## PENGARUH PACK CARBURISING DENGAN ARANG BATOK KELAPA TERHADAP KEKERASAN RODA GIGI FLY WHEEL DAIHATSU
Dian Yezhi Anggoro 1 , Samsudi Raharjo 2 , Solechan 3
Abstrak
Carburising merupakan suatu proses untuk meningkatkan konsentrasi karbon pada lapisan permukaan logam agar diperoleh logam dengan kekerasan yang lebih tinggi. Hal ini biasanya dilakukan dengan cara menahan dalam gas yang terdiri dari campuran CH4 dan atau CO pada temperatur austenisasi  dengan mengontrol  proporsi  dan  konsentrasi  karbon  pada  permukaan  baja  dalam keadaan  setimbang  dengan  campuran  gas  dapat  ditentukan  pada  jumlah konsentrasi yang sesuai. Pada waktu yang bersamaan karbon berdifusi secara kontinu  dari  permukaan  ke  baja. Dalam  penelitian  ini,  menggunakan  media arang  tempurung  kelapa  yang  dicampur  dengan  barium  karbonat  sebagai aktivator  kiral  untuk  membentuk  CO2.  Spesimen  dipersiapkan  dengan menyiapkan baja St 40 yang termasuk dalam kelompok baja karbon rendah. Percobaan  ini  menggunakan  suhu  900  C  dan  waktu  pemanasan  °  untuk  1-3 jam.  Hasil  penilaian  kami  menyimpulkan  bahwa  ada  efek  signifikan  pada kekerasan  benda  uji  yang  ditemukan  antara  1-3  jam  dengan  pengujian menggunakan metode Vickers. Adanya kenaikan kekerasan secara signifikan pada  baja  karbon  rendah  setelah  mengalami  perlakuan  proses  karburising yang  besarannya  pada  proses  karburising  dengan  lama  waktu  1  jam kekerasan  spesimen  mencapai  254  VHN,  serta  proses  karburising  dengan lama  waktu  2  jam  kekerasan  spesimen  mencapai  267  VHN  dan  proses karburising  dengan  lama  waktu  3  jam  kekerasan  mencapai  284  VHN  dari kekersana row material 180 VHN.
Keywords: Baja St 40, Pack Karburasi, Arang Batok Kelapa

## PENDAHULUAN
Pada  saat  ini  penggunaan  kendaraan  bermotor  khususnya  Daihatsu  semakin meningkat.  Keadaan  ini  juga  dibarengi  semakin  tingginya  kebutuhan  akan spare  part untuk kendaraan bermotor. Di pasar tersedia beragam jenis spare part dari yang genuine part sampai spare  part tiruan.  Ditinjau  dari  segi  harga  terlihat  sekali  bedanya  antara spare part yang asli dengan yang tiruan. Hal ini disebabkan spare part asli menggunakan material  yang  lebih  berkualitas  dibandingkan  dengan  yang  tiruan  demikian  juga  proses yang  dilakukan  dalam  pembuatan  spare  part  asli  juga  lebih  rumit  dibandingkan  dengan
1 S1-Teknik Mesin UNIMUS
2 Dosen S1-Teknik Mesin UNIMUS
3 Dosen S1-Teknik Mesin UNIMUS
http://jurnal.unimus.ac.id
spare  part  tiruan  yang  diproduksi  oleh  industri  rumahan  pengecoran  logam.  Pokok permasalahan  bagi  industri  rumahan  pada  saat  ini  adalah  kurangnya  teknologi  yang memadai  untuk  menghasilkan  produk  dengan  kualitas  yang  seimbang  dengan  produk genuine.
Pada  penelitian  ini  peneliti  akan  meneliti  pengaruh  penggunaan  batok  arang kelapa  sebagai  proses Pack  Carburising untuk  meningkatkan  kekerasan  Roda  Gigi Flywheel tiruan. Ide penggunaan batok kelapa sebagai bahan Pack carburizing ini adalah batok  kelapa banyak tersedia disekitar kita dan pengolahan batok  kelapa menjadi arang batok kelapa juga tidak sulit, dengan demikian peneliti berharap proses Pack carburizing yang dilakukan tidak banyak menyerap biaya produksi sehingga harga jualnya pun dapat ditekan. Yang berakibat akhir produksi local mampu bersaing dengan produk pabrikan.

## LANDASAN TEORI
Roda  gigi  adalah  salah  satu  komponen  kendaraan  bermotor  yang  membutuhkan permukaan keras namun dengan bagian tengah yang tetap ulet (bahan yang tidak mudah patah,  mempunyai  tegangan  tarik  yang  tinggi).  Sehingga  upaya  yang  dapat  dilakukan adalah pengerasan permukaan diantaranya dengan melakukan karburising.

## Karburasi pada Baja
Tujuan karburasi adalah  meningkatkan konsentrasi karbon dilapisan permukaan dari  produk  baja  untuk  mendapatkan  permukaan  tahan  aus  yang  lebih  keras.  Cara  ini biasanya dilakukan dengan menahan dalam gas yang terdiri dari campuran CH4 dan atau CO  pada  temperature  austenisasi    dengan  mengontrol  proporsi  dan  konsentrasi  karbon pada permukaan baja dalam keadaan setimbang  dengan  campuran gas dapat  ditentukan pada  jumlah  konsentrasi  yang  sesuai.  Pada  waktu  yang  bersamaan  karbon  berdifusi secara kontinu dari permukaan ke baja.
Profil  konsentrasi  benda  uji  yang  dapat  dicapai  setelah  perbedaan  waktu  yang ditentukan. Penjelasan analitik untuk profil ini dapat dicapai dengan penyelesaian hukum Fick II dengan menggunakan kondisi batas : C B ( pada X = 0 ) = C S dan C B ( ~ ) = C 0 , konsentrasi  karbon  original  baja.  Specimen  diasumsikan  sebagai  pajang  infinit  pada kenyataanya  koefisien  difusi  karbon  diaustenit  meningkat  dengan  meningkatnya
konsentrasi,  tetapi  larutan  yang  diinginkan  dapat  dicapai  dengan  mengambil  nilai  rata- rata dan menjadi persamaan yang sederhana: C = C S - ( C S – C 0 ) erf         t D X 2
Dimana :
C : Konsentrasi karbon rata – rata C S : Konsentrasi karbon di permukaan
C 0
: Konsentrasi karbon di bagian terdalam
X : tebal penetrasi karbon
D : Koefisien difusi karbon
T : waktu difusi karbon
Dari  persamaan  diatas  nilai  yang  lebih  akurat  didapat  dari  buku  standar Matemetika.  Diketahui  bahwa  erf  (0.5)  adalah  0.5  ,  sehingga  tebal  dimana  konsentrasi karbon  ditengah-tengah  antara    C S dan  C O dinyatakan  dengan         t D X 2 =  0.5  sehingga
tebal bagian yang terkaburasi adalah Dt . Perlu diingat bahwa kedalaman dari garis iso konsentrasi  adalah  berbanding  lurus  dengan Dt .  Sehingga  untuk  mencapai  dua  kali peningkatan penetrasi membutuhkan empat kali waktu penetrasi.

## Pack Carburising
Proses  ini  sederhana  dan  merupakan  metode  awal  untuk  melakukan  karburising dengan  cara  meletakkan  komponen  yang  akan  diproses  ke  dalam  wadah  yang  terbuat dari logam dengan campuran bahan karburasi yang terdiri dari serbuk batu bara dan 10% barium  karbonat  yang  membungkus  sekeliling  komponen.  Wadah  ini  kemudian dipanaskan  pada  temperature  konstan  (850 0 C  –  950 0 C)  untuk  beberapa  waktu  guna memastikan temperature yang dipakai dan untuk memastikan bahwa karbon terdifusi ke permukaan  komponen  pada  kedalaman  tertentu.  Adapun  sumber  karbon  dapat  berasal dari batu bara, arang batok kelapa atau arang kayu, pada penelitian ini digunakan arang aktif dari batok kelapa sebagai sumber karbonnya.
Setelah  dilakukan Pack  Carburising langkah  berikutnya  adalah  perlakuan  panas yang terdiri  dari autenisasi dan tempering serta quenching. Sedangkan perlakuan panas
yang  dilakukan  pada  proses Pack carburizing  adalah  proses  austempering  dengan tahapan proses sebagai berikut:
1. Austenisasi.  Komponen  coran  dipanaskan  pada  temperature  diantara  850 0 C  dan 950 0 C selama 15 menit sampai 2 jam. Austenit (besi atau gamma fase) adalah solusi non-magnetik  logam  padat  dari  besi  dan  elemen  paduan.  Di  dataran-baja  karbon, austenit  ada  di  atas suhu eutektoid  kritis  1000 K (sekitar 727  ° C); paduan lainnya dari  baja  memiliki  temperatur  eutektoid  berbeda.  Hal  ini  dinamai  Sir  William Chandler  Roberts-Austen  (1843-1902).  Dalam  rangka  untuk  setiap  transformasi berlangsung  mikro  logam  harus  ditambah  struktur  austenit.  Batas-batas  wilayah yang  tepat  dari  fase  austenit  tergantung  pada  kimia  dari  panas  paduan  dirawat. Namun,  suhu  austenitizing  biasanya  antara  790  dan  915  °  C  (1455-1680  °  F). Jumlah  waktu  yang  dihabiskan  pada  suhu  ini  akan  bervariasi  dengan  paduan  dan spesifik  proses  untuk  bagian  melalui-mengeras  hasil  terbaik  dicapai  bila austenitization  cukup  panjang  untuk  menghasilkan  logam  mikro  austenit  penuh (masih akan hadir dalam besi cor grafit) dengan kandungan karbon yang konsisten. Dalam  baja  ini hanya  dapat  berlangsung beberapa menit  setelah suhu  austenitizing telah mencapai seluruh bagian bagian, tetapi dalam besi cor dibutuhkan lagi. Hal ini karena  karbon  harus  berdifusi  keluar  dari  grafit  sampai  mencapai  konsentrasi kesetimbangan ditentukan oleh suhu dan diagram fase. Langkah ini dapat dilakukan dalam berbagai jenis tungku, dalam garam mandi suhu tinggi, melalui api langsung atau  pemanasan  induksi.  Banyak  paten  ada  untuk  metode  tertentu  dan  variasi. Austenitization  berarti  untuk  memanaskan  besi,  besi  berbasis  logam,  atau  baja sampai suhu di mana ia  perubahan struktur kristal dari ferit untuk austenit. Sebuah awal  austenitization  lengkap  dapat  meninggalkan  karbida  larut  dalam  matriks. Untuk  beberapa  besi,  besi  berbasis  logam,  dan  baja,  kehadiran  karbida  mungkin terjadi atau hadir selama langkah austenitization. Istilah umum digunakan untuk ini adalah dua fase austenitization ( http://en.wikipedia.org/wiki/Austenite )

## 2. Austempering
Setelah  austenisasi  komponen  coran  di  celup  dalam  bak  garam  pada  temperature dalam  range  450 0 C  –  250 0 C  selama  setengah  sampai  3  jam.  Kemudian  diikuti pendinginan  sampai  temperature  ruangan. Austempering  adalah  perlakuan  panas
isotermal yang diterapkan untuk logam besi, besi baja dan terutama ulet. Dalam baja itu  menghasilkan  mikro  rendah  bainit  sedangkan  pada  besi  cor  itu  menghasilkan struktur  acicular  ferit  dan  karbon  tinggi,  stabil  austenit  dikenal  sebagai  ausferrite. Hal  ini  terutama  digunakan  untuk  meningkatkan  sifat  mekanik.  Austempering didefinisikan oleh proses dan mikrostruktur yang dihasilkan. Parameter proses yang khas  austempering  diterapkan  pada  bahan  yang  tidak  cocok  tidak  akan mengakibatkan  pembentukan  bainit  atau  ausferrite  dan  thusly  produk  akhir  tidak akan  dipanggil  austempered.  Kedua  mikro  juga  dapat  dihasilkan  melalui  metode lain.  Misalnya,  mereka  mungkin  diproduksi  sebagai-cast  atau  udara  didinginkan dengan  konten  paduan  yang  tepat.  Bahan-bahan  ini  juga  tidak  disebut  sebagai austempered.  Austempering  baja  pertama  kali  dirintis  oleh  Edgar  C.  Bain  dan Edmund  S.  Davenport  pada  tahun  1930  yang  bekerja  untuk  United  States  Steel Corporation  pada  waktu  itu.  Bainit  harus  telah  hadir  di  baja  lama  sebelum  tanggal penemuan diakui, tetapi tidak teridentifikasi karena teknik metalografi terbatas yang tersedia  dan  campuran  mikro  yang  dibentuk  oleh  praktek-praktek  perlakuan  panas waktu.  Keadaan  kebetulan  terinspirasi  Bain  untuk  mempelajari  transformasi  fase isotermal. Austenit dan fase suhu yang lebih tinggi dari baja yang menjadi lebih dan lebih  dipahami  dan  itu  sudah  diketahui  bahwa  austenit  dapat  dipertahankan  pada suhu  kamar.  Melalui  kontak  di  Perusahaan  Steel  dan  American  Wire  Bain menyadari  transformasi  isotermal  yang  digunakan  dalam  industri  dan  dia  mulai memahami percobaan baru. Penelitian lebih lanjut ke dalam transformasi  isotermal baja  adalah  hasil  dari  Bain  dan  penemuan  Davenport  dari  mikro  baru  yang  terdiri dari sebuah "agregat acicular, etsa gelap." Mikro ini ditemukan untuk menjadi "lebih keras untuk kekerasan yang sama dari martensit marah". Eksploitasi komersial dari baja bainitik tidak menjadi umum dalam semalam. Panas mengobati praktek umum pada waktu itu menampilkan metode pendinginan terus menerus dan tidak mampu, dalam  praktek,  sepenuhnya  memproduksi  mikro  bainitik.  Kisaran  paduan  yang tersedia  yang  dihasilkan  baik  mikro  campuran  atau  jumlah  berlebihan  martensit. Munculnya  baja  karbon  rendah  yang  mengandung  boron  dan  molibdenum  dalam baja 1958 bainitik sepenuhnya diizinkan untuk diproduksi dengan pendinginan terus menerus.  Penggunaan  komersial  baja  bainitik  sehingga  muncul  sebagai  hasil  dari pengembangan  panas  baru  mengobati  metode,  mereka  yang  melibatkan  langkah
memegang  benda  kerja  pada  suhu  tetap  untuk  periode  waktu  yang  cukup  untuk memungkinkan transformasi menjadi kolektif dikenal sebagai austempering.  Salah satu  penggunaan  pertama  dari  baja  austempered  berada  di  baut  senapan  selama Perang Dunia II. Kekuatan dampak tinggi mungkin di hardnesses tinggi, dan bagian ukuran yang relatif kecil dari komponen yang terbuat baja austempered ideal untuk aplikasi  ini.  Selama  dekade  berikutnya  austempering  merevolusi  industri  semi diikuti oleh klip dan klem.
Tujuan  umum  yang  ingin  dicapai  dari  riset  ini  adalah  peningkatan  kekerasan komponen roda gigi fly wheel Daihatsu. Sehinga diharapkan kualitas roda gigi fly wheel lokal dapat menyamai kualitas roda gigi fly wheel impor namun dengan biaya produksi yang  rendah  sehingga  komponen  roda  gigi  fly  wheel  lokal  dapat  bersaing  di  pasar. Dalam jangka panjang diharapkan bangsa kita dapat melepaskan diri dari ketergantungan terhadap  komponen  import.  Adapun  tujuan  khusus  dari  penelitian  ini  adalah: mendapatkan  waktu  karburasi  yang  optimal,  mendapatkan  temperatur  dan  waktu austemper yang optimal dan mendapatkan waktu quenching yang optimal.

## METODOLIGI PENELITIAN
Penelitian  tentang  perbaikan  kualitas  roda  gigi  fly  wheel  lokal  dengan  proses Pack Carburising menggunakan arang aktif karbon dari batok kelapa akan diinvestigasi secara eksperimen, penelitian akan dilaksanakan secara bertahap meliputi:
- Pengembangan material roda gigi fly wheel lokal dengan karburasi
- Studi optimasi karakteristik roda gigi fly wheel lokal terkarburasi

## Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah:
- Roda gigi fly wheel buatan industri rumahan.
- Batok kelapa.

## Studi Optimasi Parameter Proses
Studi  optimasi  dilakukan  dengan  menggunakan  faktoral  design  2 n .  parameter- parameter yang diteliti adalah waktu karburasi, temperatur austenisasi, waktu austenisasi, temperatur  tempering  dan  waktu  tempering.  Variabel  untuk  studi  obtimisasi  parameter
proses  disajikan  di  Tabel  5.  penentuan  variabel  yang  berpengaruh  dapat  menggunakan normal  probabiliti  plot,  setelah  dilakukan  perhitungan  main  effek  dan  perhitungan interaksi atau menggunakan program statistik matlab ®.

## Data Pengujian
Pelaksanaan pengujian dengan batasan seperti keterangan dibawah :
A : Waktu Karburasi : 1 Jam, 2 dan 3 jam . B :  Suhu Austenisasi : 850 – 950 0 C C : Waktu Austenisasi : 15 menit – 2 jam D : Suhu Tempering : 450 – 250 0 C E : Waktu Tempering
: 1 – 3 jam
Diagram Alir Penelitian
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian Bahan dasar berupa Roda gigi Fly wheel baja karbon dibuat spesimen Dilakukan pack carburising, perlakuan panas
Karakterisasi material dengan uji mekanis dan pengamatan metalografi
Mendapatkan parameter prose carburising yang optimal

## FLY WHEEL TERKARBURASI

## HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Tabel 1. Hasil Uji Komposisi Kimia No. Nama Unsur Simbol Kadar 1 Ferum Fe 98,78 2 Sulfur S 0,029 3 Allumunium Al <0,000 4 Carbon C 0,088 5 Nikel Ni 0,160 6 Niobium Nb 0,01 7 Silicon Si 0,01 8 Chromium Cr <0,012 9 Vanadium V <0,00 10 Mangan Mn 0,496 11 Molibdenum Mo 0,008 12 Tungten W 0,05 13 Phospor P 0,014 14 Cupper Cu 0,181 15 Titanium Ti <0,00

## Pengamatan Struktur Mikro
Karakterisasi  yang  dilakukan  untuk  mendapatkan  Roda  gigi  fly  wheel  baja karbon adalah:
1. Uji  keras,  dengan  menggunakan  metode  pengujian  Vickers  untuk  mengetahui kekerasan hasil proses karburising.
2. Pengamatan  metalografi  dengan  mikroskop  optik,  untuk  mengidetifikasi  fasa  dan unsur yang terkandung pada masing-masing spesimen.
Pengujian  Raw  (  Spesimen  1  )  material  dengan  mikro  optic  ditunjukan  pada gambar 2 Struktur mikro raw material.
Gambar 2. Struktur Mikro Raw Material
Pengujian  Spesimen  2  dengan  proses  karburasi  arang  aktif  batok  kelapa  lama waktu 1 jam dengan mikro optik dan hasilnya ditunjukan pada gambar 3 Struktur mikro spesimen karburising 1 jam.
Gambar 3. Struktur Mikro Karburising 1 Jam
Pengujian  Spesimen  3  dengan  proses  karburasi  arang  aktif  batok  kelapa  lama waktu 2 jam dengan mikro optik dan hasilnya ditunjukan pada gambar 4 Struktur mikro spesimen karburising  jam.
Gambar 4. Struktur Mikro Karburising 2 Jam
Pengujian  Spesimen  4  dengan  proses  karburasi  arang  aktif  batok  kelapa  lama waktu 3 jam dengan mikro optik dan hasilnya ditunjukan pada gambar 5 Struktur mikro spesimen karburising 3 jam.
Gambar 5. Struktur mikro karburising 3 jam

## Pengujian Kekerasan
Pengujian  kekerasan  row  material  dengan  menggunakan  Vickers  Hardness dengan hasil ditunjukan pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil Pengujian Keras Raw Material
No. VHN 1 180 2 179 3 182
Pengujian kekerasan Spesimen 2 hasil proses Carburising dengan menggunakan Vickers Hardness dengan hasil ditunjukan pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Pengujian Keras Spesimen 2 Hasil Karburising
No. Kedalaman Lama waktu (jam) VHN 1 0,2 1 254 2 0,3 1 2,37 3 0,5 1 215
Pengujian kekerasan Spesimen 3 hasil proses Carburising dengan menggunakan Vickers Hardness dengan hasil ditunjukan pada Tabel 4.
Tabel 4. Hasil Pengujian Keras Spesimen 3 Hasil Karburising
No. Kedalaman Lama waktu (jam) VHN 1 0,2 2 267 2 0,3 2 2,46 3 0,5 2 231
Pengujian kekerasan Spesimen 4 hasil proses Carburising dengan menggunakan Vickers Hardness dengan hasil ditunjukan pada Tabel 5.
Tabel 5. Hasil Pengujian Keras Spesimen 4 Hasil Karburising
No. Kedalaman Lama waktu (jam) VHN 1 0,2 3 284 2 0,3 3 2,59 3 0,5 3 247
Analisa data dengan menggunakan grafik liniar seperti pada Gambar 6, 7 dan 8.
190 200 210 220 230 240 250 260 0,2 0,3 0,5 KE KE RA SA N KEDALAMAN VHN Gambar 6. Grafik Data Spesimen 2 210 220 230 240 250 260 270 0,2 0,3 0,5 KE KE RA SA N KEDALAMAN VHN
Gambar 7. Grafik Data Spesimen 3
220 230 240 250 260 270 280 290 0,2 0,3 0,5 KE KE RA SA N KEDLAMAN VHN
Gambar 8. Grafik Data Spesimen 4
Dari  pengujian  dan  penggrafikan  data  dapat  dianalisis  dari  proses  karburising baja  karbon  rendah,  dengan  lama  waktu  proses  1jam,  2jam  dan  3  jam  mengalami peningkatan kekerasannya hampir 70% dari raw  material  dan secara metalografi sangat tampak difusi karbon kedalam baja.

## KESIMPULAN
Adanya  kenaikan  kekerasan  secara  signifikan  pada  baja  karbon  rendah  setelah mengalami  perlakuan  proses  karburising  yang  besarannya  pada  proses  karburising dengan  lama  waktu  1  jam  kekerasan  spesimen  mencapai  254  VHN,  serta  proses karburising  dengan  lama  waktu  2  jam  kekerasan  spesimen  mencapai  267  VHN  dan proses  karburising  dengan  lama  waktu  3  jam  kekerasan  mencapai  284  VHN  dari kekersana raw material 180 VHN.
Secara  metalografi  dengan  pembesaran  50  kali  unsur  karbon  dapat  berdifusi kedalam  baja  dengan  jelas  dan  semakin  jelas  bila  waktu  proses  karburising  semakin lama.

## SARAN
Perlu  adanya  penelitian  lanjutan  dengan  memvariasikan  waktu  lebih  dari  3  jam. Perlu adanya aplikasi pada perusahaan yang banyak memanfaatkan dengan perbandingan harga yang lebih murah dibandingkan dengan baja ASAB yang digunakan untuk roller- roller selama ini, seperti di PT Indofood Semarang.

## DAFTAR PUSTAKA
Actived carbon, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/quaery/2006
ASTM A536, Annual Book of ASTM Standart, Vol. 1.02, ASTM, West Conshohocken, PA, 1999
ASTM A897, Annual Book of ASTM Standart, Vol. 1.02, ASTM, West Conshohocken, PA, 1999
Bhadesia HKHD, Bainite in Steels, Institute of Material, 1992
B.H. Amstcad, sriati Djaprie, Teknologi Mekanik, Edisi ketujuh Jilid 1, Erlangga 1995

## Carburising
,http://www.matter.org.uk/steel_matter/manufacturing/surface_hardness/2006 Degarmo,  Material  and  Processes  in  Manufacturing,  7 th Edition,  Macmilan  Publishing Company, New York, 2000
DA  Porter  And  Easterling,  Phase  Tranformation  In  Metal  and  Alloys,  Chapman  and Hall, Second Edition, 1993
Natalie Neff, Mustang Cobra Gets Audited for 1999, WWARD’S Auto Word, February,

## 1999
Pack Carburising , http://www.staff.ncl.ac,uk/s.j_bull/gears/sld001.htm
Steel  Hardening  Process,  http://www.roymech.co.uk/usefull_Tabel/matter/iron  steel form/2006
Saptono,Rahmat:http://staff.ui.ac.id/internal/132128628/material/PengetahuanBahanBab
Ketiga.pdf