TUGAS AKHIR

SIFAT FISIS DAN MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

DENGAN PERLAKUAN CARBURIZING ARANG KAYU JATI

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh :

PRIO GANGGA ADINATA

NIM : D.200.120.092

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

ii

iii

iv

v

vi

MOTTO

„‟Barang siapa keluar untuk mencari ilmu maka dia berada di jalan Allah„‟

(HR.Turmudzi)

“Sesungguhnya bersama kesukaran itu ada keringanan. Karena itu bila kau

sudah selesai (mengerjakan yang lain). Dan berharaplah kepada Tuhanmu”

(Q.S Al Insyirah : 6-8)

“Sebisa mungkin turuti nasihat orang tua. Bila kamu tergoda yang aneh-

aneh yang sifatnya negatif, ingatlah selalu orang tuamu menunggu dan

berdoa di rumah”

(Penulis)

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan

syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi,

setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal

lelah, Saya mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :

Bapak dan ibu tercinta yang dengan segala kasih sayang,

kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya senantiasa

membimbing dan mendo‟akanku.

Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

yang telah membimbing saya didalam perkuliahan.

Bapak Dosen pembimbing akademik sekaligus pembimbing

utama tugas akhir Ir. Supriyono, MT., Ph.D. Saya berterima

kasih atas pengarahan dan bimbingannya yang telah banyak

saya terima selama berada di Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

viii

SIFAT FISIS DAN MEKANIK BAJA KARBON RENDAH DENGAN

PERLAKUAN CARBURIZING ARANG KAYU JATI

ABSTRAK

Pack carburizing merupakan metode karburisasi yang paling sederhana, yaitu menggunakan serbuk arang sebagai penambahan unsur Karbon. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perubahan sifat-sifat dari baja, baik sifat fisis maupun sifat mekanis setelah mengalami proses pack carburizing dengan bahan karbon arang kayu jati.

Pemilihan bahan dilakukan dengan cara menguji baja lunak (mild steel) < 0,3 % C, sebagai raw material dengan alat Optical Emission Spectrometer. Specimen bersama campuran arang kayu jati dan NaCO3 dimasukkan dalam gerabah, kemudian dipanaskan dalam dapur pemanas (furnace) pada temperatur 980ºC dengan waktu penahan selama 2 jam. Specimen hasil pack carburizing diuji kekerasannya dengan metode micro Vickers menggunakan alat Micro Hardness Tester, sebanyak 9 titik. Untuk pengamatan struktur mikro digunakan alat Inverted Metallurgical Microscope.

Hasil pengujian komposisi kimia unsur yang paling banyak setelah besi (Fe= 98,83%) adalah mangan (Mn= 0,264%), unsur mangan (Mn) kurang dari 8,0%, sehingga raw material ini termasuk dalam baja paduan rendah. Hasil pengamatan struktur mikro raw material lebih banyak kristal ferrit dibandingkan kristal perlit. Sedangkan struktur mikro pack carburizing 2 jam dengan menggunakan media arang kayu jati lebih banyak kristal perlit dibandingkan ferrit. Hal ini menunjukan bahwa benda kerja baja mengalami peningkatan nilai kekerasan setelah mengalami proses carburizing. Hasil pengujian kekerasan dengan media arang kayu jati dengan waktu penahanan 2 jam nilai kekerasan yang paling tinggi sebesar 260,199 VHN. Sedangkan pada raw material nilai kekerasan nya sebesar 200,541 VHN.

Kata kunci : Baja lunak, Pack Carburizing, Arang kayu jati

ix

ABSTRACT

Pack carburizing carburizing is the simplest method, which uses

charcoal powder as the addition of the element carbon. The purpose of this

study was to determine changes in the properties of steel, good physical

properties and mechanical properties after a pack carburizing process with

a carbon material teak wood charcoal.

Material selection is done by testing the soft steel (mild steel) <0.3% C,

as a raw material by means of Optical Emission Spectrometer. Specimen

together with a mixture of charcoal teak and NaCO3 inclusion in pottery,

kitchen and heated in a heater (furnace) at a temperature of 980ºC with a

brace for 2 hours. Specimen results carburizing pack tested micro Vickers

hardness method using a Micro Hardness Tester, a total of 9 points. To use

the tool microstructure observation Inverted Metallurgical Microscope.

Results of testing the chemical composition of the most widely element

after iron (Fe = 98.83%) is manganese (Mn = 0.264%), manganese (Mn) is

less than 8.0%, so that the raw material is included in the low alloy steel.

The observation of micro structure more raw material than crystal crystal

ferrite pearlite. While microstructure pack carburizing 2 hours using teak

wood charcoal media more than ferrite pearlite crystals. This shows that the

steel workpiece to increase the hardness after a carburizing process.

Results of hardness testing with teak wood charcoal media with a 2 hour

hold time the highest hardness value of 260.199 VHN. While the raw

material of its hardness value of 200.541 VHN.

Keywords: Mild steel, Pack Carburizing, teak wood charcoal

x

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat

dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga

Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan

Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat

bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan

penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

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

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

3. Bapak Ir. Supriyono, MT., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing

yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam

penyusunan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Sunhaji yang telah senantiasa membimbing dalam

mengumpulkan data dan memberi masukan dalam proses

desain rumah tinggal.

5. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta Staff Tata Usaha Fakultas

Teknik

xi

6. Bapak dan ibu tercinta yang senantiasa selalu mencintai,

menyayangi, memberikan dukungan, menenangkan hati dan

mendo‟akan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

7. Teman angkatan 2012 yang sudah banyak membantu

saya dan mendukung saya dalam perkuliahan selama di

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika

sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan

Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan

antara lain waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang

penulis miliki. Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk

pembaca.

Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi

penulis dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.

Surakarta, 30 Maret 2017

Penulis

xii

DAFTAR ISI

Halaman judul ...................................................................................... i

Halaman Pernyataan Keaslian Tugas Akhir ........................................ ii

Halaman Persetujuan .......................................................................... iii

Halaman Pengesahan ......................................................................... iv

Lembar Soal Tugas Akhir .................................................................... v

Halaman Motto ..................................................................................... vi

Halaman Persembahan ....................................................................... vii

Abstrak ................................................................................................. viii

Abstrack…………… ............................................................................. ix

Kata Pengantar .................................................................................... x

Daftar Isi .............................................................................................. xii

Daftar Gambar ..................................................................................... xiv

Daftar Tabel ......................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Batasan Masalah ................................................................ 2

1.3 Rumusan Masalah .............................................................. 2

1.4 Tujuan Penelitian ................................................................ 3

1.5 Manfaat Penelitian .............................................................. 3

1.6 Sistematika Penulisan ........................................................ 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................ 6

xiii

2.2 Landasan teori .................................................................... 8

2.2.1. Pengertian baja karbon ................................................... 8

2.2.2. Carburizing ..................................................................... 12

2.2.3. Difusi pada baja .............................................................. 14

2.2.4. Pengerasan permukaan baja .......................................... 16

2.2.5. Pendinginan udara (annealing) ....................................... 17

2.2.6. Uji kekerasan pada baja ................................................ 17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Bahan dan Alat yang digunakan ........................................ 19

3.2 Prosedur Penelitian ........................................................... 25

3.3 Cara kerja .......................................................................... 26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Benda kerja yang diteliti .................................................... 29

4.2 Pengujian struktur mikro ................................................... 30

4.3 Hasil pengujian kekerasan ................................................ 32

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ...................................................................... 35

5.2 Saran ................................................................................ 36

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Diagram fasa Fe-Fe3C ................................................... 11

2.2 Pengaruh temperatur karburasi pada case depth .......... 14

2.3 Proses terjadinya difusi .................................................. 15

3.1 Raw material .................................................................. 19

3.2 Arang kayu jati .............................................................. 20

3.3 Natrium karbonat (NaCO3) ............................................. 20

3.4 Tanah liat ....................................................................... 20

3.5 Gerabah ........................................................................ 21

3.6 Dapur pemanas (furnace) .............................................. 21

3.7 Electrical discharger machine (EDM) ............................. 22

3.8 Mesin pengamplas ......................................................... 22

3.9 Autosol ........................................................................... 22

3.10 Timbangan digital ........................................................... 23

3.11 Uji komposisi kimia ......................................................... 23

3.12 Alat uji kekerasan vikers................................................. 24

3.13 inverted mettalurgi microscope (struktur mikro) .............. 24

3.14 Skema Diagram Alir Penelitian ........................................ 25

4.1 Struktur mikro raw material ............................................ 30

4.2 Struktur mikro setelah di karburizing (2 jam) .................. 31

4.3 Grafik perbandingan sebelum dan sesudah di karburizing 34

xv

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

4.1 Komposisi kimia baja karbon rendah ................................ 29

4.2 Harga kekerasan spesimen raw material ......................... 32

4.3 Haga kekerasan setelah di karburizing 2 jam .................... 33