## PENGARUH PENAMBAHAN NIKEL TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN KEKERASAN PADA BESI TUANG  NODULAR 50
Sudarmanto Prodi Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto Jalan Janti Blok R Lanud Adisutjipto, Yogyakarta

## Abstract
Nodular  cast iron  is  the  cast  iron  that has  nodular graphite  spherical  structure  distributed in ferrite  or  pearlite  matrix  or  in  both  o f  them.  Recently,  this  material  is  used  widely  in  industries because  its  low  cost  and  better performance.  The  advanced  metal  industries  nowadays  have fo u n d some  new  technologies  in  order to  improve  the properties  o f  materials.  One  o f  them  is  the addition  o f another  elements  into  the  base  metals,  such  as  nickel.  The  effects  o f  the  addition  1wt  %,  2wt  %  and 3wt  %  nickel  into  nodular  cast  iron  50  on  tensile  and hardness properties  were  investigated in  this study.  The  experimental results  show  that the  best amount o f  nickel that added into  nodular cast iron is 3% wt,  which has the best tensile and hardness properties.
Keywords  :  nodular cast iron,  nickel,  tensile,  hardness

## 1. Pendahuluan
Tujuan dari proses manufaktur metalurgi  adalah untuk menghasilkan produk yang dapat berfungsi  sesuai  dengan  spesifikasinya,  dapat  diterima  oleh  konsumen  dan  mempunyai  nilai ekonomis,  baik  untuk  produsen  maupun  konsumen.  Untuk  mencapai  sasaran  ini  penting sekali  memprediksi  sifat-sifat  mekanik,  dalam  hal  ini  kekuatan tarik  dan  kekerasannya.  Oleh karena  itu  dalam  pemilihan  material  dalam  manufaktur  harus  mempertimbangkan  sifat-sifat mekanis tersebut.
Pada  penelitian  ini  material  besi  tuang  nodular  digunakan  karena  memiliki  beberapa keunggulan  yaitu  mudah  dan  murah  biaya  produksinya  dibandingkan  dengan  baja  karbon. Proses produksinya cukup  sederhana,  mudah pemesinannya,  tahan terhadap  daya tekan,  tahan aus  dan  tahan  korosi  yang  lebih baik  dari  pada baja.  Besi  tuang nodular yang  dipakai  adalah besi  tuang  nodular  50  (BTN-50)  tanpa  proses  ADI,  yaitu  dengan  menambah  unsur  paduan 1%,  2%  dan  3%  Nikel.  Penelitian  ini  diharapkan  dapat  memberikan  masukan  untuk mendapatkan solusi untuk mengatasi permasalahan tersebut.
Besi  tuang nodular  sejak  ditemukan  pada tahun  1948,  sampai  sekarang  ini  merupakan material  yang banyak digunakan pada pembuatan komponen-komponen  otomotif.  Besi  tuang nodular  banyak  digunakan  karena  memiliki  beberapa  keunggulan  yaitu  mudah  dan  murah biaya produksinya dibandingkan dengan baja karbon.  Bentuk grafit yang bulat ini  diakibatkan adanya unsur pembuat grafit yang  disebut  noduliser.  Pembuatan besi  tuang  nodular biasanya dengan  menggunakan  sistim ladle yang  sering  digunakan  adalah ladle  sandwich,  tudish, teapot  tudish dan double  teapot. Akibat  bentuk  grafit  yang  bulat  ini,  maka  kekuatan  tarik material  dalam kondisi ascast meningkat dibandingkan bentuk grafit serpihan dari nilai  10-30 Kg/mm2  sehingga  menjadi 60  Kg/mm2,  sementara  regangannya  biasa  mencapai  12%. Dengan  pesatnya  penggunaan  besi  tuang  nodular  ini,  telah  banyak  dilakukan  usaha  untuk meningkatkan  sifat  mekanisnya.  Sifat  mekanis  besi  tuang  nodular  terutama  sangat dipengaruhi  oleh  struktur mikronya.  Perubahan  struktur mikro dapat dilakukan dengan proses perlakuan panas atau dengan proses pemaduan.

## Sudarmanto
Keistimewaan  dari  besi  tuang  nodular  ini  adalah  mempunyai  sifat  lebih  baik,  terutama sifat  mekaniknya  dibanding  dengan  besi  tuang  lainnya.  Sifat  mekanik  besi  tuang  nodular adalah  mempunyai  kekuatan  tarik  yang  tinggi,  mampu  mesin  yang  baik,  tahan  aus  dan jika ditambah  unsur  paduan  dapat  dipergunakan  tanpa  perlakuan  panas.  Material  ini  biasa digunakan untuk alat-alat mobil,  mesin pertanian,  poros engkol, roda gigi dan lain sebagainya.
Pengaruh  kandungan  Ni  pada  besi  tuang  nodular  adalah  penambahan  Ni  pada ascast, sebagian terjadi matrik ferrit,  selama pembentukan pearlite atau acicular sampai  4 %, kualitas austenitic dari  18 %  sampai 36 % yang kualitasnya baik. Nikel biasanya ditambahkan  dengan Mg  sebagai  logam  paduan  pengikat.  Secara  signifikan persentase  kandungan Ni  paling besar seperti  Nikel  Magnesium  Alloy  dan  selanjutnya  sebagi  paduan  (Nikel,  Magnesium,  Silisium Alloy) merupakan paduan logam utama.
Nikel  memperkuat ferrit  dan  berperan  untuk  mengurangi  karbida  kotor  seperti  sebagai pembentukan grafit dengan lebih kurang 50 % dari  keefektifan  Si.  Dengan penambahan Nikel 1%  akan  meningkatkan  kekuatan  tarik  dan  luluh  sekitar  5000  Psi,  dengan  penurunan elongation sekitar  1  -   2  %.  Dengan  kenaikan  3  %  Nikel  akan  meningkatkan  kekuatan  tarik sekitar  120.000  Psi  dengan elongation 3  %,  pada  besi  tuang  nodular  akan  terbentuk  matrik ferrit  dengan  pendinginan  lambat,  sehingga  kekuatan  tarik  dan  kekerasan  meningkat.  Nikel padat  mengakibatkan  kemampuan  tuang  tinggi  dalam  berbagai  nilai  konsentrasi  paduan maksimum yang ditentukan.

## 2. Metodologi Penelitian

## 2.1 Bahan dan Alat
Bahan  yang  digunakan  adalah  besi  tuang  nodular  50,  Nikel,  pasir  cetak,  pola  Y  blok dari  kayu  dengan  standar JIS  G 5503  No.  B  dan  alat pembuatan  cetakan,  sebelum  logam  cair dituangkan  kedalam  cetakan  ditambahkan Nikel  dengan  persentase berat  1  %,  2  %  dan  3  %. Adapun  alat yang  digunakan  dalam  penelitian ini  adalah  alat uji  tarik,  alat uji  kekerasan,  dan jangka sorong.
Gambar 1. Y Blok standar JIS G 5503 No. B
Tabel  1. Ukuran Y Blok
Ukuran Y Blok (mm) Jenis A B C D E No.  a 12 135 25 40 150 min No. b 25 140 40 55 150 min

## 2.2 Pengujian Spesimen
Pengujian  tarik  pada  penelitian  ini  mengacu  pada  standar  JIS  G  5503  No.  B,  dan pengujian kekerasan menggunakan Rockwell Hardness Test.
Tabel 2. Dimensi spesimen uji tarik menurut standar JIS G.  5503 No. B
Gauge length L 50 Diameter D 14 Radius o f  fillet R 15  Min Length o f  reduced P 50 approx

## 3. Hasil dan Pem bahasan

## 3.1 Pengujian Komposisi Kimia
Pengujian ini  dilakukan untuk mengetahui  unsur -  unsur paduan yang terkandung pada sampel uji.  Sampel yang diuji  adalah  :  as-cast,  as-cast +  1% Ni,  as-cast + 2% Ni  dan as-cast + 3%  Ni.  Pengujian  komposisi  ini  dilakukan  di  laboratorium  metalurgi  UI  Jakarta,  adapun hasilnya adalah seperti pada tabel 3.

## 3.2 Pengujian M ekanik
Pengujian sifat mekanis dilakukan pada BTN-50 as-cast maupun pada variasi komposisi paduan  1%,  2%  dan  3%  Nikel  yang  meliputi  pungujian  kekuatan  tarik  dan  pengujian kekerasan.

## A. Pengujian K ekuatan T arik
Dari  grafik pengaruh penambahan Ni  pada As-cast terhadap  kekuatan tarik (Gambar 3) dapat  dilihat bahwa  dengan  penambahan  paduan  1%,  2%  dan  3%  Ni  pada tuangan  BTN-50 standar blok JIS  G 5503  No.  B  kekuatan tarik tertinggi  di  dapat pada penambahan paduan 3%
2
9
Ni,  yaitu  sebesar  78  kg/mm  .  Terdapat  kenaikan  sebesar 27  kg/mm  atau  sebesar 34,6%  bila dibandingkan  dengan  kondisi  as-cast  yaitu  sebesar  51  kg/mm2.  Kenaikan  kekuatan  tarik tersebut  adalah  signifikan.  Dapat  dilihat  pula  bahwa  kenaikan  penambahan  nikel  sebanding dengan kenaikan kekuatan tariknya.

## Sudarmanto
Tabel 3. Data hasil uji komposisi kimia Unsur Kimia Kandungan pada sampel uji (%) As-Cast As-Cast + 1% Ni As-Cast + 2% Ni As-Cast + 3% Ni C 3,50 3,50 3,59 3,05 Si 2,96 2,97 2,93 2,79 Mn 0,05 0,05 0,04 0,02 P 0,02 0,02 0,017 0,019 S 0,01 0,012 0,01 0,015 Ni 0,04 1,10 2,45 3,55 Cr 0,03 0,03 0,03 0,003 Mo 0,004 0,006 0,005 0,005 Cu 0,39 0,41 0,41 0,42 V 0,007 0,007 0,007 0,008 Ti 0,01 0,01 0,01 0,01 Al 0,02 0,02 0,02 0,01 Sn 0,009 0,01 0,009 0,009 Pb 0,009 0,011 0,009 0,009 Mg 0,04 0,03 0,033 0,034 Fe Rem. Rem. Rem. Rem.
90 _   80 (N £  70 £ 'c®  60 50 40 30 78 71 55 m 51 u m ■ ra 20 CD 10
As-Cast 1% Ni 2% N i Komposisi 3%  Ni
Gambar 3. Pengaruh penambahan Ni pada As-cast terhadap kekuatan tarik.
Dari  grafik pengaruh penambahan Ni  pada As-cast terhadap  elongasi  (Gambar 4)  dapat dilihat  bahwa  dengan  penambahan  unsur  paduan  1%,  2%  dan  3%  Ni  pada  as-cast  BTN  50 elongasi  tertinggi  diperoleh pada penambahan paduan  3% Ni  sebesar 5,08%,  sehingga terjadi kenaikan  sebesar  14% bila dibandingkan  dengan  kondisi  as-cast di  mana elogansinya  sebesar 4,35%.  Penambahan  unsur  nikel  ini  dapat  meningkatkan  elongasi,  di  mana  semakin  banyak penambahan nikel maka semakin besar pula elongasinya.
0
10
9 S 1
g   6 "  c ra  i b* C _Q 4 LjJ 3 1
1 0 As-Cast 1% Ni 2% Ni 3% N i
Gambar 4. Pengaruh penambahan Ni pada As-cast terhadap elongasi.

## B. Pengujian kekerasan
Pada  grafik  pengaruh  penambahan  Nikel  terhadap  kekerasan  (Gambar  5)  dapat  dilihat bahwa  dengan  penambahan  paduan  Nikel  1%,  2%  dan  3%  pada  BTN-50  maka  terdapat kenaikan nilai  kekerasan  di  mana kekerasan yang tertinggi  didapat pada penambahan paduan Nikel  3% yaitu  sebesar 335  BHN jadi  ada kenaikan  sebesar 35,6% jika dibandingkan dengan kondisi as-cast di mana harga kekerasannya adalah 247 BHN.
4 0 0 3 0 0 Z I CO £ 200 m aj <n 100 0
Gambar 5.  Grafik pengaruh penambahan Nikel terhadap kekerasan

## 4. Kesimpulan
Dari  variasi  penambahan  unsur paduan  1%,  2%  dan  3% Nikel  pada besi  tuang nodular 50  dapat  disimpulkan  bahwa  semakin  besar  unsur Nikel  yang  ditambahkan  pada  besi  tuang nodular 50  maka  semakin besar kekuatan tarik,  elongasi,  dan  kekerasannya.  Penambahan  1% Ni  pada  As-cast  diperoleh  kekuatan  tarik  55  kg/mm  ,  elongasi  4,25%  dan  kekerasan  105 HRB,  penambahan  2%  Ni  pada  As  -   cast  diperoleh  kekuatan  tarik  71  kg/mm2,  elongasi 4,75%  dan kekerasan  107 HRB,  penambahan  3% Ni  pada As  -  cast diperoleh kekuatan tarik 78  kg/mm2,  elongasi  5,08%  dan kekerasan  109 HRB.  Kekuatan tarik,  elongasi  dan kekerasan tertinggi diperoleh pada paduan 3% Ni yaitu 78 kg/mm  ,  5,08% dan  109 HRB.
A s -C a s t 1%   Ni 2 %   Ni
3 %   Ni

## D aftar Pustaka
Bustanul,  A,  1999,  Peningkatan  Kinerja  Poros  Engkol  BTN  -   Normalisasi  Dengan  Proses Pemaduan Tembaga 0,33  %, Jurnal Teknologi, vol.  3.
Skalan,  T,  Elkem,  ASA,  1999,  Ductile  Iron  Production  -  A  Comparison  of  Altrnative Treatment Method, M etal Asia.
Spengler,  AF,  1985,  The  Ductile  Iron  Press,  Compendium,  VII,  Miller  and  Company, Chicago.
Surdia,  T,  Chjiwa, K,  Teknik Pengecoran Logam,  P.T. Pradnya Paramita, Jakarta.
ASM,  1982, Metal Handbook, Ferrous,  Vol.  2,  9th Edition Metals, Park,  Ohio. JIS,  1999, Handbook, Ferrous, Material  and Metallurgy.