## Analisis Pengaruh Variasi Komposisi Katalis Pada Proses Pack Carburizing Baja Karbon Rendah Terhadap Nilai Kekerasan dan Struktur Mikro
Lega Putri Utami, Budi Istana,Adi Indra Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Riau Pekanbaru Email: legaputri@umri.ac.id budiistana@umri Adi.indra930@gmail.com

## Abstrak
Pentingnya pemilihan material yang tepat sesuai kebutuhan industri dapat memperpanjang usia pakai material dan  dapat  meminimalkan  cost  maintenance  untuk  penggantian  material.  Didalam  industri  air  minum  dalam kemasan,  memiliki  mesin-mesin  yang  tidak  lepas  kaitannya  dengan  material,  baik  yang  terbuat  dari  nilon maupun  logam,  material  tersebut  di  aplikasikan  sesuai  dengan  fungsinya.  Terdapat  komponen  mesin  yang mengalami  keausan  pada  sebuah  industri  air  minum  dalam  kemasan,  keausan  terjadi  pada  shaft  gearbox conveyor yang terbuat dari baja ST41 dan mengalami keausan antara bagian spi dan lobang spi. Jenis keausan yang  terjadi  pada  shaft  gearbox  conveyor  ini  adalah  keausan  (surface  fatigue  wear)  yang  terjadi  karena interaksi  permukaan,  dimana  bagian  permukaan  mengalami  gesekan  beban  berulang  secara  terus  menerus. Adapun  tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  mengetahui  pengaruh  persentase  katalis  BaCO3  terhadap  nilai kekerasan dan struktur mikro pada proses pack carburizing baja ST41.
Kata Kunci: Pack Carburizing, Baja ST41, Keausan, Heat treatment .

## Abstract
The importance of choosing suitable material as industrial need to lengthen the use of material and minimize cost maintenance. In water mineral industrial, there are some machines that made of nylon or metal. Those materials are applied based on their functions. There are some machines components which scraped in water mineral industrial. It can be happened in shaft gearbox conveyor that made of steel ST41 which is scraped between  spi  and  hole  spi.  The  type  of  scrape  is  surface  fatigue  wear  that  happened  because  of  surface interaction which is friction continually. The aim of this research is to know the effect of catalyst percentage BaC03 toward strange value and micro structure on pack carburizing process at steel ST41.

## 1. PENDAHULUAN
Material  logam  merupakan  bagian  yang tidak terpisahkan dari proses pemesinan dalam dunia industri.  Seperti  besi  cor,  besi  baja,  dan stainless.  pentingnya  pemilihan  material  yang tepat sesuai kebutuhan industri dapat memperpanjang  usia  pakai  material  dan  dapat meminimalkan cost maintenance untuk penggantian  material.  Didalam  industri  air minum dalam kemasan, memiliki mesin-mesin yang  tidak  lepas  kaitannya  dengan  material, baik  yang  terbuat  dari  nilon  maupun  logam, material  tersebut  di  aplikasikan  sesuai  dengan
fungsinya.  besi  baja  karbon  biasanya  di aplikasikan  untuk  shaft  gearbox  conveyor, conveyor  roller,  besi  siku  dudukan  ducting, dll.  Material-material  tersebut  memiliki  usia pakai  baik  karena  gesekan  yang  di  dapat secara  terus  menerus  sehingga  menyebabkan keausan  maupun  korosi.  Komponen  lain  yang mengalami  keausan  pada  industri  air  minum dalam kemasan ini  terjadi pada shaft gearbox conveyor.  Shaft  gearbox  conveyor  ini  terbuat dari  baja  St41  dan  mengalami  keausan  antara bagian spi dan lobang spi. Jenis keausan yang terjadi pada shaft gearbox conveyor ini adalah keausan  ( surface  fatigue  wear )  yang  terjadi
karena  interaksi  permukaan,  dimana  bagian permukaan mengalami gesekan beban berulang  secara  terus  menerus.  Dari  masalah yang  teradi  pada  shaft  gearbox  conveyor tersebut,  saya  tertarik  untuk  mengangkat  nya menjadi  judul  tugas  akhir,  dengan  memberi perlakuan  permukaan  dan  perlakuan  panas pada  material shaft gearbox conveyor tersebut dengan  metode  pack  carburizing  agar  tingkat kekerasan  pada  permukaan  shaft  gearbox tersebut dapat meningkat.

## 2. METODE
Bahan untuk spesimen uji adalah baja karbon rendah ST41 dengan komposisi kimia di tunjukan pada tabel berikut:
Tabel 1. Hasil Uji Komposisi kimia Material
Metodepenelitian yang di gunakandalampenelitianiniadalaheksperimenta l.Hal
inidilakukanuntukmengetahuipengaruh pack
carburizing padabaja st41 denganvariasipersentase BaCo3
menggunakankarbonaktif.
Tabel 2 : Variable penelitian
Spesimen  uji  dimasukan  ke  dalam  kotak baja  dan  diisi  media  karburasi  dengan komposisi  katalis  berfariasi  yaitu  10%,  20%, 30%,  dan  40%.  Kotak  karburasi  kemudian  di tutup  rapat  dan  dimasukan  ke  dalam  dapur pemanas  ( electric  furnace )  dipanaska  sampai temperatur  900 ⁰ C  dan  di  tahan  pada  suhu tersebut selama 30 menit. Kemudian spesimen dikeluarkan  dari  kotak  baja  dan  didinginkan menggunakan  air.  Material  yang  telah  di karburizing dilakukan uji SEM dan kekerasan, untuk  uji  Sem  terdapat  4  spesimen  dan  untuk uji  kekerasan  terdapat  5  spesimen,  dimana untuk uji kekerasan setiap spesimen dilakukan di 3 titik berbeda.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Pengujian Kekerasan Menggunakan Hardnes Vickers Portabe
Hasil uji kekerasan menggunakan hardnes vickers prtable dengan 5 spesimen uji di 3 titik berbeda. Dan disusun dalam bentuk dabel dan grafik berikut :
Tabel 3 : tabel hasil pengujian kekerasan baja st41.
Grafik 1 : Grafik Hasil pengujian kekerasan baja ST41.
Dari  hasil  pengujian  kekerasan  maka didapatlah  hasil  berupa  tabeldata  kekerasan dan  grafik  di  atas,  dimana  nilai  kekerasan tertinggi setelah dilakukannnya proses karburizing  pada  baja  St41  terdapat  pada campuran  komposisi  katalis  10% dengan  nilai kekerasan  498  Hv.  Campuran  komposisi katalis 10% dapat meningkatkan nilai kekerasan  baja  ST41  sebesar  250,7  %  dari nilai  kekerasan  raw  material.  Tingginya  nilai kekerasan  pada  komposisi  katalis  10% disebabkan  oleh  perbandingan  volume  antara karbon dan katalis di dalam kotak karburizing. Kotak  karburizing  hanya  dapat  di  isi  dengan volume  450gram.  Komposisi  katalis  10% hanya  mengandung  volume  karbon  sebesar 405 gram, Komposisi katalis 20% mengandung  volume  karbon  sebesar  360 gram,  komposisi  katalis  30%  mengandung volume  karbon  sebesar  315  gram,  dan komposisi  katalis  40%  mengandung  volume karbon  sebesar  270  gram.  Semakin  tingginya nilai  komposisi  katalis  akan  mengurangi  nilai kekerasan  material.  Karena  katalis  hanya berfungsi untuk mempercepat laju difusi atom
ke  dalam  baja,  dan  karbon  berfungsi  untuk meningkatkan nilai kekerasan pada material.

## 3.2 Hasil  Pengujian  SEM  (Scaning Electron Microscope)
Pada  pengujian  ini  spesimen  yang  di uji  berjumlah  4  buah  yaitu  terdiri  dari  baja ST41  yang telah di karburizing dengan variasi komposisi 10%, 20%, 30% dan 40%. Sehingga menghasilkan  gambar  struktur  mikro  sebagai berikut:

## 3.2.1 Foto  Hasil  Struktur  Mikro  Baja
ST41 Dengan Komposisi Katalis 10%
Gambar  1  :  Foto  Hasil  Struktur  Mikro  Baja ST41 Dengan Komposisi Katalis 10%
Struktur  mikro  dalam  baja  tergantung pada  kadar  karbon  di  dalamnya,  karbon merupakan suatu ikatan interstitial dalam besi dan  membentuk  suatu  larutan  padat,.pada Gambar  4.1  terlihat  fasa  bainit  lebih  dominan dari pada fasa ferit dan perlit. bainit dihasilkan dari  reaksi  eutectoid  non  lamellar,  sedangkan perlit terbentuk akibat campuran fasa ferit dan cementit (Fe3C). Bainit bawah ( Lower Bainit ) terbentuk pada temperatur 250-350 ⁰ C. Terbentuknya Bainit bawah disebebkan karena suhu  pembentukan  nya  yang  rendah,  dan memiliki  komposisi  katalis  yang  rendah
0 100 200 300 400 500 600 Raw M at erial 10 % 20 % 30 % 40 % stdev Nilai rata- rata (Hv) (Persentase katalis) Grafik nilai
sehingga  laju  difusi  atom  ke  dalam  baja  juga lambat.
3.2.2  Foto  Hasil  Struktur  Mikro  Baja
ST41 Dengan Komposisi Katalis 20%
Gambar 2 : Foto Hasil Struktur Mikro Baja ST41 Dengan Komposisi Katalis 20%
Pada  hasil  struktur  mikro  Baja  ST41 dengan komposisi katalis 20% fasa bainit lebih dominan  terlihat.  Pada  hasil  SEM  ini  juga terlihat  bintik-bintik  hitam  yang  merupakan inti  Fe3C.  Inti  Fe3C  akan  membentuk  perlit apabila  bercampur  dengan  fasa  ferit.  Skema pembentukan  lamellar  perlit  akan  terjadi apabila  inti  Fe3c  terbentuk  lempengan  dan tumbuh  bersama  ferit  (α)  yang  pengintiannya dimulai dari batas butirnya. Belum terbentuknya fasa perlit pada campuran katalis 20%  ini  menyebabkan  perbandingan  nilai kekerasan  yang  berbeda  dengan  komposisi katalis  10%.  Penurunan  nilai  kekerasan campuran  katalis  10%  ke  campuran  katalis 20% adalah 27,3%
3.2.3  Foto  Hasil  Struktur  Mikro  Baja ST41 Dengan Komposisi Katalis 30%
Gambar  3  :  Foto  Hasil  Struktur  Mikro  Baja ST41 Dengan Komposisi Katalis 30%.
Pada  hasil  SEM  baja  ST41  dengan komposisi  katalis  30%  terdapat  2  fasa  yaiu bainit dan ferit. Pada hasil SEM ini fasa bainit terlihat lebih dominan.
3.2.4  Foto  Hasil  Struktur  Mikro  Baja
ST41 Dengan Komposisi Katalis 40%
Gambar  4  :  Foto  Hasil  Struktur  Mikro  Baja ST41 Dengan Komposisi Katalis 40%
Pada  komposisi  katalis  40%  terjadi perbedaan  fasa,  dimana  bainit  atas  lebih dominan  dari  fasa  ferit,  timbulnya  fasa  bainit atas  di  sebabkan  oleh  laju  difusi  atom    yang masuk  ke  dalam  baja.  Perbedaan  antara  bainit atas dan bainit bawah di dasarkan pada karbida yang  terdistribusi  di  antara  daerah  ferit.  Laju difusi  karbon  selama  pembentukan  banit bawah  sangat  lambat  ,  sehingga  atom-atom tidak  dapat  bergerak  cukup  cepat  untuk
menghindari
terjebaknya di dalam pertumbuhan  ferit,  sementara  pada  komposisi katalis  40%  laju  difusi  atom  sangat  cepat karena tingginya persentase Katalis, laju difusi atom  inilah  yang  menyebabkkan  terbentuknya fasa bainit atas.

## 4. SIMPULAN
Spesimen  uji  baja  karbon  St41  yang  diberi perlakuan  karburizing  dengan  komposisi katalis 10%  dapat menaikan nilai kekerasan hingga  250,7%  dari  nilai  kekerasan  raw material. Penambahan katalis 20%, 30%, dan 40%  tidak  memberikan  pengaruh  yang signifikan terhadap nilai kekerasan baja St41 karena  katalis  hanya  berfungsi  untuk mempercepat laju difusi atom ke dalam baja. Dengan  semakin  bertambahnya  persentase katalis  di  dalam  kotak  karburizing    hanya akan  mengurangi  volume  karbon  di  dalam kotak karburizing.
Fasa  bainit  terlihat  lebih  dominan  pada bagian    permukaan  baja  karbon  St41  yang telah  di  karburizing  dengan  variasi  katalis 10%  20%  30%  dan  40%.  Pada  komposisi katalis  10% terdapat fasa  perlit,  dimana fasa perlit  tersebut  terbentuk  karena  campuran antara  fasa  ferit  dan  sementit.  Campuran antara  kedua  fasa  inilah  yang  menyebabkan kenaikan  yang  signifikan  pada  campuran katalis 10%.

## DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2015. Penomoran Baja StrukturalMenurut DIN 17100. http://teknikmesinmanufaktur.blogsp ot.co.id/2015/02/Penomoran-baja-
struktural-culture,June 2003
Darmanto.  2006  .  Pengaruh  Holding  Time Terhadap  Sifat  Kekerasan  Dengan Refining  The  Core  Pada  Proses Carburizing  Material  Baja  Karbon Rendah.
http://jurnal.unimus.ac.id/index.php/j tm/article/view/595/647 Djafrie 1983. Metalurgi Mekanik, Terjemahan dari Mechanical Metallurgy, Erlangga Jakarta.
Djaprie,  S.,  1983,  Ilmu  dan  Teknologi  Bahan. Erlangga, Jakrta.
Eko,  J.A.,  2006.Pengaruh  Media  Karburasi dan  Bahan  Kimia  Aktif  Terhadap Kekerasan Cangkul,  skripsi S1 teknik mesin FT,UNS, Surakarta.
Faqih  Hidayatulloh.  2005.  Pengaru  Ketebalan
Media  Karburasi  Pada  Proses  Pack Carburizing Terhadap Nilai Kekerasan  Baja  Karbon  Rendah Ditelusuri 3 Desember 2017.
https://divpenhmtmulm.files.wordpre ss.com/2017/01/faqih-h-h1f113201.
Jensen  dan  Chenoweth.  1992,    Kekuatan Bahan Terapan. Erlangga. Jakarta.
Lathkin,  Y.  1965.  Enginering  Physical
Metallurgy, Foreign Languange Publishing House. Moscow.
Malau,  V.  1999  Pengetahuan  Bahan  Teknik dan  Manufaktur.  Universitas  Sanata
Dharma,  Diktat  Bahan  S1;p  17.
Yogyakarta
Masyrukan  ,  2006.    Penelitian  Sifat  Fisis  Dan
Mekanis Baja Karbon Rendah Akibat Pengaruh Proses pengorbanan Dari  Arang  Kayu  Jati.  Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Muhammad  Iqbal.  Pengaruh  Temperatur
Terhadap  Sifat  Mekanis  Pada  Proses
Pengkarbonan  Padat  Baja  Karbon Rendah.  Ditelusuri  4  Desember 2017.
https://media.neliti.com/media/public ations/221797-pengaruh-temperatur- terhadap-sifat-mekan.pdf Muhammad  Sadat  Hamzah.  Peningkatan Ketahanan Aus Baja Karbon Rendah Dengan Metode Carburizing. Ditelusuri 4 Desember 2017. https://media.neliti.com/media/public ations/222254-peningkatan- ketahanan-aus-baja-karbon-re.pdf Murdani,  A.  Nurcahyat.Viyus,  Sujatmiko,  A. 2012 Modul Ajar PraktekUjiBahanTeknik, PoliteknikNegri Malang: Malang Murtiono  Arief.  Pengaruh  Quenching  Dan Tempering  Terhadap  Kekerasan  dan Kekuatan  Tarik  Serta struktur  Mikro Baja  Karbon  Sedaang  Untuk  Mata Pisau  pemanen  sawit.  Ditelusuri  3 Desember 2017.
http://jurnal.usus.ac.id/index.php/edinamis/arti cle/download/2635/1334. Shackelford  James,  1996.  Introduction  to materials  Science  for  Engineers, Fourth edition, Prentice Hall International Inc. Schonmetz A. Dan Gruber K. 1994. Pengetahuan Bahan dalam Pengerjaan Logam (Alih Bahasa : Dip-Ing. Eddy D Hardjapamekas).Bandung: Penerbit Angkasa.
Yudiono,  H.  2005,  Metalurgi  Fisik.  Diktat.
Semarang:  Jurusan  Teknik  Mesin.
UNWAHAS.