## ANALISA WAKTU PERLAKUAN NITRIDISASI BESI TUANG KELABU PADA
TEMPERATUR 650 0 C
Wayan Sujana, Komang Astana Widi, Teguh Rahardjo, Sussetyo Darmaputra Prodi Teknik Mesin S1, Fakultas Teknologi Industri Malang Email : sussetyo.putra@gmail.com

## A BSTRACT
Besi cor kelabu, jenis cor ini sering dipakai karena memiliki banyak kelebihan. Kelebihan tersebut adalah mudah dituang atau  dicor  menjadi  bentuk  yang  rumit,  mudah  dilakukan  proses  permesinan,  tahan  aus  karena  grafit  dapat  berfungsi sebagai pelumas, mempunyai kemampuan meredam getaran yang tinggi, mempunyai kekuatan tekan tinggi, sifat ketahan korosinya baik dibandingkan dengan baja konstruksi biasa, Spesimen yang sebelum proses diperoleh kekerasan tertiinggi yaitu 284,4 HV dengan kedalaman 30 µm, setelah diproses nitridisasi dengan temperature 650 0 C dengan holding 1,2, dan 3 jam, maka didapat kekerasan tertinggi sebesar 277,2 HV, 261,1 HV, 273,4 HV kekerasan naik pada holding 1 jam itu disebabkan  karena  reaksi  kimia  antara  nitrogen  dengan  spesimen  sehingga  konsentrasi  nitrogen  pada  permukaan spesimen  yang  berasal  dari  difusi  nitrogen  akan  lebih  banyak  membentuk  lapisan  nitride.  Pada  pengujian  spesimen dengan holding 1 jam didapat ketebalan lapisan 10, 20, 30, 40 µm dan permukaan tepi dari inti tidak merata sehingga lapisan  menjadi  tidak  merata  atau  bergelombang,  sedangkan  pada  temperatur  650 0 C  dengan  waktu  2  jam  ketebalan ditunjukan  hanya  sampai  pada  30  µm  dan  40  µm,  garis  grafik  mengalami  kenaikan  dikarenakan  lapisan  nitride  dan permukaan  tepi  dari  inti  tidak  merata  sehingga  lapisan  menjadi  bergelombang.  Struktur  mikro  diperoleh  dari  hasil metalografi  row  material  dan  spesimen  yang  sesudah  mengalami  proses  nitridisasi.  Hasil  dari  struktur  mikro  sudah terlihat grafit berbentuk serpih keabu-abu an dan terlihat adanya sedikit korosi dikarenakan spesimen belum dilakukan proses
Kata Kunci : besi tuang kelabu, nitridisasi, kekerasan, ketebalan lapisan, SEM-EDS

## PENDAHULUAN
Dalam dunia perindustrian pengecoran logam jenis cor sering digunakan karena banyak memiliki kelebihan yaitu mudah dituang menjadi bentuk yang rumit, mudah dilakukan proses permesinan, tahan aus karena grafit dapat berfungsi sebagai pelumas, mempunyai kemampuan meredam getaran tinggi, mempunyai kekuatan tekan tinggi, sifat ketahan korosi baik dibandingkan  dengan  baja  kontruksi  biasa.  Dalam  penelitian  ini  adapun  tujuan  yang  ingin  diketahui  yaitu  bagaimana struktur mikro dan pengaruh pada proses nitridisasi terhadap besi tuang kelabu.

## TINJAUAN PUSTAKA
Suatu proses perlakuan panas termokimia dimana nitrogen didisfusikan kepermukaan baja pada temperatur antara 500- 600 0 C sehingga terbentuk pengerasan kulit akibat terbentuknya nitrida paduan pada permukaan. Ketebalan lapisan yang terbentuk  berkisaran  0,4-0,6  mm  dengan  kekerasan  800-1050  HV  karena  suhu  prosesnya  sangat  rendah,  maka kemungkinan  terjadinya  distorsi  geometri  atau  retak  juga  sangat  kecil.  Sifat  yang  dihasilkan  proses  nitridisasi  adalah ketahanan lelah baik, abrasif, ketahanan aus adhesif, ketahanan korosi baik

## RANCANGAN PENELITIAN
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  proses  nitridisasi  pada  dapur  fluidized  bed  furnance  dengan  menggunakan  bahan  besi  tuang kelabu dengan variasi waktu 1, 2, 3 jam dan pada temperatur 650 0 C yang sama kemudian dilakukan pendinginan oleh oli dan dilakukan pengujian berupa SEM-EDS dan uji kekerasan micro vikres

## HASIL PENELITIAN
Data hasil pengujian distribusi kekerasan

## T ABEL 1. D ATA NILAI KEKERASAN SEBELUM PROSES NITRIDISASI
Gambar 2. Hubungan antara kekerasan dengan jarak sebelum proses
Sebelum  dilakukan  proses  nitridisasi  diketahui  kekerasan  tertinggi  kedalaman  30  µm  yaitu  284,4  HV  dan  diketahui kekerasan terendah kedalaman 10 µm yaitu 227,1 HV

## T ABEL 2. K EKERASAN SETELAH PROSES NITRIDISASI TEMPERATUR
650 0 C 1 JAM
Gambar 3. Hubungan antara kekerasan dengan jarak sesudah proses temperatur 650 0 C selama 1 jam
Sesudah dilakukan proses nitridisasi dengan temperatur 650 0 C selama 1 jam diketahui kekerasan tertinggi kedalaman 30 µm  yaitu  227,2  HV  dan  kekerasan  terendah  kedalaman  20  µm  yaitu  220,8  HV.  Dikarenakan  oleh  proses  nitridisasi dengan temperature tinggi yaitu 650 0 C.
T ABEL 3. K EKERASAN SETELAH PROSES NITRIDISASI TEMPERATUR 650 0 C 2 JAM
Sesudah dilakukan proses nitridisasi dengan temperatur 650 0 C selama 2 jam diketahui kekerasan tertinggi kedalaman 40 µm  yaitu 261,1 HV dan  kekerasan terendah  kedalaman 30 µm  yaitu 215,3 HV. Dikarenakan proses  nitridisasi dengan temperatur tinggi 650 0 C dengan waktu 2 jam.
T ABEL 4. K EKERASAN SETELAH PROSES NITRIDISASI TEMPERATURE 650 0 C 3 JAM
Gambar 5. Hubungan antara kekerasan dengan jarak temperatur 650 0 C 3 jam
Sesudah dilakukan proses nitridisasi dengan temperatur 650 0 C selama 3 jam didapat kekerasan tertinggi kedalaman 10 µm  yaitu 249,5 HV dan  kekerasan terendah  kedalaman 40 µm  yaitu 174,1 HV. Dikarenakan proses  nitridisasi dengan temperatur yang tinggi yaitu 650 0 C waktu proses 3 jam.
Pembesaran 1000x
Pembesaran 5000x

## Gambar 6. Data hasil foto SEM-EDS Sebelum proses
Sebelum  proses  besi  tuang  kelabu  pada  pembesaran  1000x  dan  5000x  unsur  kandungan  karbon  yaitu  sebesar  27,25% atom dan memiliki kandungan oksigen sebesar 10,87% atom.
Sesudah proses temperatur 650 0 C 1 jam

## Pembesaran 1000x

## Pembesaran 5000x
Gambar 7. Data hasil foto SEM-EDS sesudah proses 1 jam
Sebelum proses besi tuang kelabu pada pembesaran 1000x dan pembesaran 5000x unsur kandungan karbon yaitu sebesar 6,88% atom dan memiliki kandungan nitrogen sebesar 16,42% atom. Naiknya kadar nitrogen disebabkan oleh pengaruh proses nitridisasi dengan temperatur 650 0 C selama 1 jam  dan turunnya  kadar atom  karbon dikarenakan unsur nitrogen berdisfusi pada spesimen. Sesudah proses temperatur 650 0 C 2 jam
Pembesaran 1000x
Pembesaran 5000x

## Gambar 8. Data hasil foto SEM-EDS sesudah proses 2 jam
Sebelum proses besi tuang kelabu pada pembesaran 1000x dan pembesaran 5000x unsur kandungan karbon yaitu 5,29% atom dan memiliki kandungan nitrogen sebesar 17,16% atom. Naiknya kadar nitrogen disebabkan oleh pengaruh proses nitridisasi dengan temperatur 650 0 C selama 2 jam dan dibandingkan pada proses 1 jam sebesar 6,88% atom karbon dan 16,42%  atom  nitrogen,  turunya  kadar  karbon  disebabkan  unsur  nitrogen  berdisfusi  pada  spesimen  jauh  kedalam permukaan.

## Pembesaran 1000x

## Pembesaran 5000x
Gambar 8. Data hasil foto SEM-EDS sesudah proses 3 jam
Sebelum proses besi tuang kelabu pada pembesaran 1000x dan pembesaran 5000x unsur kandungan karbon yaitu 4,79% atom dan memiliki kandungan nitrogen sebesar 1,97% atom. Turunnya kadar karbon disebabkan oleh proses nitridisasi dengan temperatur 650 0 C selama 3 jam dan  menurunya  kadar nitrogen disebabkan  temperature terlalu tinggi sehingga atom nitrogen tidak berdisfusi besar dan masuk kedalam unsur besi.

## PEMBAHASAN
Distribusi kekerasan (Micro Vickers) hasil pengujian yang dilakukan terhadap besi cor kelabu setelah proses perlakukan permukaan dengan proses nitridisasi maka dapat diperoleh data-data dan kesimpulan untuk menunjang proses penelitian. Dari  tabel  diatas  spesimen  yang  belum  diproses  didapat  kekerasan  tertinggi  284,4  HV  dan  jika  bandingkan  dengan kekerasan  setelah  diproses  nitridisasi  dengan  temperatur  650 0 C  dengan  holding  1,2,3  jam  dan  diperoleh  kekerasan
tertinggi  yaitu 272,2 HV, 261,1 HV, 273,4 HV. Dapat dilihat pada waktu holding 2 dan 3 jam kekerasan pada daerah difusi lebih rendah dibandingkan dengan daerah inti disebabkan oleh tidak terjadinya reaksi atau kurang sempurna reaksi antara  atom  nitrogen  dengan  atom  besi  pada proses  nitridisasi  sehingga  pada  daerah  inti  terjadi  proses  annealing  saja. Purwadi wiwik mengatakan penahanan yang lebih lama maka kekerasan permukaan yang dihasilkan akan lebih tinggi, sehingga  konsentrasi  nitrogen  pada  permukaan  sampel  yang  berasal  dari  difusi  nitrogen  akan  lebih  banyak  dan membentuk  besi  nitrida.  Jadi  proses  uji  kekerasan  menggunakan  micro  vickers  sebelum  dilakukan  proses  diperoleh kekerasan tertinggi yaitu 284,4 HV dengan kedalaman 30 µm kekerasan terendah yaitu 227,1 HV dengan kedalaman 10 µm,  setelah  dilakukan  proses  1,  2, 3  jam  didapat  kekerasan  tertinggi  sebesar  227,2  HV,  261,1  HV,  273,4  HV  dengan kedalaman 30 µm, 40 µm, 30 µm dan kekerasan terendah yaitu 220,8 HV, 215,3 HV, 191,5 HV dengan kedalaman 20 µm, 30 µm, 20 µm. Setelah pengujian distribusi kekerasan yang telah dilakukan pada spesimen besi tuang kelabu dengan variasi waktu yang diberikan maka pengujian ini hampir mendekati kebenaran dikarenakan temperatur 650 0 C dan waktu pernahanan  yang  lama  maka  didapat  kekerasan  yang  tinggi.  Mikro  dan  SEM-EDS  struktur  mikro  diperoleh  dari  hasil metalografi row material (sebelum dilakukan proses nitridisasi) dan spesimen yang sesudah mengalami proses nitridisasi. Hasil dari struktur mikro struktur mikro sudah ditunjukan gambar pertama terlihat grafit berbentuk serpih keabu-abu an dan  terlihat  adanya  sedikit  korosi  dikarenakan  spesimen  belum  dilakukan  proses.  Gambar  kedua  merupakan  struktur mikro dari spesimen yang sudah diproses nitridisasi, pada gambar juga terlihat adanya lapisan nitrida terbentuk karena atom nitrogen berdifusi dengan atom besi yang berada dispesimen dari hasil penelitian kemungkinan diperoleh senyawa FeN  dari  kandungan  nitrogen  yang  jumlahnya  baru  mencapai  16,42%  atom  maka  proses  nitridisasi  belum  mencapai kondisi optimal, karena untuk mencapai optimal seharusnya unsur kandungan nitrogen sekitar 13%-20% atom sehingga dapat memperoleh senyawa Fe4N yang mempunyai sifat sangat keras. Pada gambar ketiga spesimen dengan temperatur nitridisasi 650 0 C dengan waktu 2 jam memiliki kadar nitrogen sebesar 17,16% atom lebih besar dibandingkan spesimen dari  gambar  kedua  dengan  temperatur  650 0 C  dengan  waktu  1  jam.  Berlebihnya  kadar  karbon  nitrogen  dikarenakan kemampuan  atom  nitrogen  bergerak  lebih  jauh  dan  lebih  cepat  kedalam  permukaan  spesimen  sehingga  kadar  nitrogen menjadi  menaik.  Sedangkan  pada  gambar  keempat  dengan  temperatur  650 0 C  dengan  waktu  3  jam,  memiliki  kadar nitrogen  sebesar  0,55%  berat  dan  1,92%  atom  proses  nitridisasi  memiliki  kadar  karbon  sebesar  1,19%  berat  dan  4,79 atom tentu saja ini disebabkan oleh bertambahnya waktu proses nitridisasi dari 2 jam ke 3 jam sehingga atom nitrogen tidak bisa berdifusi dengan spesimen dan bergerak jauh dan lebih cepat dari permukaan spesimen. Rahayu sri, Setiawan ngainun, Virdhian shinta, Dkk juga  menemukan  hal  yang  sama jika dilihat dari unsur kandungan nitrogen  yang hanya 17,16% atom maka proses nitridisasi sudah mencapai optimal, karena untuk mencapai optimal kandungan nitrogen harus sekitar  13-20%  atom  sehingga  dapat  diperoleh  senyawa  Fe4N  yang  mempunyai  sifat  yang  sangat  keras.  Rahayu  sri, Setiawan  ngainun,  Virdhian  shinta,  Dkk  dan  Kurniawan  fachri,  hal  ini  disebabkan  karena  kandungan  nitrogen  kurang masuk ke inti logam sehingga lapisan nitrogen terlihat pada bagian tepi permukaan saja. Spesimen yang diproses dengan suhu  nitridisasi  yang  tinggi  maka  memiliki  kadar  nitrogen  yang  lebih  tinggi.  Jadi  dari  proses  pengujian  SEM-EDS dengan  temperatur  650 0 C  dengan  variasi  waktu  selama  1,  2,  3  jam  yang  telah  dilakukan  sebelum  ataupun  sesudah nitridisasi diketahui transformasi lederburit ke cementit, cementit, grafit, inti, korosi, perlit, dan juga lapisan nitrida. Pada spesimen yang telah dilakukan proses nitridisasi terdapat endapan perlit yang ada pada menjadi keras yang disebabkan oleh ikatan antara atom nitrogen dengan unsur paduan yang terkandung dalam inti besi tuang kelabu.

## KESIMPULAN
Dari  proses  uji  kekerasan  menggunakan  micro  vickers  sebelum  dilakukan  proses  diperoleh  kekerasan  tertinggi  yaitu 284,4 HV dengan kedalaman 30 µm dan kekerasan terendah yaitu 227,1 HV dengan kedalaman 10 µm setelah dilakukan proses selama 1, 2, 3 jam didapat kekerasan tertinggi sebesar 277,2 HV, 261,1 HV, 273,4 HV dengan kedalaman 30 µm, 40 µm, 30 µm dan kekerasan terendah yaitu 220,8 HV, 215,3 HV, 191,5 HV dengan kedalaman 20 µm, 30 µm, 20 µm. Proses  uji  foto  SEM-EDS  sebelum  ataupun  sesudah  nitridisasi  diketahui  transformasi  ledeburit  ke  cementit,  cementit, grafit, inti, korosi, perlit dan juga lapisan nitride

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Aziz Muslim Muhammad, 2017. Analisis Pengaruh Perlakuan Normalizing Sebelum Proses Nitridasi Pada Baja Paduan P20 dan Besi Tuang Nodular A536. Skripsi.FTI.
[2] Arthur G, Birch D, Dkk. 1986. Wear Resistant Surfaces in Engineering. London:Crown Copyright
[3] Deny Ilham Setiyawan . 2017. Analisa Tahap Temperatur Proses Nitridasi Pada Baja Tahan Karat. Skripsi. FTI.
[4] http://blog.ub.ac.id/rickyseptian07/2012/04/23/thermochemical-baja/
[5] http://ttp.zcu.cz/en/laboratories/laser-surfacetreatment/technologies/laser-surface-hardening diakses pada tanggal 7 November 2019
[6] Labeebmlp.(2014). Elektron  Laser  Hardening. [online].  Tersedia  :  http://www.slideshare.net/labeebmlp/electron-and-laser-beam-hardening. Diakses pada tanggal 7 November 2019. 500
[7] Lawrance H.Van Vlack. 1983 . Ilmu dan Teknologi Bahan. Jakarta Pusat:Penerbit Erlangga.
[8] Rahardjo Teguh. 2008. Proses Nitriding Untuk Peningkatan Sifat Mekanik Permukaan Material Dies . Jurnal Flywheel. Volume 1, Nomor 2.
[9] Smallman.R.E, Bishop.R.J. 1995. Modern Physical Metallurgy and Materials Engineering 6th Edition. Jakarta:Penerbit Erlangga.
[10] Surdia, Tata,. Satio, Shinroku. 1995. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta : Pradnya Paramita.
[11] Sujana, I Wayan. 1996. Karakterisasi Lapisan Kompon Hasil Proses Nitrokarburisasi Dengan Menggunakan Reaktor Fluidised Bed. Tesis. UI.
[12] Sujana, I Wayan.Astana Widi, I Komang. Diktat Metalurgi Fisik. Institut Teknologi Nasional Malang.
[13] Welding  Engineering.  (2015). Perlakuan  Panas  (Heat  Treatment) .  [Online].Tersedia  :  http://hima-tl.ppns.ac.id/perlakuan-panas-heat- treatment/.[November 2019].
[14] W.Sujana,K.  A.Widi.  2016 .  Serbuk  Alumina  Sebagai  Katalis  Didalam  Reaktor  Fluidised  Bed. Jurnal Flywheel. Volume 7, Nomor 1.
[15] www.ist.fraunhofer.de/.../plasma_diffusion_treatment.html. Diakses Pada Tanggal 7 November 2019.
[16] Zamzami  Putrayogi.  2017 .  Pengaruh  Peran  Gas  Nitrogen  Pada  Proses  Nitridasi  Gas Menggunakan Dapur Fluidised Bed Pada Baja Karbon Rendah. Skripsi. FTI