ANALISA DAERAH ANTAR MUKA HASIL PROSES CLADDING MATERIAL STAINLESS STEEL TERHADAP BAJA KARBON MENENGAH
Bresman P Siboro 1 , Syahrul Abda 2 , Mahadi 3 , Farida Ariani 4 , M. Sabri 5 , Bustami Syam 6 1,2,3,4,5,6 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Email: br3zman@yahoo.co.id

## ABSTRAK
Penggunaaan  Baja  karbon  menengah  dalam  dunia  industri  masih  sangat  banyak  digunakan.  Namun dalam aplikasi tertentu, seperti peralatan otomotif, konstruksi dekat laut, tangki tekanan  tinggi, Baja karbon  menengah  perlu  dilapis  dengan  stainless  steel  agar  dapat  digunakan  sesuai  aplikasinya  dan masa pakai yang tahan lama. Proses yanag diteliti adalah proses cladding yaitu ikatan bersama-sama dari dua logam berbeda. Cladding dapat dicapai  dengan dua logam, melalui logam induk dan logam pelapis  serta  menekan  lembaran  bersama  dibawah  tekanan  dan  temperatur  tinggi  (850 0 C).  Tujuan penelitian adalah untuk mendapatkan nilai kekerasan dan mengamati difusi yang terjadi pada struktur mikro  di  daerah  antar  muka.  Pengujian  yang  dilakukan  adalah  uji  kekerasan  dan  uji  struktur mikro. Nilai kekerasan pada daerah antar muka pada masing – masing varian waktu penahanan 20 menit, 40 menit dan 60 menit ditemukan peningkatan nilai kekerasan secara berturut – turut yakni 113,5 BHN, 125,6 BHN dan 128,30 BHN. Analisa struktur mikro waktu penahanan 20 menit terjadi difusi, tetapi belum  sepenuhnya  disepanjang  daerah  antar  muka,  pada  waktu  penahanan  40  menit  difusi  yang terjadi  disepanjang  daerah  antar  muka,  dan  pada    waktu  penahanan  60  menit  difusi  yang  terjadi disepanjang daerah antar muka. kesimpulan yang diperoleh adalah  semakin lama waktu pemanasan pada  proses  cladding,  nilai  kekerasan  yang  diperoleh  akan  semakin  tinggi.  Pada  struktur  mikro, semakin lama waktu penahanan pemanasan difusi terjadi disepanjang daerah interface.
Kata kunci: Cladding, Baja Karbon Menengah, Stainless Steel, Uji Kekerasan dan Struktur  Mikro .

## 1.  PENDAHULUAN
Penggunaaan  Baja  karbon  menengah  dalam  dunia  industri  masih  sangat  banyak  digunakan. Namun  dalam  aplikasi  tertentu,  seperti  peralatan  otomotif,  konstruksi  dekat  laut,  tangki  tekanan tinggi,  baja  karbon  menengah  perlu  dilapis  dengan  stainless  steel  agar  dapat  digunakan  sesuai aplikasinya dan masa pakai yang tahan lama [1].
Baja  karbon  adalah  sejenis  campuran  unsur  besi (Fe3C) dengan  karbon (C). Pada  masa sekarang  ini  penggunaan  baja  karbon  sering  diaplikasikan  pada  komponen-komponen  mesin  seperti block silender mesin, katup dan lain sebagainya. Ketahanan baja terhadap korosi biasanya sangatlah buruk,  untuk  itu  seiring  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].

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Pelapisan Permukaan logam
Pelapisan logam adalah suatu cara yang dilakukan untuk memberikan sifat tertentu pada suatu permukaan benda kerja, dimana diharapkan benda tersebut akan  mengalami perbaikan baik dalam hal struktur  mikro  maupun  ketahanannya,  dan  tidak  menutup  kemungkinan  pula  terjadi  perbaikan terhadap  sifat  fisiknya.  Pelapisan  logam  merupakan  bagian  akhir  dari  proses  produksi  dari  suatu produk.  Proses  tersebut  dilakukan  setelah  benda  kerja  mencapai  bentuk  akhir  atau  setelah  proses pengerjaan  mesin  serta  penghalusan  terhadap  permukaan  benda  kerja  yang  dilakukan.  Dengan demikian, proses pelapisan termasuk dalam kategori pekerjaan finishing atau sering juga disebut tahap penyelesaian dari suatu produksi benda kerja [3].

## 2.2. Cladding
Cladding adalah  ikatan  bersama-sama  dari  dua  logam  berbeda.  Hal  ini  berbeda  dari pengelasan  atau addesive (perekatan)  logam  sebagai  penambah  unsur  dari  logam  induk  tersebut. Cladding sering  di  capai  dengan  dua logam, melalui logam induk dan logam  pelapis  serta menekan lembaran bersama dengan temperature rekristalisasi dan tekanan tinggi. Tujuan umum penggabungan baja  karbon  menengah  dengan  stainless  steel  adalah  untuk  meningkatkan  tahan  karat  dengan  harga yang rendah dibandingkan penggunaan stainless steel yang lebih mahal.
Dalam  proses cladding biasanya  menggunakan  dua  jenis  logam  yang  memiliki  sifat keunggulan yang tidak sama. Proses cladding biasanya di bantu dengan bantuan mesin rol sebagai alat untuk  melakukan  tekanan  yang  besar  terhadap  kedua  logam,  agar  menempelkan  logam  pelapis terhadap logam induk untuk mencapai hasil yang diingini terhadap logam induk [4].

## Gambar 2.1 Proses Cladding Dengan Menggunakan Pengerollan Panas [4]

## 2.3. Daerah Antar Muka ( Interface )
Daerah antar muka ( Interface ) adalah sebuah titik, wilayah atau permukaan dimana dua zat atau benda berbeda bertemu. Bentuk kerja dari daerah antar muka ini berarti menghubungkan dua atau lebih  benda  pada  suatu  titik  atau  batasan  yang  terbagi.  Dalam  hal  ini  antar  muka  yang  dimaksud adalah daerah antara baja karbon sedang yang di cladding dengan stainless steel [5]

## 2.4. Waktu Penahanan (Holding Time)
Waktu  Penahanan  ( Holding  time) dilakukan  untuk  mendapatkan  kekerasan  maksimum  dari suatu  bahan  pada  proses  cladding  dengan  menahan  pada  temperature  pengerasan  untuk  memperoleh pemanasan  yang  homogen  sehingga  struktur  austenitnya  homogen.  Pada  proses  holding  time  sangat diperlukan  untuk  menghasilkan  kelarutan  pada  baja,  semakin  lama  holding  timenya  maka  semakin banyak waktu  berdifusi untuk bahan yang sedang di cladding [3]

## 2.5. Difusi
Difusi  adalah  peristiwa    mengalirnya  /  berpindahnya  suatu  zat  dari  bagian  berkonsentrasi tinggi ke  bagian yang  berkonsentrasi  rendah.  Contoh yang sederhana  adalah  penambahan carbon ke dalam  baja  karbon  rendah  sehingga  pada  baja,  karbonnya  lebih  besar.  Apabila  suhu  pada  suatu material  naik,  akan  menyebabkan  atom-  atomnya  bergetar  dengan  energi  yang  lebih  besar  dan sejumlah  kecil  atom  akan  berpindah  dalam  kisi.  Mekanisme  perpindahan  atom  dalam  suatu  logam
dapat  terjadi  secara  interstisi  dan  kekosongan.  Perpindahan  secara  interstisi  terjadi  bila  atom  tidak memilki ukuran yang sama. Sedangkan perpindahan secara kekosongan dapat terjadi bila semua atom memiliki ukuran sama. Proses difusi dapat terjadi lebih cepat apabila: 1.  Suhu tinggi
2.  Atom yang berdifusi kecil
3.  Ikatan struktur induk lemah (dengan titik cair rendah)
4. Terdapat cacat-cacat dalam bahan kekosongan atau batas butir [6].

## 2.6. Baja Karbon Menengah
Baja  karbon  menengah  memiliki  kandungan  karbon  diatas  0,25%  C  –  0,6%  C  ditambah dengan unsur paduan tertentu. Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kekuatan lebih tinggi dari  pada  baja karbon rendah  biasanya digunakan  untuk  rel  kereta api  dan  sejumlah  peralatan mesin seperti roda gigi otomotif, poros bubutan, poros  engkol, sekrup dan alat angkat presisi [7].
Gambar 2.2. Diagram fasa Fe-C [7]

## 2.7. Baja Tahan Karat (stainless steel)
Baja tahan karat merupakan kelompok baja paduan tinggi yang berdasarkan pada sistem Fe - Cr, Fe – Cr - C, dan Fe – Cr - Ni dengan unsur paduan utama minimal 10,5% Krom (Cr) dan Nikel (Ni)  dengan  sedikit  unsur paduan  lain seperti Molibdenum  (Mo),  Tembaga  (Cu)  dan Mangan (Mn). Kadar  kromium  tersebut  merupakan  kadar  minimum  untuk  pembentukan  permukaan  pasif  oksida yang dapat mencegah oksidasi dan korosi. [6].
Gambar 2.3 Diagram Fasa Terner Fe-Ni-Cr [8]

## 2.8. Metalografi
Metalografi  adalah  suatu  disiplin  ilmu  yang  mempelajari  suatu  karakteristik  mikro  struktur suatu  logam,  paduan  logam  dan  material  lainnya  serta  berhubungan  erat  dengan  sifat-sifat  material tersebut
Metalografi  merupakan  suatu  teknik  atau  metode  persiapan  material  untuk  mengukur,  baik secara kuantitatif maupun kualitatif dari informasi-informasi yang terdapat dalam material yang dapat diamati, seperti fasa, butir, komposisi kimia, orientasi butir, jarak atom, dislokasi, dan sebagainya.
Adapun secara garis besar langkah-langkah yang dilakukan pada metalografi adalah:
1. Pemotongan spesimen ( sectioning )
2. Pembingkaian ( mounting )
3. Penggerindaan, abrasi dan pemolesan ( grinding, abrasion and polishing )
4. Pengetsaan ( etching ) Observasi pada mikroskop optik [9]
Gambar 2.4 Proses Mounting pada spesimen [9]

## 2.9 Pengujian Kekerasan
Kekerasan (Hardness) adalah  salah  satu  sifat  mekanik (Mechanical  properties) dari  suatu material.  Pengujian  kekerasan  adalah  satu  dari  sekian  banyak  pengujian  yang  dipakai,  karena  dapat dilaksanakan pada benda uji yang kecil tanpa kesukaran mengenai spesifikasi.
Kekerasan  suatu  material  harus  diketahui  khususnya  untuk  material  yang  dalam  penggunaanya akan  mangalami  gaya  gaya  gesek (frictional  force) dan  dinilai  dari  ukuran  sifat  mekanis  material yang diperoleh dari  Deformasi Plastis (deformasi yang diberikan dan setelah dilepaskan ).
Pengujian yang paling banyak dipakai adalah dengan menekankan penekan tertentu kepada benda uji  dengan beban  tertentu  dan  dengan mengukur  ukuran  bekas  penekanan  yang  terbentuk  diatasnya, cara ini dinamakan cara kekerasan dengan penekanan.
Kekerasan juga didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan). Didunia teknik, umumnya pengujian kekerasan menggunakan 4 macam metode pengujian kekerasan, yakni : 1. Brinnel (HB / BHN)
2. Rockwell (HR / RHN)
3. Vikers (HV / VHN)
4. Micro Hardness (Namun jarang sekali dipakai) [10].

## 3. METODE PENELITIAN

## 3.1. Bahan Dan Alat
3.1.1. Bahan
Material  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  baja  karbon  menengah  dan  baja  tahan karat (stainless  steel) digunaan  baja  tahan  karat  jenis ferritic  stainless  steel sebagai    pelapis permukaan baja karbon yang banyak beredar di pasaran dan mudah didapat (produk jadi).

## 3.1.2. Alat
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut :
1. Kunci momen
2. Penekan spesimen
3. Gergaji
4. Tungku pemanas
5. Sarung tangan
6. Penjepit
7. Mesin Polish

## 3.2. Proses Penelitian

## 3.2.1. Proses Pembuatan Alat Penekan
Alat  penekan  spesimen  dibuat  dari  lembaran  plat  dengan  tebal  10  mm  dengan  dimensi  alat penekan panjang 70 mm, lebar 70 mm, tinggi 10 mm dan disatukan dengan proses pengelasan. Baut penekan  yang  di  gunakan  yakni  baut  yang  memliki  ulir  halus  dengan  diameter  20  mm  dan  panjang 100 mm.

## Gambar 3.1 Penekan Spesimen

## 3.2.2 Proses Penekanan Pada Spesimen
Setelah pembersihan permukaan spesimen selesai maka dilakukan proses penekanan spesimen dengan  memberikan  putaran  kepada  baut  penekan  melalui  kunci  momen  yang  sebelumnya  telah  di atur untuk gaya yang sama yakni sebesar 100 Kgf untuk setiap spesimen.
Gambar 3.2 Penekanan Pada Spesimen

## 4. ANALISA DAN HASIL PENELITIAN

## 4.1. Hasil Pengujian Kekerasan Brinnel
Pengujian ini menggunakan spesimen baja karbon menengah  dan stainless steel. Untuk nilai kekerasan  bahan  sebelum proses  cladding  adalah  pada  baja  karbon menengah  89,90  BHN  dan  pada stainless  steel  adalah  125,80  BHN.  Waktu  penahanan  pemanasan (holding  time) masing-masing  20 menit, 40 menit dan 60 menit serta memakai alat uji Brinell Hardness Test.

## 4.1.1. Hasil Uji Brinnel 20 Menit
Gambar 4.1 Hasil Uji Kekerasan 20 Menit
Gambar  4.1  dapat  dilihat  bahwa  rata-rata  nilai  kekerasan  untuk  spesimen  waktu penahan  20 menit untuk daerah baja karbon menengah adalah 92,62 BHN, pada daerah interface 113,50 BHN dan pada  daerah  stainless  steel  131,40  BHN.  Pada  gambar  4.2  dapat  dilihat  grafik  kekerasan  spesimen waktu penahanan pemanasan 20 menit.

## 4.1.2. Hasil Uji Brinnel 40 Menit
Gambar 4.2 Hasil Uji Kekerasan 40 Menit
Gambar  4.2 dapat dilihat bahwa rata – rata nilai kekerasan untuk spesimen waktu penahan 40 menit untuk daerah baja karbon menengah adalah 93,46 BHN, pada daerah interface 125,60 BHN dan pada  daerah  stainless  steel  138,80  BHN.  Pada  gambar  4.3  dapat    dilihat  grafik  nilai  kekerasan spesimen waktu penahanan 40 menit.

## 4.1.3. Hasil Uji Brinnel 60 Menit
Gambar 4.3 Hasil Uji Kekerasan 60 Menit Gambar  4.3 dapat dilihat bahwa rata – rata nilai kekerasan untuk spesimen waktu penahan 60 menit  untuk  daerah  baja  karbon  menengah  adalah  102,86  BHN,  pada  daerah  interface  128,30  BHN dan pada daerah stainless steel 139,50 BHN. Pada gambar 4.4 dapat dilihat nilai kekerasan spesimen waktu  penahanan 60 menit.

## 4.2. Hasil Pengujian Struktur Mikro
4.2.1 Hasil Uji Struktur Mikro waktu Penahanan 20 Menit
Spesimen 1
Spesimen 2
Spesimen 3 Spesimen 4

## Spesimen 5
Gambar 4.4 Hasil Uji Foto Mikro Pada Spesimen Penahanan 20 Menit

## 4.2.2 Hasil Uji Struktur Mikro Spesimen Penahanan 40 Menit
Spesimen 1
Spesimen 2 Spesimen 3 Spesimen 4 Spesimen 5
Gambar 4.5 Hasil uji foto mikro pada spesimen penahanan 40 menit
4.2.3 Hasil Uji Struktur Mikro Spesimen Penahanan 60 Menit
Spesimen 1
Spesimen 2 Spesimen 3
Spesimen 4

## Spesimen 5
Gambar 4.6 Hasil uji foto mikro pada spesimen waktu penahanan 60 menit.

## 5. KESIMPULAN
Dari  seluruh  kegiatan  mulai  dari  pembuatan  spesimen  uji  dan  pengujian  specimen  maka penulis dapat menyimpulkan beberapa kesimpulan, yaitu :
1. Sebelum  dan  sesudah  proses  cladding,  terjadi  peningkatan  nilai  kekerasan  pada  baja  karbon menengah dari 89,90 BHN menjadi 92,62 BHN dan stainless stell dari 125,80 BHN menjadi 131,40  BHN.  Hal  ini  dikarenakan  spesimen  telah  mengalami  pemanasan  dengan  waktu penahanan.
a. Nilai kekerasan waktu penahanan 20 menit lebih rendah dibanding waktu penahanan 40 menit dan 60 menit yakni pada baja karbon menengah adalah 92,62 BHN, daerah interface 113,50 BHN dan  pada stainless steel 131,40 BHN.
b. Nilai kekerasan waktu penahanan 40 menit berada diantara nilai kekerasan waktu pemanasan 20 menit dan 60 menit yakni pada baja karbon menengah 93,46 BHN,daerah interface 125,60 BHN dan pada stainless steel 138,80 BHN.
c. Nilai  kekerasan  yang  paling  tinggi  adalah  pada  waktu  penahanan  60  menit  yakni  pada  baja karbon menengah 102,86 BHN,daerah interface 128,30 BHN dan pada stainless steel 139,50 BHN.
Untuk  itu  jelas  bahwa  semakin  lama  waktu  pemanasan  ( holding  time )  pada  proses  cladding maka nilai kekerasan yang diperoleh akan semakin tinggi.
2. Hasil  pengamatan  struktur  mikro  dengan  pembesaran  800  kali  pada  masing–masing  varian waktu penahanan (holding time) menunjukkan bahwa pada waktu penahanan 20 menit difusi terjadi tetapi belum disepanjang daerah interface  (Gambar 4.4) dan pada waktu penahanan 40 menit difusi terjadi sudah disepanjang daerah interface (Gambar 4.5) begitu juga pada waktu penahanan 60 menit difusi terjadi di sepanjang daerah interface (Gambar 4.6), untuk itu jelas bahwa  semakin  lama  waktu  penahanan  pemanasan (Holding  time) maka  difusi  terjadi disepanjang daerah interface.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Beumer, B. J.M dan B. S Anwir. (1985), Ilmu Bahan Logam, Jilid I. Jakarta: Penerbit Bhratara Karya Aksara.
[2] Surdia,  Tata  dan  Kenji  Chijiwa,  (1984),  Pengetahuan  Bahan  Teknik.  Jakarta:  PT  Pradnya Paramita.
[3]    D.W,  Hopkins,  (1986), Principles  of  Metal  Surface  Treatment  and  Protection,  Pergamon International Library.
[4]     DeGarmo, E. Paul. (1979), Materials and Processes in Manufacturing. London: The Macmillan Company.
[5] Johnson, J. Harold (1985),  ASM Hanbook. Surface Engineering, Vol 3.
[6]    Dieter, George E. (1986), Mechanical Metalurgy. New York: Mc Graw Hill. [7]    Bogdan O.K and Nicholas W. (1977), Steel Design for Structural Engineers. [8] Callister, (2007), Material and Engineering, Jhon Wiley & Son. Inc. An Introduction, 6 th edition.
[9] George F. Vander Voord, Mc. Graw Hill. (1984), Metallography, Principles and Practice, Vol 36.
[10]   Davis Troxell Wiskocil. (1988), The Testing and Inspection Of Engineering Materials, Third Edition.