## Pengamatan Atas Daerah Interface Pada Cladding Material Stainless Steel Terhadap Baja Karbon Rendah Secara Metalografi dan Uji Keras
Yohanes Hutahaean 1 , Sahat Mauli Lubis 1 , Charles Manurung 2,* , Salomo Simanjuntak 3 , Yetty R. Saragi 3
1 Mahasiswa Prodi Teknik Mesin, Fak. Teknik, Universitas HKBP Nommensen, Medan 2 Prodi Teknik Mesin, Fak. Teknik, Universitas HKBP Nommensen, Medan 20234
3 Prodi Teknik Sipil, Fak. Teknik, Universitas HKBP Nommensen, Medan 20234
* charles.manurung1972@gmail.com

## Abstract
Low carbon steel metal is a type of steel that has poor corrosion resistance. For that it is necessary to protect against corrosion through a coating process. In this case the coating is carried out using solid metal and is known as cladding. In this cladding process using another metal as a coating medium, namely stainless steel, the specimen will be given additional deformation from the outside in the form of pressure  and  the  heating  process  is  carried  out  above  the  recrystallization temperature  (950 o C)  then  cooled  slowly  in  free  air.  The  heating  process  of  the specimens  was  carried  out  with  three  temperature  variations,  namely  750 o C, 850 o C  and  950 o C  with  a  holding  time  of  60  minutes,  from  the  research  results obtained that the specimens and the highest temperature, 950 o C, had better metal bonds  compared  to  specimens  at  temperatures  of  750  and  850 o C  with  hardness values. average 227.96 VHN.
Keywords : Cladding, Heating  Temperature,  Stainless  Steel,  Low  Carbon  Steel, Emphasis, Hardness Test and Microstructure.

## 1. PENDAHULUAN
Baja  karbon  adalah  sejenis  campuran  unsur  besi (Fe) dengan  karbon (C) [1]. Pada masa  sekarang  ini  penggunaan  baja  karbon  sering  di  aplikasikan  pada  komponen- komponen  mesin  seperti  komponen  mesin,  kebutuhan  konstruksi  dan  sebagainya. Ketahanan  baja  terhadap  korosi  biasanya  sangatlah  buruk,  sehingga  sering  baja  di pergunakan  di bidang teknik tidak berumur panjang. Untuk menambah umur baja agar lebih tahan terhadap korosi biasanya sering di lakukan proses perlindungan permukaan, baik dengan cara menambah unsur pada permukaan hingga proses pelapisan permukaan baja [2]. Proses pelapisan baja dapat dilakukan dengan banyak cara baik dengan metode elektroplatting. cladding, pengecatan dan lain sebagainya [3].
Penulis  merasa  tertarik  dengan  salah  satu  metode  perlindungan  terhadap  logam dalam  hal  ini  baja  dengan  metode cladding ,  karena  prosesnya  dilakukan  tanpa melibatkan  proses  pencairan  namun  memanfaatkan  mekanisme  difusi.  Hal  inilah  yang melatarbelakangi penulis untuk melakukan penelitian ini.
Baja  merupakan  paduan  yang  terdiri  dari  besi  karbon  dan  unsur  yang  lainnya. Seperti: Silicon  (Si),  Fospor  (p),  Tembaga  (Cu). Karbon  merupakan  suatu  unsur terpenting  karena  dapat  meningkatkan  kekerasan  dan  kekuatan  baja.  Baja  merupakan logam  yang  paling  banyak  digunakan  dalam  dunia  teknik,  dalam  bentuk  pelat, lembaran, pipa batang, profil dan sebagainya. Baja dapat dibentuk melalui pengecoran pencairan dan penempaan.
Baja karbon rendah mengandung kurang dari 0,25 % karbon (C) . Kebanyakan dari produk  baja  ini  berbentuk  pelat  hasil  pembentukan  rol  dingin.  Kandungan  karbonnya yang rendah dan mikro strukturnya yang terdiri dari fasa ferit dan perlit menjadikan baja karbon  rendah  bersifat  lunak  dan  kekuatannya  lemah  namun  keuletan  dan ketangguhannya  sangat  baik.  Baja  karbon  rendah  kurang  responsif  terhadap  perlakuan panas  untuk  mendapatkan  mikro  struktur  martensit  maka  dari  itu  untuk  meningkatkan kekuatan  dari  baja  karbon  rendah  dapat  dilakukan  dengan  proses  rol  dingin  maupun karburisasi [4-5].
Perlakuan  yang sering di terima baja karbon jenis ini biasanya bersifat pengerjaan dingin.  Untuk  mendapatkan  hasil  yang  lebih  kuat  pada  bagian  luar  dari  baja  jenis  ini biasanya  dilakukan  proses  penambahan  unsur  lain  pada  permukaannya (surface hardening).
Carburasi  atau carburizing terbagi  atas  3  jenis  bahan  karbon  yaitu: pack carburizing (penambahan  carbon  yang  berasal  dari  carbon  padat). Liquid  carburizing (penambahan  carbon  yang  berasal  dari  carbon  cair).  Maupun gas  carburizing (penambahaan karbon yang berasal dari carbon gas) [6].

## 2. METODOLOGI PENELITIAN

## 2.1 Bahan
Bahan yang digunakan yaitu :
 Baja Karbon
 Baja Tahan Karat (Stainless Stell)
2.2 Alat
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut : 1. Kunci Momen. 6. Penjepit 2. Alat Penekan Spesimen 7. Mesin Polish 3. Gergaji 8. Mesin Uji Keras Vickers 4. Tungku Pemanas 9. Mikroskop Optik 5. Sarung Tangan
2.3. Metode Penelitian
2.3.1. Pembuatan Spesimen
Spesimen baja karbon rendah dipotong dengan spesifikasi spesimen yang telah  ditentukan.  Jumlah  spesimen  yang  dibuat  adalah  3pasang  spesimen. Dengan  dimensi  panjang  15  mm,  lebar  15  mm,  tebal  5  mm.  Pemotongan spesimen di
Gambar 1. Spesimen Penelitian
2.3.2. Uji Komposisi
Uji  komposisi  dilakukan  untuk  mengetahui  komposisi  kimia  khususnya kandungan karbon pada bahan. Uji komposisi dilakukan yang pertama pada raw material dengan  untuk  memastikan  bahwa  bahan  pesimen  adalah  benar-benar baja karbon rendah yang mempunyai kandungan karbon sebesar 0,183% C.
Tabel 1. Hasil uji komposisi baja karbon.
2.3.3. Proses Pembuatan Alat Penekan Spesimen
Alat  penekan  spesimen  di  buat  dengan  menggunakan  lembaran  plat dengan tebal 10 mm dengan dimensi alat penekan panjang 10 mm, lebar 10 mm, tinggi 5 mm dan disatukan dengan proses pengelasan. Baut penekan di gunakan baut yg memliki ulir halus dengan diameter 20 mm dan panjang 3,5 inchi.
Gambar 2. Alat Penekan Spesimen
2.3.4. Proses Pembersihan Permukaan Spesimen
Proses pembersihan permukaan spesimen [7] dilakukan dengan 2 tahap yakni
1. Dilakukan pembesihan mekanik Pada  proses  ini  permukaaan  spesimen  di  bersihkan  dari  korosi,  kotoran dan  porositas  sehingga  di  dapat  permukaan  yang  halus,  bersih  dan  rata. Pembersihan ini mengunakan kertas amplas dengan 800 mesh.
2. Pembersihan dengan menggunakan bahan kimia Berikutnya  dilakukan  proses  pembersihan  permukaan  dengan  cara mencelupkan spesimen ke dalam cairan HCL selama ± 1 menit dengan tujuan menghilangkan  semua  kototan  yang  ada  di  seluruh  permukaan  spesimen. Kemudian  spesimen  dibilas  dengan  menggunakan  alkohol  dengan  tujuan untuk menghilangkan sisa cairan kimia yang mungkin tertinggal.
2.3.5. Proses Pemanasan Pada Tungku Setelah  pembersihan  permukaan  spesimen  selesai  di  lakukan  berikutnya  di lakukan  proses  penekanan  spesimen  dengna  memberikan  putaran  kepada  baut
penekan  melalui  kunci  momen  yang  sebelumnya  telah  di  atur  untuk  tenaga pemutaran sebesar 200 N.
Gambar 3. Penekanan spesimen
Setelah  spesimen  di  tekan  lalu  di  lakukan  proses  pemanasan  spesimen  pada tungku dengan temperatur pemanasan 850 o C. Dengan waktu penahanan 60 menit.

## 2.3.6. Pendinginan Dengan Udara
Setelah  spesimen  selesai  melalui  waktu  penahanan  maka  spesimen  harus  di keluarkan dari tungku dan dilakukan pendinginan lambat dengan udara.
Proses  pendinginan  dari  spesimen  berkisar  ±  1-2  jam.  Setelah  spesimen dingin  lalu  selanjutnya  spesimen  dibuka  dari  alat  penekan  dan  dilakukan  proses mounting spesimen.  Tujuan  dilakukannya  proses  pembingkaian  ini  untuk memperbesar  bidang  spesimen  agar  mempermudah  proses  pengamplasan  dan pemolesan spesimen sebelum di uji keras dan di foto struktur mikronya.
2.3.7. Pengujian Kekerasan Pengujian kekerasan ini dilakukan dengan alat uji keras Vickers , dengan cara:
a. Permukaan  interface  spesimen  dihaluskan  dengan  cara  diamplas  dengan urutan amplas No.120-320-400-600-1000-1500.
b. Setelah  diamplas  pada  bagian  permukaan  spesimen  diautosol  sampai mengkilap
c. Menentukan besar pembebanan yaitu 0.3 kgf
d. Menekan tombol untuk menggerakkan penginjak indento). Mengukur bekas injakan  indentor.  Menentukan  nilai  kekerasan  dari  diameter  bekas  injakan sesuai dengan rumus..
Gambar 4. Pengujian Kekerasan dan Daerah Pengujian Kekerasan
2.3.8 Pengujian Metalografi .
Sebelum  melakukan  foto  mikro  benda  kerja  dipoles.  Pemolesan  dilakukan dengan  cara  mengamplas  bagian  permukaan  sampai  halus  kemudian  diautosol supaya mengkilap dan dicelup pada larutan etsa (30 ml HNO3 dan 20ml Alkohol)
± 60 detik, kemudian  di bilas dengan menggunakan alkohol lalu dikeringkan [8].
Setelah selesai di etsa spesimen dilakukan foto struktur mikro dengan kamera menggunakan lensa pembesaran 400 x pembesaran. Pengambilan gambar struktur mikro  di  daerah  interfcae  dilakukan  sebanyak  5  kali  di  setiap  titik  penekanan indentor  uji  keras.  Kemudian  di  lanjutkan  dengan  pengambilan  foto  struktur mikro pada bagian baja dan stainless steel nya
Gambar 5. Diagram Alir Penelitian

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Hasil
Dari  hasil  penelitian  diperoleh  data  data  pengujian  kekerasan  vickers  terhadap spesimen berikut dengan foto struktur mikronya.
Gambar 6. Daerah pengujian kekerasan spesimen
Mulai
Pembuatan Spesimen
Pembuatan Alat  Bantu
-Pembersihan spesimen -Pembersihan Mekanik (Amplas) -Pembersihan Kimia HCl + Alkohol Pemanasan Pada Tungku Pendinginan Spesimen Dengan Udara 1.Uji Keras (Vickers)
2.Uji  Metalografi
Data dan Analisa Data
Kesimpulan
Uji komposisi :
1 spesimen baja karbon 1 spesimen baja tahan karat Variabel Bebas:
P = 20 Kg
T 1 = 750 0 C T 2 = 850 0 C T 3 = 950 0 C
Variabel Tetap: t = 60 menit
a. Baja tahan karat (stainless steel)
Tabel 2. Kekerasan spesimen awal pada baja tahan karat (stainless teel)
d 1 d 2 d rata-rata VHN 58.019 58.171 0.058 164.79 58.021 58.352 0.058 164.28 58.352 58.049 0.058 164.20 58.685 58.654 0.059 161.58 58.049 58.050 0.058 165.05 Rata-rata 163.98

## b. Baja karbon rendah
Tabel 3. K ekerasan spesimen awal pada baja karbon rendah d 1 d 2 d rata-rata VHN 49.429 49.822 0.049 225.85 47.432 47.220 0.047 248.33 47.160 47.190 0.047 249.92 47.099 47.765 0.047 247.22 48.824 48.551 0.048 241.40 Rata-rata 242.54  Spesimen 1
- Temperatur pemanasan 750 0 c
- Waktu penahanan 60 menit
- Dilakukan pembersihan permukaan secara mekanik dengan amplas 800 mesh
Tabel 4. Hasil pengujian kekerasan spesimen 1 Area d 1 d 2 d rata-rata VHN Stainles stell 50.699  52.574  0.0516365  208.60 50.430  50.368  0.050399 218.97 Interface 0 0 0 0.00 Baja Karbon 46.577  47.604  0.0470905  250.82 47.762  47.310  0.047536 246.14 Interface 0 0 0 0.00 Stainless steel 50.860 50.344  0.050602 217.21 51.330  52.254  0.051792 207.35
Gambar 7. Struktur mikro stainless steel VHN 208,60. Pembesaran lensa 400 x
Gambar 8. Struktur mikro stainless steel VHN 218,97. Pembesaran lensa 400 x
Gambar 9. Struktur mikro baja karbon VHN 250,82. Pembesaran lensa 400 x
Gambar 10. Struktur mikro baja karbon VHN 246,14. Pembesaran lensa 400 x
perlit e Batas butir cementite Hasil penekanan indentor Hasil penekanan indentor Batas butir stainles s steel Hasil penekanan indentor Hasil penekanan indentor
Batas butir
Stainless
steel
Gambar 11. Struktur mikro stainless steel VHN 217,21. Pembesaran lensa 400 x

## 
Spesimen 2
- Temperatur pemanasan 850 0 C
- Waktu penahanan 60 menit
- Dilakukan pembersihan permukaan dengan cairan kimia (pickling) HCL
Tabel 4. Hasil Pengujian Kekerasan Pada Spesimen 2
Gambar 12. Struktur mikro stainless steel VHN 211,06. Pembesaran lensa 400 x
Area d 1 d 2 d rata-rata VHN Stainles stell 50.838 51.830 0.051334 211.06 50,822 50.823 0.0508225 215.33 Interface 0 0 0 0.00 Baja Karbon 47.743 47.846 0.0477 244.45 47.754 47.834 0.047794 243.94 Interface 70.089 69.617 0.69853 113.79 Stainless Steel 50.647 51.741 0.051194 212.22 50.624 51.642 0.051133 212.72
Hasil penekanan indentor Batas butir Stainless steel Hasil penekanan indentor cementite
Gambar 13. Struktur mikro stainless steel VHN 215,33. Pembesaran lensa 400 x
Gambar 14. Struktur mikro baja karbon VHN 244,45. Pembesaran lensa 400 x
Gambar 15. Struktur mikro baja karbon VHN 243,94. Pembesaran lensa 400 x
Gambar 16. Struktur mikro stainless steel VHN 212,22. Pembesaran lensa 400 x
perlite Batas butir cementite Hasil penekanan indentor perlite cementite Batas butir Hasil penekanan indentor cementite Batas butir stainless steel Hasil penekanan indentor
cementite Hasil penekanan indentor Batas butir stainless steel
Gambar 17. Struktur mikro stainless steel VHN 212,27. Pembesaran lensa 400 x
Tabel 5. Hasil pengujian kekerasan pada daerah interface spesimen 2 Pengujian Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Rata-rata VHN 115.69 113.53 113.79 114.27 108.13 113.12
Gambar 18. Daerah interface VHN 115,69. Pembesaran lensa 400 x
Gambar 19. Daerah interface VHN 113,53. Pembesaran lensa 400 x
cementit Batas butir Hasil penekanan indentor Hasil penekanan indentor Batas butir Garis interface Hasil penekanan indentor Batas butir Garis interface
Gambar 20. Daerah interface VHN 114,27. Pembesaran lensa 400 x
Gambar 21. Daerah interface VHN 108,13. Pembesaran lensa 400 x
 Spesimen 3
- temperatur pemanasan 950 0 C
- waktu penahanan 60 menit
- Dilakukan pembersihan permukaan secara mekanik dengan amplas 1200 mesh
Tabel 6. Hasil pengujian kekerasan pada spesimen 3 Area d 1 d 2 d rata-rata VHN Stainless steel 60.947 61.906 0.061426 147.40 60.933 61.661 0.061272 148.15 interface 73.676 72.732 0.073204 103.79 Baja karbon 51.546 52.211 0.051878 206.66 51.697 53.119 0.052448 202.19 Interface 72.795 73.852 0.073323 103.45 Stainless Steel 50.973 51.124 0.051048 213.43 50.119 51.635 0.050877 214.87
Hasil penekanan indentor Batas butir Garis interface Hasil penekanan indentor Garis interface
Gambar 22. Struktur mikro stainlees steel VHN 148,15. Pembesaran lensa 400 x
Gambar 23. Daerah interface baja karbon rendah dan stainlees steel VHN 103,79
Gambar 24. Struktur mikro baja karbon rendah VHN 206,66
Gambar 25. Struktur mikro baja karbon rendah VHN 202,19.
perlite Hasil penekanan indentor Batas butir Hasil penekanan indentor perlite Batas butir Garis interface Hasil penekakan indentor Hasil penekanan indentor cementite
Gambar 26. Daerah interface baja karbon rendah dan stainlees steel VHN 103,45.
Dari  5  hasil  uji  kekerasan  pada  daerah  interface  baja  dengan  stainless  steel  maka  di dapat hasil sebagai berikut.
Tabel 7. Hasil Pengujian Kekerasan Daerah Interface Spesimen 3 Pengujian Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Rata-rata VHN 103,79 103,45 208,59 232,90 209,57 227,96
Gambar 27. Daerah interface VHN 103,79. Pembesaran lensa 400 x
Gambar 28. Daerah interface VHN 103,48. Pembesaran Lensa 400 x
Garis
interface
Garis interface Hasil penekanan indentor
cementite
Hasil penekanan indentor Hasil penekanan indentor Garis interface cementite Batas butir
Gambar 29. Daerah interface VHN 208,59. Pembesaran Lensa 400 x
Gambar 30. Daerah interface VHN 232,90. Pembesaran lensa 400 x

## 4.2. Analisa Data
1. Dari hasil pengujian kekerasan interface spesimen 1,2,3 dengan pembersihan mekanik, maka diperoleh data
Tabel 8. Hasil pengujian kekerasan daerah interface spesimen 1,2,3.
Gambar 31. Hasil pengujian kekerasan daerah interface spesimen 1,2,3
0 0 0 0 0 115,69113,53113,79114,27108,13 103,79103,45 208,59 232,57227,96 0 50 100 150 200 250 1 2 3 4 5 Series1 Series2
Series3 Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3 0 115.69 103.79 0 113.53 103.45 0 113.79 208.59 0 114.24 232.57 0 109.13 227.96
Hasil penekanan indentor Garis interface Perlite cementite Hasil penekanan indentor cementite Perlite Garis interface Batas butir

## 4. KESIMPULAN
 Pada  daerah  interface  spesimen  1  dengan  waktu  penahanan  60  menit  dengan pembersihan mekanik tidak terjadi difusi, terdapat resin/ daerah kosong.
 Dari  hasil  pengujian  kekerasan  daerah  interface  spesimen  3  memiliki  tingkat kekerasan yang cenderung stabil dari ke 8titik pengujian pada daerah interface
 Dari hasil pengamatan  foto hasil penelitian, didapat spesimen 3  dengan  waktu penahanan 60 menit terjadi ikatan logam pelapis dengan logam induk yang lebih baik dibanding dengan specimen 1&2.
 Diharapkan  spesimen  yang  mengalami  proses  pembersihan  kimia (pickling) dengan  menggunakan  bahan  kimia  HCL  +  alkohol  akan  terbebas  dari  oksidasi pada  permukaan  spesimen.  Namun  pada  saat  pemanasan  di  dalam  tungku berlangsung  tidak  terbebas  dari  oksigen,  sehingga  pada  daerah  interface terbentuk  juga  lapisan  oksida  yang  menghambat  laju  difusi  antar  material cladding.
 Kebersihan  dan  kerataan  permukaan  spesimen  sangat  mempengaruhi  tingkat keberhasilan kelekatan antar spesimen.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Callister  Jr,William  D,    2007, Material  and  Engineering,  An  Introduction, sixth edition,  Jhon Wiley & Son. Inc
2. ASM Handbook , Surface Engineering, Vol 5
3. Hopkins,  D.W.,  Principles  of  Metal  Surface  Treatment  and  Protection ,  Pergamon International Library, Second Edition, 2005.
4. Dian  Yezhi  Anggoro,  Samsudi  Raharjo,  Solechan,  “Pengaruh  Pack  carburizing dengan Arang Batok Kelapa Terhadap Kekerasan Roda Gigi Fly Wheel Daihatsu ” Majalah Ilmiah Teknik TRAKSI Vol. 13 No.1. 2013.
5. Adi  Dermawan,  Mustaqim,  Fajar  Sidiq,  “Pengaruh  Temperatur  Carburizing  Pada Proses  Pack  Carburizing  Terhadap  Sifat  -  Sifat  Mekanis  Baja  S21C ” Jurnal Engineering, Vol. 14 No. 1., 2017.
6. Muhammad  Zuchry  M.  ,  “Pengaruh  Karburasi  Dengan  Variasi  Media  Pendingin Terhadap  Micro  Struktur  Baja  Karbon”,  majalah  Ilmiah  MEKTEK,  Tahun  XIII NO. 2, Mei  2011
7. Wiskocil Davis Troxell, “The Testing and Inspection Of  Engineering Materials”, Third Edition, 2001
8. George F. Vander Voord, “ Metallography, Principles and Practice”, Vol 36 , Mc. Graw Hill, 1984