## 1. PENDAHULUAN
Dewasa ini kalau diperhatikan, segala kebutuhan manusia tidak terlepas dari unsur logam, karena hampir semua alat yang digunakan manusia terbuat dari unsur logam. Jelaslah bahwa logam mempunyai peranan aktif dalam kehidupan manusia dan menunjang teknologi di zaman  sekarang.  Terkait  dengan  begitu  pentingnya peran  logam  dalam  teknologi  industri  sehingga berbagai usaha dilakukan untuk memperbaiki sifat-sifat dari  logam  terutama  mengubah  sifat  mekanis  dan fisiknya.  Sifat  mekanik  dari  logam  antara  lain: kekerasan, kekuatan, keuletan, kelelahan, dan lain-lain. Sedangkan  sifat  fisik  yaitu  dimensi,  konduktivitas listrik, struktur mikro, densitas, dan lain-lain.
Baja  karbon  rendah  memiliki  kandungan  karbon kurang dari 0,3 %. Baja ini sering dipakai juga  untuk konstruksi-konstruksi  mesin  yang  saling  bergesekan seperti roda gigi, poros, dll karena sangat ulet. Namun kekerasan  pemukaan  dari  baja  tersebut  tergolong rendah sehingga sebelum digunakan untuk konstruksi- konstruksi  yang  disebutkan  di  atas,  maka  perlu dimodifikasi  atau  memperbaiki  sifat  kekerasan  pada permukaannya.  Baja  karbon  rendah  ini  tidak  dapat
dikeraskan secara konvensional tetapi melalui penambahan karbon dengan proses carburizing . Proses carburizing didefinisikan  sebagai  suatu proses penambahan kandungan karbon pada permukaan  baja  untuk  mendapatkan  sifat  baja  yang lebih  keras  pada  permukaannya.  Kondisi  ini  sangat diperlukan untuk komponen-komponen yang mensyaratkan tahan aus. Suhu untuk proses carburizing sekitar  850-950 o C  dalam  media carburizing ini akan menghasilkan lapisan permukaan yang  keras  dan  tahan  aus  dengan  inti  tetap  liat/ulet. Media  carburizing  dapat  berupa  fase  padat,  fase  cair atau fase gas (Aramide, et al., 2010).
Penelitian  ini  menggunakan  media  pengkarbonan padat  atau pack  carburizing yaitu  suatu  proses carburizing dengan  memasukan  sumber  karbon  dari bahan  padat  dan  aktifator  dalam  kotak  yang  ditutup rapat. Dalam penelitian ini memanfaatkan limbah batok biji  pala  yang  diarangkan  sebagai  sumber  karbon  dan Kalsium Karbonat (CaCO 3 ) sebagai katalisator.
Tujuan  utama  dari  proses  pengkarbonan  adalah agar  diperoleh  struktur  permukaan  bahan  yang  keras. Hal  ini  dapat  dicapai  jika  menggunakan  media

## PENGARUH HOLDING TIME DAN VARIASI MEDIA QUENCHING TERHADAP NILAI KEKERASAN BAJA KARBON RENDAH ST 42

## PADA PROSES PENGKARBONAN PADAT
MENGGUNAKAN ARANG BATOK BIJI PALA ( MYRISTICA FAGRANS )
Kristofol Waas 1) , Victor Danny Waas 2)
1) Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Ambon, 2) Jurusan Teknik Mesin Universitas Pattimura Ambon
1) kristwaas@gmail.com, 2) victorwaas90@gmail.com

## ABSTRACT
The purpose of this study was to obtain the hardness value of each variation of holding time and the variation of quenching  medium  (cooling)  used.  So  we  can  compare  the  change  in  hardness  value  obtained  and  then  can determine the retaining time as well as a good quenching medium to increase the hardness value of low carbon steel. The method used in this study is an experimental method. With a low carbon steel sample  of ST 42 plate shaped  as  much  as  26  pieces  was  done  hardness  testing  before  and  after  solid  carburization  process.  Hardness testing is done by Rockwell B (HRB) method. The process of pack carburizing, carried out at 950 O C temperature with holding time is 1 hour, 2 hours, 3 hours and 4 hours. The results of this study indicate that the cooling medium which has a fast cooling rate of water media. While the seawater cooling medium can increase the hardness value of low carbon steel.

## ABSTRAK
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh nilai kekerasan dari setiap variasi waktu penahanan ( holding time ) dan variasi media quenching (pendinginan) yang digunakan. Sehingga kita dapat membandingkan perubahan nilai kekerasan yang diperoleh dan kemudian dapat menentukan waktu penahan serta media quenching yang baik untuk meningkatkan nilai kekerasan baja karbon rendah. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimental. Dengan sampel baja karbon rendah ST 42 berbentuk pelat sebanyak 26 buah dilakukan pengujian kekerasan sebelum dan sesudah proses karburasi padat. Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode Rockwell B  (HRB).  Proses  pengkarbonan  padat  ( pack  carburizing ),  dilakukan  pada  temperatur  950 O C  dengan  waktu penahanan  1  jam,  2  jam,  3  jam,  dan  4  jam.  Hasil  penelitian  ini  menunjukkan  bahwa  media  pendinginan  yang memiliki laju pendinginan  yang cepat  yaitu  media air. Sedangkan  media pendinginan air laut dapat menaikkan nilai kekerasan dari baja karbon rendah.
Kata kunci : Baja Karbon Rendah, Pengarbonan Padat; Waktu Tahan; Media Quenching; Nilai Kekerasan
quenching yang efektif sehingga baja yang didinginkan pada  suatu  laju  yang  dapat  mencegah  terbentuknya struktur  bahan  yang  lebih  lunak.  Terdapat  beberapa cara  dalam  proses quenching ini  diantaranya pendinginan langsung ( direct quenching ), pendinginan tunggal  ( single  quenching ),  dan double  quenching . Penelitian  ini  difokuskan  pada  pendinginan  langsung terutama  mengkaji  variasi  media quenching yang digunakan setelah proses carburizing dan variasi waktu tahannya.  Diharapkan  akan  diperoleh,  ada  pengaruh perubahan sifat mekanik terutama nilai kekerasan pada material  uji  melalui  proses carburizing menggunakan arang batok biji pala dan katalisator Kalsium Karbonat (CaCO 3 ).
Pada  penelitian-penelitian  sebelumnya  telah diketahui perubahan nilai kekerasan dengan menggunakan arang tempurung kelapa dan arang kayu nani sebagai media padat. Selain itu alternatif lain yang dapat  kita  gunakan  adalah  arang  batok  biji  pala.  Pala adalah tumbuhan yang banyak terdapat di Maluku. Biji buah pala memiliki kesamaan fisik dengan tempurung kelapa karena dilindungi oleh batok yang keras. Sama seperti tempurung kelapa, batok biji pala pun biasanya dibakar  atau  dibuang  begitu  saja.  Tetapi  kita  bisa memanfaatkannya  sebagai  media  padat  pada  proses pengkarbonan.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Baja Karbon
Baja  merupakan  salah  satu  jenis  logam  yang banyak digunakan dengan  unsur karbon sebagai salah satu  dasar  campurannya.  Di  samping  itu  baja  juga mengandung unsur-unsur lain seperti Sulfur (S), Fosfor (P),  Silikon  (Si),  Mangan  (Mn),  dan  sebagainya  yang jumlahnya  dibatasi.  Sifat  baja  pada  umumnya  sangat dipengaruhi oleh presentase karbon dan struktur mikro. Perbedaan  presentase  karbon  dalam  campuran  logam baja karbon menjadi salah satu cara mengklasifikasikan baja.  Berdasarkan  kandungan  karbon,  baja  dibagi menjadi tiga macam, yaitu:
1. Baja karbon rendah Baja kabon rendah ( low carbon steel) mengandung  karbon  dalam  campuran  baja  karbon kurang  dari  0,3  %.  Baja  ini  bukan  baja  yang  keras karena kandungan karbonnya yang rendah kurang dari 0,3  %  C.  Baja  karbon  rendah  tidak  dapat  dikeraskan karena  kandungan  karbonnya  tidak  cukup  untuk membentuk struktur martensit.
2. Baja karbon menengah
Baja karbon sedang mengandung karbon 0,3% C – 0,6% C ( medium carbon steel ) dan dengan kandungan karbonnya  memungkinkan  baja  untuk dikeraskan sebagian dengan perlakuan panas ( heat treatment ) yang sesuai. Baja karbon sedang lebih keras serta lebih lebih kuat dibandingkan dengan baja karbon rendah. 3. Baja karbon tinggi Baja karbon tinggi mengandung 0,6% C – 1,5% C dan  memiliki  kekerasan  tinggi  namun  keuletannya lebih  rendah,  hampir  tidak  dapat  diketahui  jarak tegangan  lumernya  terhadap  tegangan  proporsional
pada  grafik  tegangan  regangan.  Berkebalikan  dengan baja  karbon  rendah,  pengerasan  dengan  perlakuan panas pada baja karbon tinggi tidak memberikan hasil yang optimal dikarenakan terlalu banyaknya martensit sehingga membuat baja menjadi getas.
Sifat  mekanis  baja  juga  dipengaruhi  oleh  cara mengadakan  ikatan  karbon  dengan  besi.  Menurut Darmawi  (2009),  terdapat  3  bentuk  utama  struktur mikro  saat  karbon  mengadakan  ikatan  dengan  besi, yaitu:
1.  Ferit,  yaitu  besi  murni  (Fe)  terletak  rapat  saling berdekatan tidak teratur, baik bentuk maupun besarnya. Ferit  merupakan  bagian  baja yang  paling  lunak,  ferrit murni tidak akan cocok digunakan sebagai bahan untuk benda kerja yang menahan beban karena kekuatannya kecil.
2. Karbid besi (Fe 3 C), suatu senyawa kimia antara besi dengan  karbon  sebagai  struktur  tersendiri  yang dinamakan  sementit.  Peningkatan  kandungan  karbon akan  menambah  kadar  sementit.  Sementit  dalam  baja merupakan unsur yang paling keras.
3. Perlit (α + Fe 3 C), merupakan campuran antara ferrit dan sementit dengan kandungan karbon sebesar 0,8 %. Struktur  perlitis  mempunyai  fase  ferrit  tersendiri  dari serpihan  sementit  halus  yang  saling  berdampingan dalam lapisan tipis mirip lamel.

## 2.2. Baja ST 42
DIN  17-100  mengatur  jenis  baja  karbon  untuk keperluan pembuatan komponen mesin yang distandarkan menurut kekuatan tarik. Jenis baja ST 42, dimana  baja-baja  ini  mempunyai  kekuatan  tarik minimal  37  –  45  Kg/mm²  dan  maksimal  42  –  50 Kg/mm². Sedangkan kandungan karbon yang dimilikinya sebesar 0,16 % berat. Data ini diambilkan dari  tabel  baja-baja  konstruksi  menurut  ONORM M3111 sebagai berikut (Tabel 1.).
Tabel 1. Baja Konstruksi menurut ONORM M 3111
Sebutan ONORM DIN 17 - 100 σ H Kg/mm 2 σ s
Kg/ mm ² C % δ s % Ø Pena St 00 M - Sampai 50 - 0,12 30…26 4a St 34 M St 34-2 34-42 19 0,12 30…26 0,5a St 37 M St 37-2 37-45 21 0,16 26…23 A St 42 M St 42-2 42-50 23 0,25 25…22 A St 50 M St 50-2 50-60 27 0,36 22…19 - St 60 M St 60-2 60-70 32 0,45 17…13 - St 70 M St 70-2 70-85 36 0,58 12…8 - Sumber: Schonmetz, 1985
Material yang digunakan adalah Baja ST 42 dengan persentase komposisi kimianya 0,07 - 0,10 % C, 0,035 % S, 0,30 - 0,60 % Mn, 0,15 - 0,25 % Si dan 0,15 - 0,03 % P (Trihutomo, P., 2014).

## 2.3. Pala
Pala  ( Myristica  fragans )  merupakan  jenis tanaman  yang  tumbuh  di  daerah  tropis  dan  dengan
ketinggian 500-700 m dpl. Menurut pendapat para ahli, pala  adalah  tanaman  asli  Indonesia  yang  berasal  dari MALAISE  ARCHIPEL  yaitu  gugusan  kepulauan Banda  dan  Maluku.  Kemudian  menyebar  dan berkembang  ke  pulau-pulau  lain  yang  berada  di sekitarnya,  bahkan  sekarang  telah  mencapai  Aceh, Sulawesi Utara dan Irian Jaya.
Tanaman  pala  memiliki  buah  berbentuk  bulat, berwarna  hijau  kekuning-kuningan  buah  ini  apabila masak terbelah dua. Garis tengah buah berkisar antara 3 -9 cm, daging buahnya tebal dan asam rasanya. Biji berbentuk  lonjong  sampai  bulat,  panjangnya  berkisar antara 1,5 - 4,5 cm dengan lebar 1- 2,5 cm.
Kulit  biji/batok  biji  berwarna  coklat  dan mengkilat  pada  bagian  luarnya.  Batok  biji  pala merupakan media yang baik untuk proses carburizing , karena jika dibakar akan menjadi arang. Arang adalah residu  yang  sebagian  besar  komponennya  adalah karbon  dan  terjadi  karena  penguraian  kayu  akibat perlakuan  pemanasan.  Secara  umum  arang  batok  biji pala  memiliki  Kadar  air  rata-rata  9,90  %,  Nilai  kalor rata-rata  6348,82  kal/gr,  Kadar  zat  menguap  rata-rata 15,24  %,  Kadar  abu  rata-rata  12,26  %,  Kadar  karbon terikat rata-rata 62,59 %). (Ahmad Taonisi, dkk. 2010).

## 2.4. Perlakuan Panas
Perlakuan  panas  atau Heat-treatment dapat didefenisikan  suatu  kombinasi  proses  pemanasan  dan pendinginan  logam/paduanya  dalam  keadaan  padat secara  terkontrol.  Tujuannya  adalah  mempersiapkan material logam sebagai produk setengah jadi agar layak diproses  lanjut  untuk  meningkatkan  umur  pakai material logam sebagai produk jadi.

## 2.5. Pengerasan Permukaan
Pengerasan  permukaan  disebut  juga case hardening ,  dapat  juga  dikatakan  sebagai  suatu  proses laku  panas  yang  diterapkan  pada  suatu  logam  agar memperoleh  sifat-sifat  tertentu.  Dalam  hal  ini  hanya pengerasan  permukaannya  saja.  Dengan  demikian lapisan permukaan mempunyai kekerasan yang tinggi, sedangkan  bagian  yang  dalam  tetap  seperti  semula, yaitu  dengan  kekerasan  rendah  tetapi  keuletan  atau ketangguhannya tinggi.
2.6. Karburasi ( Carburizing ) Karburasi  atau Carburizing adalah  proses perlakuan  thermokimia,  umumnya  diterapkan  pada jenis  baja  yang  mudah  dikeraskan.  Dengan  demikian agar  baja  tersebut  dapat  dikeraskan  permukaannya, komposisi  karbon  pada  baja harus  berkisar  antara  0,3 sampai  0,9  %  karbon.  Bila  lebih  dari  0,9  %  harus dihindarkan karena dapat menimbulkan  pengelupasan dan bahkan keretakan.
Proses karburasi ini biasanya dilakukan pada baja karbon  rendah  yang  mempunyai  sifat  lunak  dan keuletan  tinggi.  Tujuan  dari  proses  karburasi  adalah untuk  meningkatkan  ketahanan  aus  dengan  jalan mempertinggi  kekerasan  permukaan  baja  karbon  dan meningkatkan  karakteristik  fatik  dari  baja  karbon
tersebut.  Manfaat  yang  patut  dipertimbangkan  dalam penerapan  proses  karburasi  adalah  bahwa  proses karburasi  akan  menghasilkan  deformasi  yang  sangat kecil  dibandingkan  pada  proses  pengerasan  yang diperoleh melalui pendinginan ( quenching ).

## 2.7. Quenching
Pendinginan  cepat  adalah  salah  satu  perlakuan panas  dengan  laju  pendinginan  cepat  yang  dilakukan didalam suatu media pendingin air garam, air atau oli. Proses quenching bertujuan untuk mendapatkan sifat mekanik yang keras.
Quenching merupakan proses perpindahan panas pendinginan  dengan  sangat  cepat  dari  fasa  austenit pada umumnya suhu antara 815-870℃ untuk material baja.  Media  pendingin  yang  biasa  digunakan  untuk proses  quenching  yaitu  air,  oli,  larutan  garam,  dan udara. Media pendingin  yang digunakan  untuk proses quenching  tergantung dari komposisi kimia baja yang diproses, kekerasan yang ingin dicapai, dan kompleksitas bentuk benda kerja. Jenis baja, ketebalan penampang, dan sifat yang ingin  diperoleh dari benda kerja  yang  diproses  menentukan  metode  atau  cara quenching (Bahtiar, 2014).

## 2.8. Transformasi Fase Pada Saat Pemanasan
Transformasi  fase  yang  terjadi  pada  saat pemanasan dapat dipelajari dari diagram keseimbangan (diagram  fase)  besi  karbida–baja. Baja  karbon  rendah pada diagram fase terletak dibawah ini, termasuk dalam baja hypoutektoid.
Pada temperatur kamar baja karbon rendah terdiri dari  butir–butir  kristal  ferit  dan  perlit  dengan  jumlah butir ferit lebih banyak dari butir perlit. Perbandingan jumlah  buntir  ferit  dan  perlit  tersebut  sesuai  dengan jumlah  kadar  karbon  yang  terkandung  dalam  baja karbon rendah tersebut.
400 600 800 1000 1400 1200 1600 200 0,8 2 4,3 6.67 727  (1340  F) o o Su hu , C o Karbon, % (berat) 1559 2,11 1148 o 0,02 Fe  C 3 Cairan Ferit (    ) +  Fe  C 3 + + Fe  C 3 austenit (    ) autectic + Fe  C 3 δ δ + 3 Fe  C Fe  C 3 δ +
Sumber: Beumer, 1994
Gambar 1. Diagram fasa Fe – Fe 3 C

## 2.8. Transformasi Fase Pada Saat Pendinginan
Dalam  suatu  proses  perlakuan  panas,  setelah pemanasan mencapai temperature yang ditentukan dan diberi  waktu  penahanan  panas  ( Holding  time ) secukupnya  maka  dilakukan  pendinginan  dengan  laju tertentu. Struktur mikro yang terjadi setelah pendinginan  akan  tergantung  pada  laju  pendinginan. Karena  sifat  mekanik  dari  baja  setelah  akhir  suatu proses  perlakuan  panas  akan  ditentukan  oleh  laju pendinginan.
Transformasi austenit pada pendinginan memegang  peranan  penting  terhadap  sifat  dari  baja karbon.  Austenit  dari  baja  hypoutektoid  bila didinginkan  secara  lambat  pada  temperatur  A 3 mulai membentuk  inti  kristal  austenit.  Transformasi  ini terjadi  karena  perubahan  allotropik  dari  besi  gamma (austenit)  ke  alpha  (ferrit).  Karena  ferit  hanya  dapat melarutkan  karbon  dalam  jumlah  yang  sangat  kecil maka kandungan karbon dalam austenit akan semakin besar  bila  ferit  yang  tumbuh  banyak  (dengan  makin turunnya  temperatur).  Besarnya  kandungan  karbon dalam  temperatur  kritis  A 3 ,  sehingga  pada  saat temperatur  mencapai  temperatur  kritis  A 1 ,  komposisi austenit  sama  dengan  komposisi  eutektoid  dan  pada waktu itu austenit berdeformasi menjadi perlit.
Tumbuhnya perlit diawali dengan tumbuhnya inti sementit  pada  batas  butir  austenit.  Untuk  tumbuhnya sementit diperlukan sejumlah besar karbon yang akan diperoleh  dari  austenit  sekitarnya.  Sehingga  austenit disekitar  sementit  miskin  karbon  dan  menjadi  ferit. Perpindahan  atom  ini  berlangsung  secara  difusi,  oleh karena itu memerlukan waktu yang cukup.
Pada  proses case  hardening bila  austenit didinginkan  secara  cepat,  maka  transformasi  sementit (karbida  besi)  tidak  terjadi  dan  produk  transformasi austenit akan berubah menjadi fasa baru yang dikenal sebagai  bainit  dan  martensit.  Bainit  terbentuk  bila austenit  didinginkan  dengan  cepat  hingga  mencapai temperatur tertentu. Transformasi bainit ini disebabkan sebagian karena proses difusi dan sebagaian lagi karena proses tanpa difusi.
Te m pe ra tu r Austenit (Stable) Waktu Coorse  Peorlite R/C 15 Medium  Peorlite R/C 30 Fine Peorlite R/C 40 Martensite  R/C 64 Upper   Boinete  R/C 40 Lower  Boinete R/C 60 Austenite (Unstable) M1 M2 A + F + C CCR 25 % A1 A3 A2 A4 A5 A5 A6 A5 A1 Sumber: Beumer, 1994
Gambar 2. Kurva Pendinginan
2.9. Waktu Penahanan ( Holding Time ) Holding  time dilakukan  untuk  mendapatkan kekerasan  maksimum  dari  suatu  bahan  pada  proses quenching dengan menahan pada temperatur pengerasan  untuk  memperoleh  pemanasan  homogen. Pada  proses pack carburizing , holding  time sangat diperlukan untuk menghasilkan kelarutan karbon pada material  baja,  semakin  lama holding  time -nya  maka akan  semakin  banyak  karbon  yang  berdifusi  dengan besi (Purboputro, I.P., 2006).
Pada  saat  tercapainya  suhu  kritis  atas,  memang fase  struktur  sudah  hampir  semuanya  austenit  tetapi austenit  masih  berbutir  halus  dan  kadar  karbon  dan unsur  paduanya  belum  homogen  untuk  itulah dibutuhkan  penahan  waktu  beberapa  saat  (Karmin, 2009).

## 2.10. Pengujian Kekerasan
Proses pengujian kekerasan logam dapat diartikan sebagai kemampuan suatu bahan terhadap pembebanan dalam  perubahan  yang  tetap,  ketika  gaya  tertentu diberikan pada suatu benda uji. Harga kekerasan bahan tersebut  dapat  dianalisis  dari  besarnya  beban  yang diberikan  terhadap  luasan  bidang  yang  menerima pembebanan.
Disini  penguji  memakai  pengujian  kekerasan dengan  menggunakan  metoda  pengujian  Rockwell. Pada  cara  Rockwell  pengukuran  langsung  dilakukan oleh  mesin,  dan  mesin  langsung  menunjukkan  angka kekerasan  dari  bahan  yang  diuji.  Cara  ini  lebih  cepat dan akurat. Nilai kekerasan dari pengujian Rockwell ini ditentukan oleh perbedaan kedalaman penembusan.

## 3. METODOLOGI
3.1. Variabel Penelitian
a. Variabel Bebas : Waktu tahan dan media quenching (pendinginan)
b. Variabel Terikat : Kekerasan baja karbon rendah

## 3.2. Sampel Penelitian
Penelitian menggunakan baja karbon rendah ST 42 berbentuk  plat  sebagai  bahan  penelitian.  Bahan  di bentuk  menjadi  spesimen  perlakuan  panas  dan kekerasan sebanyak 26 buah dengan ukuran (110 x 40) mm.
Sumber: penulis, 2013

## 3.3. Bentuk Penelitian
Dari permasalahan yang dibahas dalam penelitian ini,  tipe  penelitian  adalah  eksperimental  yaitu melakukan  pengujian  kekerasan  untuk  mendapatkan data  dan  mengelolahnya  secara  sistematis  dan  akurat dengan  mengacu pada  teori-teori yang terdapat dalam literatur  sehingga  dapat  diketahui  perbandingan  nilai kekerasan  baja  karbon  rendah  pada  proses  karburasi dengan  menggunakan  media  pengkarbonan  padat (arang batok biji pala) dan katalisator (CaCO 3 )  dengan perbandingan 90 % karbon dan 10% katalisator. Waktu penahanan  setelah carburizing adalah  1  –  4 jam  serta variasi media quenching berupa air, air laut, dan oli.

## 3.4. Metode Pengukuran
Pengukuran  nilai  Kekerasan  Rockwell  menggunakan Rockwell  Skala  B.  Nilai  kekerasan  Rockwell  dapat diukur dengan menggunakan rumus :
HRB  = 130 - 𝑡 0,002 ……………………………….. (1)
Keterangan: HRB = Nilai Kekerasan Rockwell, Skala B t = Dalamnya Penekanan
Tetapi  karena  pengujian  dengan  menggunakan  mesin sehingga nilai kekerasan dapat langsung dilihat.

## 3.5. Alat dan Bahan Penelitian
a. Bahan yang digunakan adalah :
 Baja karbon rendah, ST 42
 Air, air laut, dan oli, masing-masing 3 liter
 Serbuk karbon arang batok biji pala dan Serbuk katalisator Kalsium Karbonat (CaCO 3 )
b. Alat yang digunakan adalah :
 Oven  pemanas  (Barnsteal  Thermoline  Type  F- 6000)
 Kotak baja (kotak sementasi)
 Mesin uji kekerasan Mitutoyo type AR-20
 Thermometer
 Dan alat bantu lainnya.

## 3.6. Prosedur Penelitian
 Prosedur  Pengujian  Spesimen  sebelum  proses karburasi.
 Prosedur untuk proses carburizing
 Pengujian  kekerasan  setelah  proses  karburasi dan pendinginan.

## 3.7. Metode Pengumpulan Data
Penelitian  menghasilkan  data-data  yang  dalam pencatatannya  dimasukkan  dalam  lembar  penelitian. Lembar  penelitian  ini  dikelompokkan  berdasarkan jenis pengujian spesimen.

## 3.8. Metode Analisa Data
Setelah  data  yang  diperoleh  selanjutnya  adalah menganalisa  data  dengan  cara  mengolah  data  yang
sudah  terkumpul  untuk  mendapatkan  nilai  kekerasan yang ditampilkan dalam bentuk grafik-grafik.

## 3.9. Diagram Alir
Sumber: penulis, 2013

## Gambar 4. Diagram Alir Penelitian

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Secara  rata-rata,  hasil  pengujian  kekerasan  yang didapat  dari  pengujian  terlihat  pada  tabel  4.  Hasil pengujian  nilai  kekerasan  ini  memakai  metode Rockwell dengan beban 100 kg (HRB), melalui proses pengkarbonan padat komposisi arang botok biji pala – katalisator CaCO 3 (90 % - 10 %).
Tabel 2. Hasil Pengujian Kekerasan Baja ST 42
Media Quenching Waktu Tahan (Jam) Rata-rata HRB Air 1 113,5 2 117,45 3 120,75
4 122,325 Air Laut 1 115,7 2 119,1 3 121,625 4 123,225 Oli 1 107,875 2 115,5 3 118,025 4 120,025 Sumber: penulis, 2013
 Quenching Oli :
Gambar 4. Grafik quenching dengan oli, waktu tahan 1 jam Kecepatan  pendingingan  dengan  oli,  pada  penahanan waktu 1 jam :
T 2 : 950 o C
T 3 : 71,55 o C t 2 : 120 menit t 3 : 121 menit
45 , 878 120 121 950 55 , 71 2 3 2 3            t T t t T T V Oli o C/min. 0 200 400 600 800 1000 0 180 183 186 189 192 195 198 201 204 207 210 213 216 219 Suh u (C e lc ius ) Waktu (Menit) Waktu Tahan 2 jam Quenching Oli

## Sumber: penulis, 2013
Gambar 5. Grafik quenching dengan oli, waktu tahan 2 jam
Kecepatan  pendingingan  dengan  oli,  pada  penahanan waktu 2 jam :
T 2 : 950 o C T 3 : 72,3 o C t 2 : 180 menit t 3 : 181 menit 7 , 877 180 181 950 3 , 72 2 3 2 3            t T t t T T V Oli o C/min. 0 200 400 600 800 1000 0 180 242 245 248 251 254 257 260 263 266 269 272 275 278 281 Suh u (C e lc ius ) Waktu (Menit) Waktu Tahan 3 jam Quenching Oli

## Sumber: penulis, 2013
Gambar 6. Grafik quenching dengan oli, waktu tahan 3 jam
Kecepatan  pendingingan  dengan  oli,  pada  penahanan waktu 3 jam :
T 2 : 950 o C
T 3 : 73,6 o C t 2 : 240 menit t 3 : 241 menit
4 , 876 240 241 950 6 , 73 2 3 2 3           t T t t T T V Oli o C/min. 0 200 400 600 800 1000 0 180 301 304 307 310 313 316 319 322 325 328 331 334 337 340 Suh u (C el ci us ) Waktu (Menit) Waktu Tahan 4 jam Quenching Oli

## Sumber: penulis, 2013
Gambar 7. Grafik quenching dengan oli, waktu tahan 4 jam
Kecepatan  pendingingan  dengan  oli,  pada  penahanan waktu 4 jam :
T 2 : 950 o C
T 3 : 67,5 o C t 2 : 300 menit t 3 : 301 menit
5 , 882 300 301 950 5 , 67 2 3 2 3            t T t t T T V Oli o C/min.
Suhu carburizing 950 o C, waktu tahan 1 jam setelah di- quenching dengan  oli  dan  dibiarkan  selama  1  menit, suhu turun menjadi 71,55 o C, suhu terus turun sampai 42,4 o C. Waktu tahan 2 jam, suhu turun menjadi 72,3 o C, suhu terus turun sampai 43,3 o C. Waktu tahan 3 jam, suhu  turun  menjadi  73,6 o C,  suhu  terus  turun  sampai 43,4 o C. Waktu tahan 4 jam, suhu turun menjadi 67,5 o C, suhu terus turun sampai 43,3 o C.
Kecepatan  pendinginan  pada  temperatur  akhir penahanan  dan  temperatur  setelah  material  di- quench dengan oli. Waktu tahan 1 jam adalah 878,45 o C/min, waktu tahan 2 jam adalah 877,7 o C/min, waktu tahan 3 jam adalah 876,4 o C/min, dan waktu tahan 4 jam adalah 882,5 o C/min.
 Quenching Air Laut :
0 200 400 600 800 1000 0 121 124 127 130 133 136 139 142 145 148 151 154 157 160 Suh u (C el ci us ) Waktu (Menit) Waktu Tahan 1 jam Quenching Air Laut

## Sumber: penulis, 2013
Gambar 8. Grafik quenching dengan air laut, waktu tahan 1 jam
Kecepatan  pendingingan  dengan  air  laut,  pada penahanan waktu 1 jam :
T 2 : 950 o C
T 3 : 39,8 o C t 2 : 120 menit
t 3 : 121 menit 2 , 910 120 121 950 8 , 39 2 3 2 3            t T t t T T V AirLaut o C/min. 0 200 400 600 800 1000 0 180 183 186 189 192 195 198 201 204 207 210 213 216 219 Suh u (C e lc ius ) Waktu (Menit) Waktu Tahan 2 jam Quenching Air Laut

## Sumber: penulis, 2013
Gambar 9. Grafik quenching dengan air laut, waktu tahan 2 jam
Kecepatan  pendingingan  dengan  air  laut,  pada penahanan waktu 2 jam :
T 2 : 950 o C
T 3 : 39,4 o C t 2 : 180 menit t 3 : 181 menit 6 , 910 180 181 950 4 , 39 2 3 2 3            t T t t T T V AirLaut o C/min. 0 200 400 600 800 1000 0 180 242 245 248 251 254 257 260 263 266 269 272 275 278 281 Suh u (C e lc ius ) Waktu (Menit) Waktu Tahan 3 jam Quenching Air Laut

## Sumber: penulis, 2013
Gambar 10. Grafik quenching dengan air laut, waktu tahan 3 jam
Kecepatan  pendingingan  dengan  air  laut,  pada penahanan waktu 3 jam :
T 2 : 950 o C T 3 : 73,6 o C t 2 : 240 menit
t 3 : 241 menit
4 , 876 240 241 950 6 , 73 2 3 2 3           t T t t T T V Oli o C/min.
0 200 400 600 800 1000 0 180 301 304 307 310 313 316 319 322 325 328 331 334 337 340 Suh u (C e lc ius ) Waktu (Menit) Waktu Tahan 4 jam Quenching Air Laut

## Sumber: penulis, 2013
Gambar 10. Grafik quenching dengan air laut, waktu tahan 4 jam
Kecepatan  pendingingan  dengan  air  laut,  pada penahanan waktu 4 jam :
T 2 : 950 o C T 3 : 44,5 o C t 2 : 300 menit t 3 : 301 menit
5 , 905 300 301 950 5 , 44 2 3 2 3            t T t t T T V AirLaut
o C/min.
Suhu  carburizing  950 o C,  waktu  tahan  1  jam setelah  di- quenching dengan  air  laut  dan  dibiarkan selama 1 menit, suhu turun menjadi 39,8 o C, suhu terus turun sampai 33,6 o C. Waktu tahan 2 jam, suhu turun menjadi  39,4 o C,  suhu  terus  turun  sampai  32,3 o C. Waktu tahan 3 jam, suhu turun menjadi 41,8 o C, suhu terus  turun  sampai  34 o C.  Waktu  tahan  4  jam,  suhu turun menjadi 41,2 o C, suhu terus turun sampai 33,8 o C. Kecepatan  pendinginan  pada  temperatur  akhir penahanan  dan  temperatur  setelah  material  di- quench dengan  air  laut.  Waktu  tahan  1  jam  adalah  910,2 o C/min, waktu tahan 2 jam adalah 910,6 o C/min, waktu tahan  3  jam  adalah  908,2 o C/min,  dan  waktu  tahan  4 jam adalah 905,5 o C/min.
 Quenching Air : 0 200 400 600 800 1000 0 121 124 127 130 133 136 139 142 145 148 151 154 157 160 Suh u (C e lc ius ) Waktu (Menit) Waktu Tahan 1 jam Quenching Air

## Sumber: penulis, 2013
Gambar 11. Grafik quenching dengan air, waktu tahan 1 jam
Kecepatan  pendingingan  dengan  air,  pada  penahanan waktu 1 jam :
T 2 : 950 o C T 3 : 39,2 o C t 2 : 120 menit
t 3 : 121 menit 8 , 910 120 121 950 2 , 39 2 3 2 3            t T t t T T V Air o C/min. 0 200 400 600 800 1000 0 180 183 186 189 192 195 198 201 204 207 210 213 216 219 Suh u (C e lc ius ) Waktu (Menit) Waktu Tahan 2 jam Quenching Air

## Sumber: penulis, 2013
Gambar 12. Grafik quenching dengan air, waktu tahan 2 jam
Kecepatan  pendingingan  dengan  air,  pada  penahanan waktu 2 jam :
T 2 : 950 o C T 3 : 41,7 o C t 2 : 180 menit t 3 : 181 menit 3 , 908 180 181 950 7 , 41
2 3 2 3            t T t t T T V Air o C/min. 0 200 400 600 800 1000 0 180 242 245 248 251 254 257 260 263 266 269 272 275 278 281 Suh u (C e lc ius ) Waktu (Menit) Waktu Tahan 3 jam Quenching Air

## Sumber: penulis, 2013
Gambar 13. Grafik quenching dengan air, waktu tahan 3 jam
Kecepatan  pendingingan  dengan  air,  pada  penahanan waktu 3 jam :
T 2 : 950 o C T 3 : 41,2 o C t 2 : 240 menit t 3 : 241 menit
8 , 908 240 241 950 2 , 41 2 3 2 3            t T t t T T
V Air o C/min.
0 200 400 600 800 1000 0 180 301 304 307 310 313 316 319 322 325 328 331 334 337 340 Suh u (C e lc ius ) Waktu (Menit) Waktu Tahan 4 jam Quenching Air

## Sumber: penulis, 2013
Gambar 14. Grafik quenching dengan air, waktu tahan 4 jam
Kecepatan  pendingingan  dengan  air,  pada  penahanan waktu 4 jam :
T 2 : 950 o C T 3 : 43,5 o C t 2 : 300 menit t 3 : 301 menit 5 , 906 300 301 950 5 , 43 2 3 2 3            t T t t T T V Air o C/min.
Suhu  carburizing  950 o C,  waktu  tahan  1  jam setelah di- quenching dengan air dan dibiarkan selama 1 menit,  suhu  turun  menjadi  39,2 o C,  suhu  terus  turun sampai 33,3 o C. Waktu tahan 2 jam, suhu turun menjadi 41,7 o C, suhu terus turun sampai 33,8 o C. Waktu tahan 3  jam,  suhu  turun  menjadi  41,2 o C,  suhu  terus  turun sampai 33,8 o C. Waktu tahan 4 jam, suhu turun menjadi 43,5 o C, suhu terus turun sampai 34,2 o C.
Kecepatan  pendinginan  pada  temperatur  akhir penahanan  dan  temperatur  setelah  material  di- quench dengan  air.  Waktu  tahan  1  jam  adalah  910,8 o C/min, waktu tahan 2 jam adalah 910,6 o C/min, waktu tahan 3 jam adalah 908,8 o C/min, dan waktu tahan 4 jam adalah 906,5 o C/min.
Tabel 3. Hasil Perhitungan Kecepatan Pendinginan
Sumber: penulis, 2013
106 111 116 121 126 1 2 3 4 H R B Waktu Tahan  (jam) Grafik Nilai Kekerasan dengan Waktu Penahanan Baja ST 42 Air Air Laut Oli
Sumber: penulis, 2013
Gambar 15. Grafik Nilai Kekerasan dengan Waktu Penahanan Baja ST 42  Setelah di
Quenching

## 5. PENUTUP
5.1.   Kesimpulan
Setelah memperoleh data dari hasil-hasil pengujian kekerasan  pada  proses  pengkarbonan  padat  dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Proses  pengkarbonan  padat  dapat  menaikkan  nilai kekerasan  dari  baja  karbon.  Semakin  lama  waktu penahanan  kekerasan  permukaan  baja  karbon rendah  semakin  meningkat.  Hal  ini  dapat  dilihat dari  hasil  pengujian  kekerasan,  yaitu  kekerasan awal Baja ST 42 sebelum proses pack carburizing adalah  sebesar  95,55  HRB.  Setelah  dilakukan proses pack  carburizing dengan  menggunakan media arang batok biji pala dengan suhu 950 o C dan variasi waktu tahan 1 jam, 2 jam, 3 jam, 4 jam, maka didapatkan :
a. Waktu tahan 1 jam, quenching oli kekerasannya naik  menjadi  107,875  HRB, quenching air kekerasannya  naik  menjadi  113,5  HRB, sedangkan quenching air laut kekerasannya naik menjadi 115,7 HRB.
b. Waktu tahan 2 jam, quenching oli kekerasannya naik  menjadi  115,5  HRB, quenching air kekerasannya  naik  menjadi  117,45  HRB, sedangkan quenching air  laut  kekerasannya menjadi 119,1 HRB.
c. Waktu tahan 3 jam, quenching oli kekerasannya naik  menjadi  118,025  HRB, quenching air kekerasannya  naik  menjadi  120,75  HRB, sedangkan quenching air  laut  kekerasannya menjadi 121,625 HRB.
d. Waktu tahan 4 jam, quenching oli kekerasannya naik  menjadi  120,025  HRB, quenching air kekerasannya  naik  menjadi  122,325  HRB, sedangkan quenching air  laut  kekerasannya menjadi 123,225 HRB.
2. Media Quenching yang paling baik adalah air laut. Karena  air  laut  memiliki  kandungan  garam  yang dapat  meningkatkan  nilai  kekerasan  dari  baja karbon.

## 5.2.   Saran
1. Karena    keterbatasn    penelitian    ini    maka diharapkan    pada      penelitian  –  penelitian selanjutnya    tentang    proses    pengkarbonan  padat diharapkan  dapat  menganalisa  dari  sifat-sifat  fisik dan  kimia  dari  berbagai  media quenching (pendinginan).
2. Untuk  mengukur  distribusi  temperatur  tiap  media quenching ,  diharapkan  memakai  alat  ukur  dengan jumlah yang sama dengan variasi media quenching yang digunakan agar dapat memperoleh hasil yang maksimal.

## DAFTAR PUSTAKA
Aramide, F.O., et al., 2010, Pack Carburization of Mild Steel,  using  Pulverized  Bone  as  Carburizer:
Optimizing  Process  Parameters ,  Leonardo Electronic Journal of Practices and
Technologies, Issue 16, January-June 2010, pp 1-12.
Bahtiar, Muh. Iqbal dan Supramono., 2014, Pengaruh Media Pendingin Minyak Pelumas Sae 40 Pada Proses  Quenching  dan  Tempering  Terhadap Ketangguhan  Baja  Karbon  Rendah ,  Jurnal Mekanikal Vol. 5 No. 1: Januari 2014, pp: 455- 463.
Beumer,  B.J.M.,  1994, Ilmu  Bahan  Logam:  Jilid  III , Terjemahan  B.S.  Anwir,  Penerbit  Bharata, Jakarta.
Darmawi dan Andri Putra, M. Amin, 2009, Perbedaan Struktur  Mikro,  Kekerasan,  Dan  Ketangguhan Baja Hq 705 Bila Diquench Dan Ditemper Pada Media Es, Air Dan Oli , Jurnal Rekayasa Mesin, Vol. 9, No. 1, Maret 2009. Karmin., 2009, Pengendalian Proses Pengerasan Baja Dengan  Metoda  Quenching .  Jurnal  Austenit, Vol.  1,  No.2,  Oktober 2009, Politeknik  Negeri Padang. Padang.
Mulyadi., dan Sunitra, Eka.,  2010, Kajian Perubahan Kekerasan  dan  Difusi  Karbon  Sebagai  Akibat Dari Proses Karburisasi dan Proses Kuancing Pada Material Gigi Perontok Power Thresher . Jurnal Teknik Mesin. Vol. 7, No. 1, Juni 2010, 33-49, ISSN 1829-8958.
Purboputro,  I.P.,  2006, Pengaruh  Waktu  Penahanan Terhadap Sifat Mekanis Pada Proses Pengkarbonan  Baja Mild Steel Roda Gigi Rantai Sepeda  Motor  RX  Spesial ,  Jurnal  MEDIA MESIN, Vol. 7, No. 1, Januari 2006, 9-16.
Schonmetz,  A.,  dan  Gruber,  K.,  1985, Pengetahuan Bahan  Dalam  Pengerjaan  Logam ,  Penerbit Angkasa, Bandung.
Suratman, Rochim., 1994, Panduan Proses Perlakuan Panas , Lembaga Penelitian ITB, Bandung.
Taonisi,  Ahmad.,  Sudarja.,  dan  Rahman,  Muh  Budi Nur.,  2010, Pemanfaatan  Limbah  Cangkang Pala  Sebagai  Bahan  Briket  Arang  Untuk Mendukung Kebutuhan Energi Nasional , Seminar  Nasional  Teknik  Mesin,  UMY, Yogyakarta.
Trihutomo, P., 2014, Pengaruh Proses Annealing Pada Hasil Pengelasan Terhadap Sifat Mekanik Baja Karbon  Rendah , Jurnal  Teknik  Mesin,  Tahun 22, No. 1, April 2014. Van  Vlack,  H.  Lawrence.,  1992, Ilmu  dan  Teknologi Bahan  (Ilmu  Logam  dan  Bukan  Logam) . Terjemahan  Srianti  Djaprie,  Edisi  Kelima, Penerbit Erlangga, Jakarta.