## PENGARUH LIMBAH SERBUK KARBON BATU BATERAI (SINGLE USE) DAN ARANG KAYU JATI PADA PROSES PACK CARBURIZING
Andi Prayoga
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Singaperbangsa Karawang Email: andiprayoga055@gmail.com

## ABSTRACT
Industrial activity is one of the important elements in supporting development in order to increase economic growth which is expected to increase the standard of living of the Indonesian nation. The negative impact of industrial activities is causing waste and damage to the environmental ecosystem. One of the wastes generated from industrial activities is B3 waste, battery powder and wood waste. Purpose One way to deal with this waste problem is by utilizing the content in the waste for carburizing carbon media. Fack carburizing is a diffusion process to improve the  physical  and  mechanical  properties  of  metal  surfaces  by  inserting  the  workpiece  into  a  furnace  containing carbon material. The carburizing process uses a dosing fraction of teak charcoal carbon material 50% 70% 90% battery powder 50%, 30%, 10% with a temperature of 850°C with a holding time of 1 hour, then tensile testing, microstructure monitoring and hardness are carried out, to obtain hardness value by converting the tensile test value. The test results showed that the specimens that went through the carburizing process experienced an increase in hardness from the specimens without going through the carburizing process, namely 160 Brinell to 230 Brinell, and the results of the research showed changes in the microstructure, which initially only consisted of perrite and ferlite in the specimens without the carburizing process, which changed to cementite and slightly ferlite. The highest tensile strength was found in specimens with a carbon fraction of teak charcoal 90%, 10% battery powder with a tensile strength value of 74.1 MPa.
Keywords: Fack carburizing battery; microstructure; tensile test; hardness conversion .

## ABSTRAK
Kegiatan  industri  salah  satu  unsur  penting  dalam  menunjang  pembangunan  guna  meningkatkan  pertumbuhan ekonomi  yang  diharapkan  dapat  meningkatkan  standar  hidup  bangsa  indonesia.  Dampak  negatif  dari  kegiatan industri ialah menimbulkan limbah serta kerusakan ekosistem lingkungan. Salah satu limbah yang ditimbulkan dari kegiatan  industri  ialah  limbah  B3  serbuk  batrai  dan  limbah  kayu,  limbah  kayu  yang  dimaksudkan  adalah  sisa potongan kecil-kecil baik sisa potongan atau sisa belahan kayu yang tidak terpakai lagi. Tujuan Untuk menangani permasalahan limbah tersebut salah satunya dengan cara memanfaatkan kandungan didalam limbah tersebut untuk media  pengkarbonan  karburasi.  Karburasi  padat  merupakan  proses  difusi  untuk  meningkatkan  sifat  fisik  dan mekanik pada permukaan logam dengan cara benda kerja dimasukan kedalam dapur pemanas yang berisikan bahan karbon. Proses karburasi dengan menggunakan fraksi takaran bahan karbon arang jati 50% 70% 90% serbuk batrai 50%, 30%, 10% dengan temperatur 850°C dengan lama penahanan 1 jam, lalu dilakukan pengujian tarik, pengamtan struktur mikro dan kekerasa, untuk mendapatkan nilai kekerasan dengan cara mengkonversi nilai uji tarik. Hasil pengujian menunjukan spesimen yang melalui proses karburasi mengalami peningkatan kekerasan dari spesimen tanpa melalui proses karburasi, yaitu 160 Brinell menjadi 230 Brinell, dan hasil penelitian menujukan perubahan struktur mikro, yang awalnya hanya berupa perrit dan ferlit pada spesimen tanpa proses karburasi berubah menjadi sementit dan sedikit ferlit. Kekuatan tarik tertinggi pada spesimen dengan fraksi bahan karbon arang jati 90% serbuk batrai 10% dengan nilai kekuatan tarik 74,1 MPa.
Kata Kunci: Karburasi padat; batu batrai; uji mikro; uji Tarik; konversi kekerasan

## 1. PENDAHULUAN
Kegiatan  industri  salah  satu  unsur  penting  dalam  menunjang  pembangunan  guna  meningkatkan  pertumbuhan ekonomi yang diharapkan dapat meningkatkan standar hidup bangsa indonesia. Tetapi kegiatan industri selain berdampak positif  juga  berdampak  negatif.  Dampak  negatif  dari  kegiatan  industri  ialah  menimbulkan  limbah  dan  pencemaran lingkungan serta dapat menimbulkan kerusakan sumber daya alam dan menurunkan kualitas hidup karena lingkungan hidup tercemar dan kotor [1].
Limbah  batu  baterai  merupakan  sampah  B3  (bahan  berbahaya  dan  beracun).  Logam-logam  berat  yang  terdapat dalam  baterai  dapat  mencemari  lingkungan  yang  nantinya  akan  berdampak  pada  kesehatan  manusia  apabila  limbah baterai tidak ditangani secara baik. Akibat dampak tersebut maka timbul penyakit kanker. Batu baterai bekas di indonesia saat ini belum di manfaatkan secara maksimal. Batu baterai biasanya langsung dibuang ke tempat sampah dan berakhir di TPA. Dengan adanya hal tersebut, sudah terlihat bahwa belum ada perhatian khusus mengenai pengelolaan limbah batu baterai. Hal ini terjadi karena rendahnya kesadaran masyarakat terhadap bahaya limbah batu baterai. Pemerintah pun, kurang peduli mengenai hal tersebut. Tanpa mereka sadari, limbah baterai yang tidak dikelola dengan baik dapat berdampak negatif terhadap lingkungan dan kesehatan manusia [2]. Selain timbulnya limbah dari lidustri batu batrai limbah dari industri perkayuan juga belum dimanfaatkan secara maksimal, hanya sebagai kayu bakar. Limbah kayu yang dimaksudkan adalah sisa potongan kecil-kecil baik sisa potongan atau sisa belahan kayu yang tidak terpakai lagi [3].
Untuk  menangani  permasalahan  limbah  tersebut  salah  satunya  dengan  cara  memanpaatkan  kandungan  didalam limbah tersebut untuk media pengkarbonan carburizing. Carburizing merupakan proses difusi untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik pada permukaan logam dengan cara benda kerja dimasukan kedalam dapur pemanas yang berisikan bahan karbon dengan menyisakan ruang ± 50 mm. Setelah ditutup, lalu dipanaskan perlahan- lahan hingga mencapai suhu  (800-  1000)  °C  dan  ditahan  pada  suhu  tersebut  selama  beberapa  jam.  Secara  umum  proses  Carburizing  diikuti dengan perawatan pendinginan cepat meningkatkan kekerasan logam mejadi tahan aus. Proses ini dibedakan dengan media yaitu padat, gas dan cair.
Proses rekayasa material atau logam untuk mengubah bentuk fisik atau sifat mekanik tidaklah mudah, nyatanya oprasionalnya  banyak  yang  harus  dipertimbangkan  dengan  cermat  supaya  mendapat  hasil  yang  maksimum,  yaitu: pemilihan karbon, media pendingin, temperatur pemanasan dan banyak yang lainnya. Dengan permasalan limbah yang timbul penulis mencoba melakukan penelitian tentang pengaruh limbah serbuk batu baterai bekas dan limbah kayu untuk media pengkarbonan carburizing terhadap kekerasan baja karbon rendah. Dengan demikian bisa memanfaatkan limbah tersebut dan bisa mengetahui kelebihan dan kekurangan media tersebut.
Penelitian yang dilakukan oleh Mujiyono dan Arianto pada tahun 2008 dengan judul “Meningkatkan Efektifitas Karburisasi Padat pada Baja Karbon Rendah dengan Optimasi Ukuran Serbuk Arang Tempurung Kelapa” menunjukan hasil Kekuatan tarik tertinggi pada spesimen dengan fraksi bahan karbon arang 90% dengan nilai kekuatan tarik dengan peningkatan  10%  yaitu  4,1  Mpa  [4].  Penelitian  lain  dilakukan  oleh  Muhammad  Zuchry  dengan  judul  “Pengaruh Karburasi Dengan Variasi Media Pendingin Terhadap Micro Struktur Baja Karbon” memperoleh hasil kekerasan pada material yang diuji yaitu sebesar 200 Brinell [5]. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk menangani permasalahan limbah  dengan  cara  memanfaatkan  kandungan  didalam  limbah  tersebut  untuk  media  pengkarbonan  karburasi  yaitu mengetahui pengaruh limbah serbuk karbon batu baterai dan arang kayu jati pada proses pack carburing .

## 2. MATERIAL DAN METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan beberapa prosedur diantaranya yaitu persiapan alat dan bahan, pembuatan spesimen bahan uji, proses karburasi padat dan pengujian pada spesimen yang dikarburasi.

## 2.1. Alat dan Bahan
a. Alat
Alat dan bahan yang digunakan dalm penelitia ini yaitu:
1. Wadah karburasi padat
Sebagai wadah untuk proses karburasi, didalam wadah diisi dengan bahan karbon dan spesimen.
2. Dapur pemanas
Berfungsi untuk menaikan temperatur hingga proses karburasi padat dapat dilakukan, dapur pemanas dapat akan dipanaskan hingga 850°C.
3. Ayakan
Digunakan untuk memilah arang kayu jati dan serbuk karbon batu batrai agar ukuran butirnya relative sama dengan ukuran yang diinginkn.
4. Nikon Camera Olympus BX53 M
Digunakan untuk mengamati perubahan struktur mikro dari spesimen dan kedalaman penitrasi karbon dari spesimen yang telah di karburasi padat.
5. Tenile test machining
Digunakan   untuk   mengetahui karakteristik dan   sifat mekanik material terutama kekuatan dan ketahaanan terhadap beban tarik.
b. Bahan
1. Serbuk karbon batu batrai
Gambar 1 . Limbah serbuk batu baterai.
Sumber karbon yang digunakan dalam penelitian ini adalah sumber karbon padat yaitu limbah serbuk batu batrai, untuk mendapatkan serbuk karbon batu batrai sebelumnya dipisahkan terlebih dahulu dari komponen seperti seng dan batang karbon, setelah itu serbuk karbon ditumbuk dan diayak sehingga ukuranya relative sama.
2. Arang kayu jati
Gambar 2 . Arang kayu jati.
Sebelum digunakan arang arang kayu jati yang masih berbentuk kerikil harus ditumbuk terlebih dahulu dan diayak  dengan  ayakan  sehingga  didapatkan  bentuk  yang  relative  sama  dan  kecil.  Dengan  bentuk  butiran tersebut maka difusi karbon berjalan lebih baik.
3. Baja Aisi 1020
Baja karbon (Baja AISI 1020) dengan kandungan karbon kurang dari 0.30%. Bentuk silinder dengan diameter 20 mm. Spesifikasi bahan uji yang dibuat dalam penelitian ini yaitu menggunakan standar ASTM E8/E8M 2.2. Diagram Alir
Gambar 4 . Diagram alir.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Pengamatan Struktur Mikro
a. Spesimen Tanpa Karburasi
Pengamatan struktur mikro menunjukan bahwa spesimen sebelum karburasi hanya terdiri dari ferrit dan perlit. Ferrit  memberikan  sifat  yang  liat  sedangkan  perlit  memberikan  sifat  yang  getas  dan  keras.  Terlihat  pada gambar 5 jumlah ferrit yang lebih mendominasi dibanding perlit.
Apakah Berhasil ?
Ya
Analisa Data dan Pembahasan Mulai Persiapan Alat dan Bahan Proses Carburizing Pengamatan Struktur Mikro Pack Carburizing pada temperatur suhu 850 , lama penahanan 1 jam 1. Arang Kayu 50 %, Serbuk Baterai 50 % 2. Arang Kayu %, 70 Serbuk Baterai % 30 3. Arang Kayu %, 90 Serbuk Baterai 10 %
Uji Tarik Uji Kekerasan Selesai Kesimpulan Tidak
b. Spesimen setelah karburasi (arang jati 50%, serbuk batrai 50%).
Dari hasil foto struktur mikro pada spesimen dengan takaran arang jati 50% serbuk batrai 50% menunjukan spesimen terlihat struktur sementit dengan jumblah yang semakin banyak namun masih terdapat banyak ferrit. Peningkatan jumblah sementit dapat terjadi karena adanya pengaruh penambahan bahan unsur karbon kedalam spesimen selama difusi berlangsung.
Gambar 6 . Struktur mikro pada spesimen setelah karburasi (arang jati 50% serbuk batrai 50%).
c. Spesimen setelah karburasi (arang jati 70%, serbuk batrai 30%).
Sedangkan  hasil  pengamatan  spesimen  dengan  takaran  arang  jati  70%  serbuk  batrai  30%  menunjukan peningkatan  jumbalah  sementit  yang  semakin  banyak  dibanding  spesimen  dengan  takaran  arang  jati  50% serbuk batrai 50% hal tersebut terjadi karena perbandingan penggunaan bahan karbon arang jati yang lebih banyak dibanding serbuk batrai.
Gambar 7 . Struktur mikro pada spesimen setelah karburasi (arang jati 70% serbuk batrai 30%)
d. Spesimen setelah karburasi (arang jati 90%, serbuk batrai 10%).
Terlihat  dari  pengamatan  spesimen  dengan  takaran  arang  jati  90%  serbuk  batrai  10%  menujukan  bahwa peningkatan jumlah sementit paling banyak dibanding spesimen yang lain dengan ukuran butir yang lebih besar  dikarenakan  penggunaan  bahan  karbon  arang  jati  yang  lebih  banyak  dibanding  karbon  dari  serbuk baterai.
Gambar 8 . Struktur mikro pada spesimen setelah karburasi (arang jati 90% serbuk batrai 10%)

## 3.2. Hasil Uji Tarik
Pengujian tarik ini dilakukan mengunakan takaran bahan karbon arang jati 50% 70% 90% serbuk batrai 50%, 30%, 10%  dengan  temperatur  850°C  dengan  lama  penahanan  1  jam.  Dengan  tujuan  untuk  membandingakan  pengaruh penggunaan bahan karbon mana yang memiliki nilai kekuatan yang lebih baik.
Tabel 1. Hasil pengujian tarik fraksi bahan karbon. Takaran bahan karbon Max load (kgf) Tensile strength (MPa) Yield strangth (Mpa) Tensile strain) (%) Modulus (Automatic Young's) (GPa) Tanpa karburasi 3350 54,3 (533) 52,0 (511) 15,2 5,42 50% / 50% 3400 70,4 (714) 68,5 (696) 15,1 5,43 70% / 30% 3450 72,3 (733) 70,2 (712) 14,7 5,44 90% / 10% 3550 74,1 (741) 72,6 (716) 14,5 5,46
Keterangan: Arang jati % / Serbuk batrai %
Pada Tabel 1. dapat dilihat bahwa semakin banyak penggunaan bahan karbon arang jati maka semakin besar nilai dari kekeuatan tarik, tegangan dan modul elastis. Pengujian tarik ini dilakukan sampai spesimen mengalami patah yang dapat disimpulkan bahwa semakin banyak penggunaan karbon jati semakin kuat. Pada komposisi penggunaan karbon arang jati 90% serbuk batrai 10% didapat nilai kekuatan tarik paling besar yaitu 74,1Mpa.

## 3.3. Konversi Kekerasan
Pada penelitian Adityo Noor Setyo Hadi Darmo dan Sri Widodo Hasil dengan judul PENGARUH PROSES PACK CARBURISING TERHADAP KEKERASAN BAJA KARBON RENDAH. Bahwa besar nilai kekerasan permukaan berbanding lurus dengan jumlah prosen kandungan serbuk tempurung kelapa dan tulang sapi. Secara berurutan besar tingkat kenaikan kekerasan permukaan baja pada kandungan serbuk tulang sapi 30%, 25% dan 20% dan serbuk arang batok 70%, 75%, dan 80% masing masing, yaitu: 893,05 VHN0,020, 813,62 VHN0,020, dan 788,57 VHN0,02 [6].
Sifat material mekanis selain kekuatan tarik juga dapat ditentukan dari nilai kekerasan yang dimilikinya. Semakin tinggi nilai kekerasan material maka semakin besar energi yang dibutuhkan untuk menimbulkan jejak pada permukaan.
Tabel 2 . Hubungan nilai kekerasan dan nilai uji tarik.
Fraksi Bahan Karbon Nilai Uji tarik Tensile Strength (Mpa) Kekerasan (Brinell) Tanpa karburasi 533 160 50% / 50% 714 210 70% / 30% 723 220 90% / 10% 731 230
Keterangan: Arang jati % / Serbuk batrai %
Terlihat bahwa kekerasan baja (steel) meningkat seiring dengan naiknya kekuatan tarik. Pada kekuatan tarik 533 MPa, kekerasan baja adalah 160 Brinell kemudian ketika kekuatan tarinya naik menjadi 690 Mpa maka kekerasannya juga meningkat pada angka 210 Brinell, lalu diikuti dengan kenaikan nilai kekeuatan tarik 709 Mpa maka kekerasannya adalah 215 Brinell dan ketika kekuatan tarik 727 MPa maka kekerasannya 220 Brinell.

## 4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
Dalam penelitian ini memanfaatkan limbah arang jati dan limbah serbuk batrai sebagai bahan pengkarbonan pada proses  karaburasi  padat  memberikan  pengaruh  terhadap  kekerasan  pada  baja  AISI  1020.  Berdasarkan  pengamatan struktur mikro pada pembesaran 100X menunjukan terjadinya perubahan struktur mikro, yang awalnya struktur mikro hanya beruoa perite dan ferrlite pada spesimen yang tidak melalu proses karburasi berubah menjadi ferrite, martensite
dan sedikit perlite dikarenakan sprospesimen telah melalui proses karburasi padat dan dipanaskan mencapai suhu 850°C dengan lama penahanan 1 jam menggunakan bahan karbon arang jati dan serbuk batrai.
Terjadinya perubahan struktur perlite, sementitpada setiap spesimen tidak sama, itu dikarenakan fraksi penggunaan bahan karbon yang berbeda pada setisp spesimen dan spesiemn di oven dengan suhu 850°C. Berdasarkan hasil pengujian tarik bahwa semakin banyak penggunaan bahan karbon arang jati dibanding serbuk batrai maka semakin tinggi terhadap nilai kekuatan tarik. Pada komposisi takaran karbon dari arang jati 90%, didapat nilai kekuatan tarik paling besar yaitu 74,1 MPa, nilai kekuatan luluh paling besar yaitu 72,6 MPa dan nilai modulus elastisitas paling besar 5,48 Gpa. Dan dapat  disimpulkan  juga  bahwa  penggunaan  bahan  karbon  arang  jati  dan  serbuk  batrai  dapat  mempengaruhui  nilai kekuatan tarik pada proses karburasi padat. Berdasarkan hasil niali pengujian tarik yang dikonversi ke nilai kekerasan di dapat  bahwa  nilai  keekerasan  yang  tertinggi  pada  spesimen  dengan  penggunaan  fraksi  bahan  karbon  arang  jati  90% serbuk batrai 10% dengan nilai kekerasan 230 Brinell.

## 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  kepada  seluruh  teman  yang  telah  membantu  sehingga  penelitian  ini  bisa  terselesaikan  dan mendapatkan hasil yang baik, ucapn terima kasih juga kepada program studi Tekni Mesin Universitas Singaperbangsa yang telah memberikan dukungannya.

## 6.   DAFTAR PUSTAKA
[1].   Supraptini“PENGARUH  LIMBAH   INDUSTRI   TERHADAP   LINGKUNGAN   DI INDONESIA” Media litbang kesehatan volime XII nomer 2 tahun 2002.
[2].  Cindy  Nur  Anggreani  “KULIT  PISANG  SEBAGAI  BIO-BATERAI  RAMAH  LINGKUNGAN (BIODEGRADABLE)” Pendidikan Kimia.
[3].  I Wayan Sutarman “PEMANFAATAN LIMBAH INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI KOTA DENPASAR (STUDI KASUS PADA CV ADITYA)” Jurnal PASTI Volume X No 1, 15 – 22.
[4].  Mujiyono  dan  Arianto  Leman  Sumowidagdo  “Meningkatkan  Efektifitas  Karburisasi  Padat  pada  Baja  Karbon Rendah dengan Optimasi Ukuran Serbuk Arang Tempurung Kelapa” JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 10, No. 1, April 2008: 8–14.
[5].  Muhammad Zuchry M “PENGARUH KARBURASI DENGAN VARIASI MEDIA PENDINGIN TERHADAP MICRO STRUKTUR BAJA KARBON” Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tadulako, Palu.
[6].   Adityo Noor Setyo Hadi Darmo dan Sri Widodo “PENGARUH PROSES PACK CARBURISING TERHADAP KEKERASAN BAJA KARBON RENDAH” Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Tidar Jl. Kapten Suparman 39, Magelang 362438.