lunak dan liat, sehingga mudah dalam pembentukan dan
pengelasa. Untuk mendapatkan sifat - sifat diatas maka baja diproses secara
khusus dengan menambahkan unsur - unsur paduan seperti tembaga (Cu), nikel
(Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), vanadium (Va) dan columbium, dengan
jumlah total tidak lebih dari 5%. Struktur yang dimiliki oleh baja sangat
ditentukan oleh kandungan karbonnya. Pada baja karbon rendah, struktur
didominasi oleh ferit dan diikuti oleh sedikit perlit. Komponen thrust washer
differential termasuk spesifikasi The American Iron and Steel Institute (AISI)
type 5120. Angka lima dalam type menunjukan bahwa matrial thrust washer
10
merupakan baja paduan chromium steel, angka satu menunjukan bahwa matrial
thrust washer merupakan baja paduan rendah dengan komposisi chromium (Cr)
sebesar 0,80% - 1,50% dan ditambahkan dengan sulfur (S) sebesar 0% - 0,04%,
sedangkan angka 20 menunjukan matrial thrust washer masuk dalam golongan
low carbon steel dengan kandungan carbon (C) sebesar 0,20%.
2.2.4 Surface Treatment
Surface treatment adalah suatu perlakuan untuk menghasilkan terbentuknya
kulit lapisan pada permukaan matrial, dimana lapisan tersebut memiliki
sifat-sifat lebih baik dibandingkan dengan bagian dalam pada matrial. Perlakuan
permukaan ini bertujuan untuk meningkatkan sifat permukaan matrial[10].
2.2.5 Difusi
Banyak reaksi dan proses yang penting dalam perawatan material yang
bergantung pada transfer massa benda padat yang spesifik (solid specific), cairan
(liquid), atau dari gas. Transfer massa ini harus dicapai dengan difusi, sebuah
fenomena transportasi material dengan gerakan atom. Fenomena difusi ini dapat
didemonstrasikan dengan menggunakan sebuah diffusion couple, yang mana
bergabungnya dua unsur logam yang berbeda menjadi satu. Fenomena tersebut
akan diilustrasikan oleh dua unsur berbeda yaitu Cu dan Ni, seperti yang
ditunjukan pada Gambar 2.3. Pada titik pertemuan antara Cu dan Ni ada
sebagian unsur yang saling berpindah tempat, seperti yang ditunjukan dan
Gambar 2.4. Sebagian unsur Ni ada yang berpindah ke wilayah Cu begitupun
sebaliknya, inilah yang disebut fenomena difusi[11].
11
Keterangan:
a) Pasangan difusi antara Cu dan Ni sebelum temperatur tinggi pada heat
treatment.
b) Representasi skematik letak atom dalam pasangan difusi Cu (lingkaran
merah) dan Ni (lingkaran abu-abu).
c) Konsentrasi dari Cu dan Ni menyebrang ke seluruh pasangan difusi.
Gambar 2.3 Fenomena Difusi Sebelum Temperatur Tinggi
Sumber: Callister, (2001)[11]
12
Keterangan:
a) Pasangan difusi Cu dan Ni setelah temperatur tinggi pada heat treatment,
menunjukkan zona paduan difusi.
b) Representasi skematik letak atom dalam pasangan difusi Cu (lingkaran
merah) dan Ni (lingkaran abu-abu).
c) Konsentrasi dari Cu dan Ni menyebrang ke seluruh pasangan difusi.
Gambar 2.4 Fenomena Difusi Setelah Temperatur Tinggi
Sumber: Callister, (2001)[11]
Dilihat dari prespektif atom, difusi hanya perpindahan bertahap atom dari
bagian satu kebagian lainnya. Faktanya, atom yang ada pada material padat
bergerak konstan dan berubah posisi dengan sangat cepat. Agar atom melakukan
gerakan seperti itu, maka ada dua kondisi yang harus dipenuhi:
a) Harus ada lokasi yang kosong yang berdekatan.
b) Atom harus memiliki energi yang cukup untuk memutuskan ikatan dengan
atom lainnya dan kemudian menyebabkan beberapa distorsi kisi saat
melakukan perpindahan. Energi tersebut bersifat vibrasional.
13
Pada suhu tertentu beberapa fraksi kecil dari jumlah total atom mampu
melakukan gerakan difusi, berdasarkan besarnya energi vibrasi mereka. Fraksi
ini akan meningkat seiring bertambahnya suhu[11].
2.2.6 Shot-Peening
Shot peening adalah metode kerja dingin dimana tegangan tekan diinduksi
pada lapisan permukaan yang terbuka dari bagian logam oleh pelapisan aliran
tembakan, diarahkan pada permukaan logam dengan kecepatan tinggi di bawah
kondisi yang terkendali. Tujuan shot peening sendiri adalah untuk meningkatkan
kekuatan kelelahan. Proses ini memiliki aplikasi lain yang bermanfaat, seperti
menghilangkan tegangan tarik yang berkontribusi terhadap tegangan korosi,
membentuk dan melurusakan bagian-bagian logam, dan pengujian adhesi plat
pada baja[2].
2.2.7 Nitridasi
Proses nitridasi merupakan salah satu proses perlakuan panas kimia (thermo
chemical treatment) yang bertujuan untuk meningkatkan kekerasan pada
permukaan. Pengerasan permukaan tersebut dilakukan dengan jalan mendifusikan
atom nitrogen ke permukaan baja yang berada dalam fasa ferrit pada temperatur
500-590 ˚C. Pada temperatur ini tidak terjadi perubahan fasa selama pendinginan,
sehingga dapat menghindari terjadinya distorsi dan memberikan kontrol dimensi
yang lebih baik. Reaksi antara nitrogen dan besi menyebabkan pembentukan
nitrida pada permukaan sehingga mengakibatkan kekerasan pada permukaan
meningkat. Nitridasi bertujuan untuk:
Memperoleh kekerasan yang tinggi pada permukaan saja.
Meningkatkan ketahanan aus.
Meningkatkan fatigue life[12].
2.2.8 Plasma Nitridasi
Plasma nitridasi adalah suatu proses pengerasan permukaan dengan
menambahkan unsur nitrogen pada permukaan benda kerja (biasanya baja).
Proses nitridasi dilakukan dengan metode plasma chemeical vapor deposition
14
(CVD). Metode ini mampu mendeposisikan lapisan pada tempratur yang rendah
sehingga kemungkinan stress pada material akibat pemuaian dapat dikurangi[13].
2.2.9 Plasma Chemical Vapor Deposition (CVD)
Plasma chemeical vapor deposition CVD merupakan proses CVD yang
dibantu/ditingkatkan dengan bantuan plasma untuk dapat mendeposisikan
lapisan. Pendeposisian lapisan menggunakan plasma CVD memberikan
keuntungan yaitu proses pendeposisian dapat dilakukan pada temperatur rendah
daripada CVD thermal. Plasma CVD menggunakan reaksi suhu antara 300 ˚C
hingga 700 ˚C. Dalam proses CVD plasma, stress yang diakibatkan pemuaian
panas berkurang dan substrat dari tempratur yang sensitive lebih siap untuk
dilapisi. Proses plasma CVD menggunakan gas hidrokarbon (seperti metana,
nitrogen, benzana, dan lain-lain) yang diuraikan dalam ruang vakum menjadi ion
hidrogen dan karbon sehingga menubruk permukaan substrat karena adanya
pemberian tenaga. Sumber tenaga yang digunakan dalam proses plasma CVD
dapat berupa arus bolak-balik (dengan penggunaan radio frekuensi), atau arus
searah[11].
2.2.10 Abrasion Testing With Revolving Disc
Keausan adalah hilangnya sejumlah lapisan permukaan material karena
adanya gesekan antara permukaan padatan dengan benda lain akibat interaksi
mekanis. Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode
dan teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan
aktual. Salah satunya adalah dengan metode ogoshi dimana benda uji
memperoleh beban gesek dari disk yang berputar (revolving disk). Pembebanan
gesek ini akan menghasilkan kontak antara permukaan yang berulang-ulang
yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada permukaan benda
uji. Besarnya jejak permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar
penentuan tingkat keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak
keausan maka semakin tinggi volume material yang terlepas dari benda uji.
Gambar 2.5 menunjukan ilustrasi skematis dari kontak permukaan antara
revolving disc dan benda uji.
15
Keterangan:
W = Volume matrial yang terabrasi.
P = Beban.
r = Jari-jari revolving disc.
h = Kedalaman bekan injakan.
b = Lebar bekas injakan.
B = Tebal revolving disc.
V = Kecepatan putaran.
Gambar 2.5 Ilustrasi Uji Keausan Metode Ogoshi
Sumber: Www.WordPress.com[14]
Rumus yang digunakan dalam metode ini seperti Persamaan (2.1).
]15[3
)1.2..(................................................................................12.rbBW
Keterangan:
W = Volume matrial yang terabrasi(mm3).
B = Tebal revolving disc (mm).
r = Jari-jari disc (mm).
b = Lebar celah matrial yang terabrasi (mm).
16
Keausan dapat juga di ungkapkan dengan keausan spesifik, Keausan
spesifik dihitung berdasarkan lebar keausan benda uji yang termakan oleh
pengausan yang berputar. Keausan spesifik seperti Persamaan (2.2) (WS dalam
kgmm3 ) dinyatakan dengan:
]15[
.
3
)2.2.......(..................................................................................8.
OOS lPr
bBW
Keterangan:
WS = Keausan spesifk ( kgmm3 ).
B = Lebar disk (piringan) pengaus (mm).
b = Lebar keausan pada benda uji (mm).
r = Radius piringan pengaus (mm).
PO = Beban tekan pada saat pengausan (kg).
Lo = Jarak tempuh dari proses pengausan (mm).
17
BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN
3.1 Jenis Penelitian
Jenis penelitian dalam tugas akhir ini adalah experiment yang bertujuan
untuk meningkatkan kualitas material pada komponen thrush washer.
3.2 Tempat PenelitianDan Waktu Penelitian
Penelitian ini di lakukan di Workshop Teknik Mesin Politeknik Negeri
Balikpapan dan Laboraturium uji bahan BATAN (Badan Tenaga Nuklir
Nasional) Yogyakarta. Waktu penelitian dimulai dari 26 Februari sampai 9 Juni
2018.
3.3 Persiapan Benda Uji
Penelitian ini membutuhkan alat dan bahan serta sempel uji thrust washer
differential, adapun hal-hal yang dibutuhkan antara lain:
3.3.1 Alat dan Bahan
Persiapan alat dan bahan yang dibutuhkan sebelum melakukan proses
penelitian thrust washer differential antara lain:
Thrust washer differential
Mesin uji laju keausan ogohi untuk mengetahui nilai laju keausan material.
Mesin plasma nitridasi untuk melapisi specimen dengan gas karbon.
Mesin gerinda potong untuk memotong material.
Mesin potong frais/milling untuk membagi beberapa bagian material setelah
dipotong dengan mesin Gerinda.
Mesin pemoles (polisher) digunakan agar memperoleh permukaan spesimen
yang rata.
Amplas 180, 400, 600, 800, 1000, 1500 hingga 2000.
Majun, Kapas, pelumas dan tisu.
Alcohol 95% untuk membersihkan bagian permukaan.
18
Autosol digunakan pada saat penyelesaian dengan kain velvet.
Kain velvet (kain beludru) untuk mengkilapkan permukaan spesimen.
Larutan resin dan katalis digunakan untuk membuat holder agar
mempermudah proses pengamplasan dan pemolesan.
3.3.2 Proses Pekerjaan
Proses pekerjaan penelitian thrust washer diffetential, dilakukan dalam
beberapa proses antara lain:
A. Proses Pemotongan Benda Uji
Benda uji (Thrust washer) yang akan dilakukan pengujian, terlebih dahulu
dilakukan proses pemotongan agar mempermudah saat melakukan proses
pengujian. Pemotongan benda uji menggunakan mesin gerinda potong dan
pembagian benda uji setelah dipotong menggunakan mesin potong frais/milling.
B. Proses Pembuatan Holder Pada Benda Uji
Benda uji yang akan dilakukan proses pemolesan, terlebih dahulu
dibersihkan dan dibuatkan holder agar mempermudah saat melakukan proses
pemolesan. Pembuatan holder benda uji menggunakan bahan katalis dan resin
dengan perbandingan 1:30. Setelah campuran katalis dan resin tercampur
didalam cetakan, tunggu dalam sehari sampai campuran resin dan katalis
mengeras seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Hasil Setelah Dilakukan Proses Holder
19
C. Proses Pemolesan Benda Uji
Benda yang akan diuji dilakukan pemolesan menggunakan amplas dengan
urutan kekasaran amplas 180, 400, 600, 800, 1000, 1500 hingga 2000, proses
pemolesan benda uji dapat dilihat pada Gambar 3.2. Langkah finishing dilakukan
pemolesan menggunakan kain beludru (velvet) dengan pasta metal polish dan
alkohol 96%. Benda uji yang telah dipoles dibungkus dengan kertas tissue,
selanjutnya disimpan di dalam plastik klip dengan ditambahkan silica gel. Alat
yang digunakan pada saat melakukan proses pemolesan ditunjukan pada Gambar
3.3.
Gambar 3.2 Proses Pemolesan
Gambar 3.3 Mesin Poles
20
D. Proses Pelapisan Plasma Nitridasi Pada Benda Uji
Benda uji yang akan dilakukan pelapisan plasma nitridasi terlebih dahulu
dibersihkan menggunakan ultrasonic cleaner milik PSTA-BATAN Yogyakarta.
Media larutan menggunakan larutan alkohol 96% dan pembersihan dilakukan
selama 15 menit. Pelapisan pelasama nitridasi pada benda uji thrust washer
menggunakan alat plasma nitridasi milik PSTA-BATAN Yogyakarta. Skema
alat plasma nitridasi ditunjukan pada Gambar 3.4. Bahan pelapis menggunakan
campuran gas argon dan gas nitrogen. Proses pelapisan plasma nitridasi
dilakukan dengan parameter sepe rti yang ditunjukkan di dalam Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Parameter Proses Pelapisan Plasma Nitridasi
No Tekanan Suhu Waktu
1. 1,6 mbar 400 ℃ 4 Jam
2. 1,8 mbar 400 ℃ 4 Jam
Gambar 3.4 Peralatan Nitridasi Plasma BATAN
Sumber: Bandriyana, (2017)[16]
E. Proses Pelapisan Post-Treatment Pada Benda Uji
Setelah lapisan plasma nitridasi tadi terbentuk pada permukaan kemudian
dilanjutkan dengan proses post-treatment menggunakan gas mulia yaitu argon.
Gas tersebut dialirkan kedalam tabung lucutan (kondisi vakum), dimana material
yang akan dikeraskan diletakkan pada elektroda bawah (katoda) dalam tabung
21
tersebut. Karena adanya beda potensial yang terpasang diantara 2 elektroda,
maka gas mulia akan terionisasi. Ion-ion tersebut karena adanya pengaruh
medan listrik akan menumbuk permukaan material tersebut, kemudian
memadatkan lapisan karbon yang telah terbentuk sebelumnya, sehingga
menghasilkan kekerasan permukaan material yang lebih baik. Proses
post-treatment dilakukan dengan parameter seperti yang ditunjukkan di dalam
Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Parameter Proses Post-Treatment
No Tekanan Suhu Waktu
1. 1 mbar 400 ℃ 10 menit
2. 1 mbar 400 ℃ 20 menit
3 1 mbar 400 ℃ 30 menit
4 1 mbar 400 ℃ 40 menit
5 1 mbar 400 ℃ 50 menit
F. Proses Pembuatan Holder Laju Keausan Pada Benda Kerja.
Benda uji yang akan dilakukan proses uji keausan, terlebih dahulu
dibersihkan dan dibuatkan holder agar mempermudah saat melakukan proses uji
laju keasauan. Pembuatan holder benda uji menggunakan bahan katalis dan resin
dengan perbandingan 1:30. Setelah campuran katalis dan resin tercampur didalam
cetakan, tunggu dalam sehari sampai campuran resin dan katalis mengeras seperti
yang ditunjukan pada Gambar 3.5.
22
Gambar 3.5 Hasil Setelah Dilakukan Proses Holder
3.4 Proses Uji Keausan Pada Benda Uji
Benda uji yang sudah dilapisi plasma nitridasi akan masuk ke proses
keausan, untuk melihat laju keausan matrial setelah dilakukan prose pelapisan
plasma nitridasi. Alat yang digunakan pada proses ini yaitu ogoshi high speed
universal wear testing machine type OAT-U yang ditunjukan pada Gambar 3.6.
Fungsi ogoshi high speed universal wear testing machine type OAT-U adalah
untuk menentukan laju keausan suatu material dimana benda uji memperoleh
beban gesek dari disk yang berputar (revolving disc). Pembebanan ini akan
menghasilkan kontak yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material
pada benda uji. Besarnya jejak permukaan dari material yang tergesek itulah
yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material.
Gambar 3.6 Ogoshi High Speed Universal Wear Testing Machine Type OAT-U
Sumber: Www.Digilib.unila.ac.id[17]
23
3.5 Metodologi Penelitian
Diagram alir metode penelitian dapat ditunjukkan dalam Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Flow Chart Penelitian
24
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Laju Keausan Lapisan Plasma Nitridasi
Hasil dari pengujian laju keausan untuk tekanan pelapisan 1,6 mbar adalah
sebesar 22 × 10-5 ,.3 mkgmm sedangkan untuk tekanan pelapisan 1,8 mbar nilai
laju keausannya sebesar 26 × 10-5 ..3 mkgmm Perbedaan tekanan pelapisan
berpengaruh terhadap nilai keausan spesifiknya, dari hasil pengujian nilai
keausan spesifik untuk tekanan 1,8 mbar lebih besar di bandingkan dengan
tekanan pelapisan 1,6 mbar. Perbedaan ini disebabkan karena pada tekanan 1,8
mbar gas nitrogen yang terdifusi lebih banyak dibandingkan pada tekanan 1,6
mbar, sehingga untuk tekanan 1,8 mbar tegangan antar partikelnya masih tinggi.
Pada temperatur konstan terdapat hukum gas ideal seperti pada persamaan (4.1).
vmP × R × T.……………............................................................………(4.1)[18]
Dimana P adalah tekanan dalam bentuk satuan (Pa) kemudian V adalah
volume dalam (m3) dan M adalah massa dalam bentuk (kg). Dari 3 variabel ini
kita sudah bisa membuktikan jika tekanan tinggi maka massa yang dibutuhkan
jumlahnya banyak, dalam kata lain tekanan berbanding lurus dangan massa.
Persamaan ini terbukti bahwa untuk tekanan pelapisan 1,8 mbar difusi atom
nitrogen lebih banyak dibandingkan dengan tekanan pelapisan 1,6 mbar.
4.2 Pengujian Laju Keausan Post-Treatment Terhadap Lapisan Nitridasi
Material yang telah dilakukan pelapisan plasma nitridasi selanjutnya diberi
perlakuan post-treatment dengan parameter yang telah diatur pada metodologi
penelitian. Hasil pengujian keausan spesifik lapisan material setelah dilakukan
proses post-treatment bisa dilihat pada Gambar 4.1 bagian menit ke 10 sampai 50,
gambar tersebut adalah grafik hasil pengujian keausan spesifik terhadap waktu
post-treatment. Dari grafik Gambar 4.1 menunjukan bahwa dari 2 parameter
tekanan pelapisan yang berbeda menghasilkan perbedaan nilai keausan spesifik
yang signifikan.
25
Pengujian keausan spesifik untuk tekanan pelapisan 1,6 mbar pada menit ke
10 sebesar 38 ×10-5 ,.3 mkgmm bisa dilihat grafik pada Gambar 4.1 menunjukan
nilai keausan spesifik meningkat dari peroses pelapisan nitridasi. Peningkatan
dimenit pertama post-treatment pada tekanan pelapisan 1,6 mbar disebabkan
karena atom nitrogen yang terdifusi ke benda uji kurang sempurna. Setelah menit
ke 10 nilai keausan spesifik terus menurun sampai menit ke 40 dan mencapai titik
minimum pada menit 40 dengan nilai keausan spesifik 2,5 × 10-5 ..3 mkgmm .
Gambar 4.1 Grafik Nilai Keausan Spesifik Terhadap Waktu Post-treatment
Penurunan nilai keausan spesifik pada proses post-tratment disebabkan
karena atom argon yang menumbuk dan memadatkan lapisan plasma nitridasi
pada benda uji, pada proses ini atom argon tidak menyatu dengan benda uji
karena gas argon adalah gas yang bersifat mulia. ilustrasi penumbukan pada
proses pelapisan plasma nitridasi bisa dilihat pada Gambar 4.2. Efek tubrukan
diilustrasikan seperti pada proses shot peening. Shot peening adalah proses
menembakan permukaan benda uji dengan bola baja berukuran kecil dengan
tekanan tertentu. Shot peening bertujuan untuk menghilangkan tegangan tarik
yang berkontribusi terhadap tegangan korosi, membentuk dan melurusakan
bagian-bagian logam, dan pengujian adhesi plat pada baja[2]. Sedangkan dalam
26
post-treatment atom argon yang menjadi media shot peening. Efek dari proses ini
menghasilkan indentasi kecil atau lesung pada permukaan benda uji, sehingga
nilai kerapatan atomnya menjadi tinggi. Proses ini terjadi akibat adanya
perpindahan elektron dari anoda ke katoda dengan benda uji berada diposisi
katoda. Proses perpindahan elektron menyebabkan fenomena ionisasi, energi
yang dihasilkan dari ionisasi membantu memberi tekanan pada proses
penumbukan. Proses post-treatment berpengaruh terhadap nilai kekerasan pada
lapisan plasma nitridasi thrust washer differential
.
Gambar 4.2. Ilustrasi Penumbukan Pada Proses Post-treatment
Peningkatan nilai keausan spesifik untuk tekanan 1,6 mbar pada menit ke 50
disebabkan karena permukaan benda kerja mengalami proses rekristalisasi, faktor
utamanya adalah tempratur post-treatment yang konstan namun waktu terus
bertambah. Pada Gambar 4.3 terdapat hubungan waktu dengan temperature yang
27
akan menyebabkan fasa rekristalisai, dimana jika temperatur tinggi maka waktu
yang dibutuhkan untuk rekristalisasi pendek dan begitupun sebaliknya jika
tempratur rendah maka waktu yang dibutuhkan untuk rekristalisasi lama.
Gambar 4.3 Rekristalisasi
Sumber: Handbook, (1994)[19]
Pengujian keausan spesifik untuk parameter tekanan pelapisan 1,8 mbar
memiliki alur nilai keausan spesifik yang berbeda, untuk tekanan pelapisan ini
proses post-treatment terus menurunkan nilai keausan spesifik sampai mencapai
titik minimum pada menit 20 sebesar 0,8 × 10-5 ,.3 mkgmm setelah menit ke 20
nilai keausan spesifik meningkat sampai menit ke 50. Penyebab dari penurunan
dan kenaikan nilai keausan spesifik untuk tekanan pelapisan 1,8 mbar sama saja
seperti pada tekanan pelapisan 1,6 mbar.
Proses post-treatment terbukti berpengaruh terhadap nilai keausan spesifik
lapisan plasma nitridasi thrust washer differential. Pada grafik Gambar 4.1
menunjukan bahwa untuk tekanan pelapisan 1,6 mbar maupun tekanan pelapisan
1,8 mbar, ada proses kenaikan dan penuruan nilai keausan spesifik. Dari latar
belakang proses tumbukan yang terjadi karena perpindahan elektron dari anoda
ke katoda pada post-treatment, karena gas argon berukuran atom maka ini juga
mendasari untuk penelitian selanjutnya yaitu nano shot peening.
28
BAB VKESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian “Pengaruh Waktu Post-Treatment Lapisan
Nitridasi Terhadap Laju Keausan Pada Thrust Washer Differential” maka penulis
dapat menyimpulkan: .
1. Nilai keausan spesifik setelah pelapisan plasma nitridasi pada tekanan 1,6
mbar adalah 22 × 10-5 mkgmm .3 dan pada tekanan pelapisan 1,8 mbar
adalah 26 × 10-5 ..3 mkgmm
2. Proses post-treatment mampu mempengaruhi nilai keausan spesifik
lapisan yang disebabkan tumbukan oleh gas mulia (argon). Melalui
proses post-treatment dengan tekanan 1 mbar, nilai keausan spesifik
minimum untuk tekanan pelapisan 1,6 mbar sebesar 2,5 × 10-5
,.3 mkgmm sedangkan untuk tekanan pelapisan 1,8 mbar sebesar 0,8 ×
10-5 ..3 mkgmm
5.2 Saran
Adapun saran dari penulis dalam penelitian ini adalah
1. Perlu dilakukan pengujian SEM untuk melihat perubahan ketebalan
lapisan disetiap waktu post-tratment. Hal ini untuk membuktikan bahwa
terjadi tumbukan oleh atom-atom gas mulia dengan ditandai perubahan
ketebalan lapisan.
29
DAFTAR PUSTAKA
i
[1] Wahyu Anhar., Patria Rachmawaty., Triana Nofika Dewi., 2017,
Pengaruh Tempratur Annealing Terhadap Kekerasan dan Struktur Mikro
Komponen Thrust Washer Differential, Politeknik Negeri Balikpapan,
hal 1-2.
[2] ASM Handbook, 1994, Surface Engineering, vol. 5.
[3] Shen, L.R Wang, K., Tie, J., Tong, H.H., Chen, Q.C., Tang, D.L., Fu,
R.K.Y., Chu, P.K., 2005, Modification of high-chromium cast iron alloy
by N and Ti ion implantation, Surface & Coatings Technology 196, hal
349-352.
[4] Wahyu Anhar., Nurwahidah Jamal., Suprapto., 2017, Pengaruh
Post-Treatment Plasma CVD Lapisan Diamond Like Carbon Terhadap
Kekerasan Permukaan Baja AISI 410, Politeknik Negeri Balikpapan, hal
62-63.
[5] Suprapto., BA. Tjipto Sujitno1., Taufik., Adnan Abdussalam., Dwi
Priyantoro., 2016, Analisa Permukaan Alumunium Paduan (AlSiCu)
Hasil Nitridasi Ion, Teknologi Akselerator BATAN, hal 65-73.
[6] Lely Susita R.M., Bambang Siswanto., Ilhwanul Aziz, Anjar Anggraini
H., Sudjatmoko., 2015, Pengaruh Dosis Ion Nitrogen Pada Ketahanan
Korosi, Struktur Mikro Dan Struktur Fase Biomaterial Stainless Stell
Austenitik 316L, Teknologi Akselerator BATAN, hal 48-53.
[7] Aris Widyo Nugroho., Harun Nur Rosyid., Tjipto Sujitno., 2015, Effect
Of Plasma Nitrocaburizing On The Mechanical And Corrosion
Properties Of SS 304, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, hal
125-129.
[8] Libor Trško., 2011, The Effect Of Different Shot Peening Intensities On
Fatigue Life Of AW 7075 Aluminium Alloy, University of Zilina, hal
167-172.
30
[9] Khairul Huda., 2017, Pengaruh Normalizing Terhadap Angka Kekerasan
dan Struktur Mikro Komponen Thrust Washer Differential Unit Dump
Truck Quon, Politeknik Negeri Balikpapan, hal 2-6.
[10] Ahmad Jailani., 2017, Pengaruh Post-Treatment Lapisan Metana Karbon
Terhadap Sikap Permukaan Trust Washer Differential, Politeknik Negri
Balikpapan, hal 7.
[11] William D. Callister, Jr., 2001, Fundamentals Of Materials Science And
Engineering, New York, hal 127-128.
[12] Albertus Budi Setiawan, Wiwik Purwadi., 2009, Pengaruh Temprature
Dan Waktu Proses Nitridasi Terhadap Kekerasan Permukaan FCD 700
Dengan Media Nitridasi Urea, hal-35.
[13] Alfia Hanim, Emy Mulyani, Tjipto Sudjitno., 2013, Simulasi Kurva
Paschen Pada Plasma Enhance Chemically Vapour Deposition (CVD)
Untuk Aplikasi Deposisi Diamond-Like Carbon (DLC) Coating,
Teknologi Akselerator BATAN, hal 95.
[14] Www.WordPress.com.
[15] Instruction Manual, Oghosi Hight Speed Universal Wear Testing
Machine (Type OAT-U), hal 1-12.
[16] B.Bandriyana., Tutun Nugraha., 2017, Teknologi Nitridasi Plasma Untuk
Pengerasan Permukaan Bahan Komponen Industri, Teknologi
Akselerator BATAN, hal 9.
[17] Www.Digilib.unila.ac.id.
[18] Cengel, Y.A., Boles, M.A., 1989, Thermodybamics: an engineering
approach, International Edtion, Mc Graw-Hill Book Co., Singapura.
[19] Handbook Fundamental Of Materials Science and
Engineering“Recristallization” Chapter 8, HAL 217