BAB VI
CASE HARDENING
6. 1. Tujuan Pengujian
1. Untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas carburizing terhadap sifat mekanik permukaan material
2. Untuk mengetahui pengaruh variasi te,peratur terhadap kedalaman pengerasan.
3. Untuk mengetahui pengaruh variasi holding time terhadap kedalaman pengerasan.
4. Untuk mengetahui proses pack carburizing.
6. 2. Teori Dasar Pengujian
Case hardeniong merupakan kombinasi dari proses kimia dan proses perlakuan panas. Prosesnya dengan memanaskan benda kerja pada temperature tertentu dalam suatu medium kimia yang aktif. Macamnya antara lain :
1. Carburizing
Carburizing adalah proses penjenuhan lapisan permukaan baja dengan hardening akan mendapatkan kekerasan lapisan permukaan yang sangat tinggi sedangkan pada bagian tengahnya tetap lunak.
2. Nitriding
Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja dengan nitrogen, yaitu dengan cara melakukan holding dalam waktu yang agak lama pada temperature 4800 C – 650 0 C dalam lingkungan amoniak (NH3). Macamnya nitriding antara lain :
a. Strength Nitriding : digunakan untuk meningkatkan kekerasan / ketahanan gesek dan ketahanan fatigue.
b. Anti Corrosion Nitriding : bahan yang digunakan biasanya besi tuang dan baja paduan. Derajat kelarutan nitrogen yang dapat dicari adalah 35 – 70 %.
3. Cyaniding
Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja dengan unsure karbon dan nitrogen bertujuan untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan gesek, dan kelelahan. Bila proses ini dilakukan di udara disebut karbunitriding. Macam cyaniding adalah :
a. High Temperatur Liquid Cyaniding
b. High Temperatur Gas Cyaniding
c. Low Temperatur Liquid Cyaniding
d. Low Temperatur Gas Cyaniding
e. Low Temperatur Solid Cyaniding
4. Sulphating
Sulphating digunakan untuk meningkatkan ketahanan gesek dari bagian – bagian mesin maupun alat-alat tertentu dari bahan HSS dengan cara penjenuhan lapisan permukaan dengan sulfur.
6. 2. 1. Teori Carburizing
Karburisasi atau carburizing adalah proses penambahan unsure karbon pada permukaan baja karbon rendah dengan metode difusi intersisi. Pemanasan carburizing dilakukan pada suhu 9000 C – 9500 C. unsure karbon dapat diperoleh dari arang kayu, arang batok kelapa atau suatu material yang mengandung unsure karbon. Pengarbonan bertujuan untuk memberikan kandungan karbon yang lebih banyak pada bagian permukaan dibandingkan dengan bagian dalam, sehingga kekerasan pada permukaan lebih meningkat, tebal permukaan yang dikarburizing dalam lingkungan melepaskan karbon, tergantung waktu, dan suhu carburizing. Carburizing dapat dilakukan dengan empat cara :
1. Pack Carburizing (Carburizing dengan perantara zat padat)
Pada proses ini baja dimasukkan ke dalam kotak baja yang berisi medium kimia aktif padat. Kotak tersebut dipanaskan sampai pada suhu sekitar 9000 C – 9500 C. waktu total ditentukan oleh kedalaman pengerasan yang hendak dicapai.
2. Gas Carburizing (Carburizing dengan perantara zat gas)
Pada proses ini, benda kerja dipanaskan dalam atmosfer yang mengandung karbon, bisa gas alam maupun gas buatan. Benda kerja dipanaskan dengan temperature 8500 C – 9000C.
3. Liquid Carburizing (Carburizing dengan perantara zat cair)
Proses ini dilakukan pada medium kimia aktif cair. Komposisi medium kimianya adalah soda abu, NaCl, SiC, dan terkadang dengan NH4Cl. Suhu yang digunakan 8500 C – 9000C.
4. Paste carburizing (carburizing dengan perantara pasta)
Disini medium kimia yang digunakan berbentuk pasta. Prosesnya adalah bagian yang akan dikeraskan ditutup dengan pasta dengan ketebalan 3-4 mm lalu dikeringkan dan dimasukkan ke dalam kotak. Proses ini dilakukan pada suhu sekitar 9200 C – 9300 C.
Perubahan pada sifat-sifat material:
a. Sifat mekanis :
· Peningkatan kekerasan permukaan
· Peningktan ketahanan aus
· Peningkatan kelelahan tarik / kekuatan tarik
b. Sifat fisik :
· Grain pertumbuhan mungkin terjadi
· Perubahan volume dapat terjadi
c. Sifat kimia :
· Peningkatan kandungan karbon permukaan
6. 2. 2. Pack Carburizing
Dalam proses ini bagian yang decarburizing dimasukkan dalam kotak baja sehingga benar-benar dikelilingi oleh arang. Arang yang diperlakukan dengan bahan kimia seperti BaCo3 yang mendorong membentu CO2. Gas ini nantinya akan tereaksi dengan karbon yang berlebih dalam arang untuk menghasilkan CO. CO bereaksi dengan permukaan baja karbon rendah untuk membentuk atom karbon yang berdifusi ke dalam baja.
Proses pack carburizing ada tiga tahapan, yaitu :
1. Heating
Pada tahap ini, terjadi pada fase austenite, karena fase austenite adalah fase yang paling stabil. Material yang akan decarburizing ditempatkan dalam kotak baja berisi arang aktif yang ditumbuhi energizer (BaCO3, Na2CO3)
2. Holding
Tahapan ini bertujuan agar panas pada material merata, sehingga butiran menjadi homogeny (memperbaiki sifat mekanis). Material yang semula keras akan semakin keras karena butiran menjadi homogeny.
3. Cooling
Pada tahap ini, material didinginkan secara quenching. Tujuannya adalah untuk memperoleh kekerasan pada permukaan material.
6. 2. 3. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pack Carburizing
a. Holding Time
Semakin lama waktu penahanan, maka proses difusi akan semakin dalam, sehingga akan mebuat kekerasan semakin meningkat.
b. Temperature
Temperature yang tinggi akan menyebabkan arang akan lebih mudah berdifusi masuk dan mengisi celah-celah kosong diantar butiran atom, sehingga akan meningkatkan kekerasan.
c. Komposisi Carburizer
Komposisis carburizer, yaitu arang + energizer akan mempengaruhi kekerasan karena mempengaruhi laju reaksi selama heating
d. Media Quenching
Media quenching berpengaruh terhadap proses pendinginan (cooling). Medianya adalah sebagai berikut :
a. Air : murah serta systemnya sederhana. Kekurangannya air mudah membentuk selimut uap yang menutupi permukaan material, sehingga menghhasilkan pendinginan tidak seragam di penempang permukaan yang luas. Eliminasinya ditambahkan Na / Ca Chloride, membutuhkan closed sytem.
b. Oli : kemampuan pendinginan tidak sebaik air karena pengaruh veskositasnya.
c. Larutan Polymer : kemampuan pendinginan diantara oli dan air. Memerlukan close control karena konsentrasinya mudah berkurang.
d. Lelehan garam : dapat bekerja pada rentangn temperature yang besar (1500 C – 5950 C). karena karakter tersebut, lelehan garam banyak digunakan untuk delayed quenching.
Hipotesa
· Perlakuan panas carburizing mempengaruhi sifat mekanik permukaan material.
· Variasi temperature mempengaruhi kedalaman pengerasan karena jika temperature tinggi akan menebabkan arang akan mudah berdifusi masuk dan mengisi celah-celah kosong diantara butiran atom, sehingga akan meningkatkan kekerasan.
· Variasi holding time mempengaruhi kedalaman pengerasan, karena semakin lama holding time maka proses difusi akan semakin dalam sehingga kekerasan meningkat.
Pengolahan Data
Data Kelompok
· Heating 9000 C / 60 menit
Titik
|
Jarak dari tepi spesimen (μm)
|
kekerasan VHN (kgf/mm2)
|
kekerasan rata-rata VHN (kgf/mm2)
|
287.8
| |||
1
|
500
|
295.3
|
295.3
|
302.8
| |||
270.3
| |||
2
|
1000
|
264.9
|
270.4
|
276.3
| |||
248.6
| |||
3
|
1500
|
230.7
|
248.6
|
266.5
| |||
267.1
| |||
4
|
2000
|
251.3
|
259.2
|
259.2
| |||
201.9
| |||
5
|
2500
|
206.1
|
204
|
201
|
· Tanpa perlakuan
titik
|
jarak dari tepi spesimen (μm)
|
kekerasan VHN (kgf/mm2)
|
1
|
500
|
132.4
|
2
|
1000
|
132.4
|
3
|
1500
|
132.4
|
4
|
2000
|
132.4
|
5
|
2500
|
132.4
|
Data Antar Kelompok
· Heating 8000 C / 60 menit
titik
|
jarak dari tepi spesimen (μm)
|
kekerasan VHN (kgf/mm2)
|
kekersan rata-rata VHN (kgf/mm2)
|
208
| |||
1
|
500
|
204
|
204
|
200
| |||
184.5
| |||
2
|
1000
|
180.7
|
182.6
|
182.6
| |||
165
| |||
3
|
1500
|
169
|
169
|
173
| |||
158.7
| |||
4
|
2000
|
164
|
161
|
161
| |||
143
| |||
5
|
2500
|
146
|
143
|
140
|
· Heating 9000 C / 30 menit
titik
|
jarak dari tepi spesimen (μm)
|
kekerasan VHN (kgf/mm2)
|
kekersan rata-rata VHN (kgf/mm2)
|
218.3
| |||
1
|
500
|
215.9
|
215.9
|
213.5
| |||
205.1
| |||
2
|
1000
|
200.3
|
202.7
|
202.7
| |||
197.8
| |||
3
|
1500
|
195.5
|
197.8
|
200.1
| |||
191.2
| |||
4
|
2000
|
202.8
|
197
|
197
| |||
191.5
| |||
5
|
2500
|
180.7
|
191
|
202.3
|
6. 6. Pembahasan
6. 6. 1. Data Kelompok
Dari grafik perbandingan kekerasan dengan jarak dari tepi antara carburuzing 9000 C holding 60 menit dengan tanpa perlakuan memilliki nilai kekerasan yang sama (konstan). Hal ini disebabkan karena specimen tanpa perlakuan memiliki homogenitas yang lebih tinggi daripada proses carburizing. Sedangkan grafik carburizing suhu 9000 C holding 60 menit terlihat terjadi perbedaan kekerasan dari tepi ke tengah specimen. Hal ini terjadi karena terjadi proses carburizing adalah proses dimana permukaan material dikeraskan dengan penambahan karbon
Dari grafik perbandingan kekerasan dengan jarak dari tepi antara carburizing 9000 C holding 60 menit dengan tanpa perlakuan terlihat bahwa specimen dengan perlakuan carburizing nilai kekerasannya lebih besar daripada tanpa perlakuan. Secara berturut-turut nilai kekersan specimen dengan pack carburizing 9000 C holding 60 menit dari tepi ke tengah adalah 295,3 VHN; 270,4 VHN; 248,6 VHN 259,2 VHN; 204 VHN.
Ini menunjukkan bahwa bagian yang paling dekat dengan tepi adlah bagian yang paling keras, dimana bagian tersebut adalah titik awal masuknya (difusi) karbon ke dalam specimen. Sedangkan bagian yang paling jauh dari tepi, kekekrasannya paling rendah, meski lebih besar dibandingkan specimen yang belum decarburizing. Karena itu menunjukkan tren penurunan.
6. 6. 2. Variasai Temperatur
Dari grafik perbandingan kekerasan dengan jarak dari tepi dengan temperature, kita melihat bahwa tingkat kekrasan suhu 9000 C holding 60 menit berturut-turut 295,3 VHN; 270,4 VHN; 248,6 VHN; 204 VHN. Sedangkan pada suhu 8000 C holding 60 menit adalah 182,6 VHN; 169 VHN; 161 VHN; 143 VHN. Hal ini menunjukkan tingkat kekerasan pada suhu 9000 C holding 60 menit lebih besar. Hal ini sesuai dengan teori bahwa semakin tinggi suhu, maka kekerasan yang dihasilkan akan semakin besar. Karena pada suhu tinggi sel FCC pada fase austenite memiliki rongga yang besar sehingga karbon yang berdifusi semakin banyak. Hal ini sesuai dengan tujuan pack carburizing yaitu menigkatkan kekerasan pada permukaan specimen.
6. 6. 3. Variasi Holding
Dari grafik perbandingann kekerasan dengan jarak tepi dengan variasi holding, kita melihat bahwa grafik carburizing 9000 C holding 60 menit memiliki kekrasan yang lebih tinggi dibandingkan grafik carburizing 9000 C holding 30 menit. Hal ini sesuai dengan teori bahwa semakin lama holding time, maka semakin tinggi nilai kekerasannya. Pada carburizing fungsi holding adalah untuk memberikan waktu carbon untuk berdifusi semakin dalam, sehingga berpengaruh pada kekerasan pada permukaan specimen. Hal ini sesuai dengan tujuan pack carburizing yaitu meningkatkan kekerasan pada permukaan specimen.
6. 7. Kesimpulan dan Saran
6. 7. 1. Kesimpulan
1. Perlakuan panas carburizing mempengaruhi sifat mekanik permukaan material.
2. Variasi temperature mempengaruhi kedalaman pengerasan karena jiak temperature tinggi maka akan menyebabkan carbon mudah berdifusi masuk mengisi celah kosong diantara butiran atom, sehingga nilai kekerasannya meningkat.
3. Variasi holding mempengaruhi kedalaman pengerasan, karena semakin lama holding time, maka proses difusi akan semakin dalam dan merata, sehingga nilai kekerassannya meningkat.
