DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.44 Vol.1, No. 2, Desember 2021, Hal. 193-200 p-ISSN:2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN:2808-1366
Efek Waktu Tahan Pack Carburizing Terhadap Kekerasan dan Keausan Nosel Imitasi Truk Barang
Sigit Gunawan *1
1 Teknik Mesin, Fakultas Vokasi, Institut Teknologi Nasional Yogyakarta, Indonesia E-mail: 1 gunruscit@gmail.com

## Abstrak
Penelitian  ini  dimaksudkan  untuk  mengetahui  efek  waktu  tahan pack  carburizing terhadap  kekerasan  dan keausan nosel imitasi truk barang. Variabel penelitian adalah waktu tahan carburizing . Variasi waktu tahan 90, 120,  150,  180  dan  210  menit.  Proses pack  carburizing dilakukan dengan  menggunakan media  karburasi  arang tempurung kelapa dan ditambahkan barium karbonat. Metode penelitian ini adalah eksperimen melalui pengujian laboratorium  dengan  menggunakan  proses pack  carburizing .  Nosel  kemudian  dibuat  spesimen  untuk  uji kekerasan, uji keausan dan uji struktur mikro. Spesimen dibuat dalam dua kondisi yaitu kondisi raw material dan kondisi  dengan  perlakuan pack carburizing. Proses pack carburizing dilakukan  dengan memanaskan  spesimen uji  di  dalam  kotak  tanah  liat  yang  telah  diisi  campuran  media pack carburizing dan  barium  karbonat  (BaCO 3 ) pada  suhu  900 o C  dengan  variasi holding  time 90,  120,  150,  180  dan  210  menit,  kemudian  spesimen  diberi perlakuan quenching dengan cara mencelupkan ke dalam media pendingin berupa oli sampai suhu kamar. Tahap selanjutnya  dilakukan  pengujian  kekerasan,  keausan  dan  struktur  mikro.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa kenaikan waktu tahan menyebabkan kekerasan dan keausan cenderung meningkat. Kekerasan rata-rata tertinggi 975,4  VHN  pada  waktu  tahan  210  menit,  dan  ketahanan  aus  tertinggi  9,41701E-09  mm 2 /kg  pada  waktu  tahan 150  menit . Dengan  proses pack  carburizing kandungan  C  meningkat  sehingga  merangsang  terbentuknya martensit dan karbida chrom seiring lamanya waktu tahan.
Kata kunci : Karburising, Keausan, Kekerasan, Waktu Tahan

## Abstract
This research was intended to determine the effect of pack carburizing holding time through the hardness and wear  of  the  imitation  truck  nozzle.  The  research  variable  is  the  carburizing  holding  time.  The  variation  of holding time are 90, 120, 150, 180 and 210 minutes. The pack carburizing process is carried out using coconut shell  charcoal  carburizing  media  and  added  the  barium  carbonate.  This  research  method  is  an  experiment through laboratory testing using the pack carburizing process. The nozzle is made into a specimen for hardness test, wear test and microstructure test. Specimens were made in two conditions, namely raw material conditions and conditions with pack carburizing treatment. The pack carburizing process is carried out by heating the test specimen  in  a  clay  box  that  has  been  filled  with  a  mixture  of  pack  carburizing  media  and  barium  carbonate (BaCO 3 ) at a temperature of 900ºC with holding time variations of 90, 120, 150, 180 and 210 minutes, then the specimen  is  quenched by  dipping  into  the  cooling  medium  in  the  form  of  oil  until  room  temperature.  The  next stage is testing for hardness, wear and microstructure. The results showed that the increase in the holding time caused the hardness and wear to tend to increase. The highest average hardness is 975.4 VHN at a holding time of 210 minutes, and the highest wear resistance is 9.41701E-09 mm²/kg at a holding time of 150 minutes. With the  pack  carburizing  process,  the  C  content  increases,  it  stimulates  the  formation  of  martensite  and  chrome carbide as long as the holding time.
Keywords : Carburizing, Hardness, Holding Time, Wear

## 1. PENDAHULUAN
Mesin  diesel  mengalami  banyak  inovasi  sejak  diperkenalkan  pertama  kali  pada  tahun  1892  di Jerman  oleh  Rudolf  Diesel.  Berbagai  riset  dan  penelitian  memberikan  perkembangan  yang  cukup signifikan  terutama  pada  tingkat  konsumsi  bahan  bakar,  efisiensi  struktur  dan  komponen  mekanis, hingga  penggunaan  bahan bakar  yang lebih ramah  lingkungan.  Kenyataan di  lapangan  menunjukkan
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.44 Vol.1, No. 2, Desember 2021, Hal. 193-200 p-ISSN:2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN:2808-1366
bahwa kegagalan komponen mesin disebabkan oleh kerusakan pada permukaan berupa keausan, retak maupun  korosi.  Keausan  didefinisikan  sebagai  kerusakan  pada  permukaan  material  padat  yang diakibatkan oleh pengurangan atau perpindahan material melalui aksi mekanis dari material lain baik padat, cair atau gas yang bersentuhan dengannya (ASM Handbook, 1990 ) . Keausan merupakan faktor penting  dalam  mengurangi  fungsi  permesinan  termasuk  membatasi  usia  pemakaian.  Hal  ini mengakibatkan peningkatan biaya maintenance .
Nosel merupakan salah satu komponen penting pada sistem bahan bakar mesin diesel. Nosel pada mesin diesel berfungsi sebagai pengatur masuknya bahan bakar ke dalam ruang bakar. Udara dari luar yang dikompresikan sampai tekanan tertentu, kemudian bahan bakar disemprotkan dalam udara yang bertekanan  dan  kecepatan  tinggi  sehingga  langsung  terjadi  pembakaran.  Material  untuk  membuat nosel  harus  mempunyai  ketahanan  aus  yang  cukup  tinggi.  Untuk  mendapatkan  sifat  yang  demikian, maka  bahan  perlu  diberikan  perlakuan  panas.  Pada  dasarnya  perlakuan  panas  adalah  proses memanaskan bahan sampai suhu tertentu dalam jangka waktu tertentu, kemudian didinginkan dengan metode  tertentu.  Salah  satu  cara  yang  dapat  dilakukan  untuk  meningkatkan  sifat-sifat  permukaan adalah  dengan  proses carburizing . Carburizing dapat  meningkatkan  kekerasan  permukaan  sehingga lebih tahan aus yang diikuti dengan peningkatan umur komponen.
Karburasi  atau Carburizing adalah  proses  pemberian  atau  penambahan  kandungan  karbon  yang lebih  banyak  pada  bagian  permukaan  dibanding  dengan  dinding  bagian  dalam,  sehingga  kekerasan permukaannya  lebih  meningkat.  Sedangkan  pada  bagian  dalamnya  diharapkan  masih  memiliki keuletan atau keliatan (Palallo, 1995).
Saputro,  dkk  (2019)  meneliti  mengenai  analisis  pengaruh holding  time terhadap  kekerasan  baja AISI  4140  dengan  metode pack  carburizing dengan  media  arang  bambu.  Hasil  penelitian menginformasikan  peningkatan  kekerasan  dengan  bertambahnya holding  time ,  nilai  kekerasan tertinggi diperoleh pada holding time 120 menit. Dwiyati, dkk (2019) telah meneliti pengaruh variasi holding time dan media quenching terhadap nilai kekerasan baja dengan kadar karbon 0,192 wt % dan diperoleh hasil bahwa semakin lama holding time maka kekerasan semakin naik. Rasid,  dkk  (2018)  telah  melakukan  penelitian  tentang  pengaruh  proses pack  carburizing menggunakan media batubara terhadap kekerasan pisau kuduk dan diperoleh hasil bahwa proses pack carburizing dengan  suhu  900ºC  dengan  variasi holding  time 90,  120,  dan  150  menit  diikuti  dengan media quenching oli bekas dapat meningkatkan kekerasan permukaan pisau kuduk yang berbahan baja karbon  sedang.  Sunardi,  dkk  (2013)  meneliti  tentang  pengaruh pack  carburizing dan  kekasaran permukaan terhadap umur fatik material poros baja S45C dan diperoleh kesimpulan bahwa perlakuan pack  carburizing memberikan  dampak  penurunan  terhadap  umur  lelahnya,  meskipun  terjadi peningkatan  kekerasan.  Adding  (2010)  menemukan  peningkatan  kekerasan  baja  yang  dikarburasi menggunakan kayu bakau pada suhu 900°C dengan waktu penahanan 5 jam yaitu 66 HRC, sedangkan baja yang dikarburasi lanjut quench pada suhu dan waktu penahanan yang sama yaitu 68,5 HRC. Kuswanto  (2010)  telah  meneliti  perlakuan pack  carburizing pada  baja  karbon  rendah  sebagai material alternatif untuk pisau potong pada penerapan teknologi tepat guna dan diperoleh hasil bahwa harga  kekerasan  naik  26%  dan  kedalaman  atom  karbon  yang  berhasil  berdifusi  juga  cukup  untuk kepentingan  teknik  yaitu  ±  1000  μm.  Hamzah  dan  Iqbal  (2008)  meneliti  mengenai  peningkatan ketahanan aus baja karbon rendah dengan metode carburizing . Hasil penelitian memperlihatkan bahwa semakin  tinggi  temperatur  proses carburizing akan  menghasilkan  ketahanan  aus  spesifik  yang  lebih baik  dan  pada  proses carburizing dengan  temperatur  950 o C  yang  dilanjutkan  dengan  proses pengerasan  pada  temperatur  840 o C  memberikan  peningkatan  ketahanan  aus  tertinggi  sebesar  83,6% dibandingkan dengan ketahanan aus raw material.
Penelitian ini mencoba untuk mengungkapkan efek waktu tahan carburizing terhadap kekerasan dan keausan nosel imitasi truk barang. Dengan demikian, hasil penelitian dapat memberikan informasi bagi industri untuk mengetahui kekerasan dan keausan bahan sebagai fungsi waktu tahan carburizing.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1. Bahan Penelitian
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.44 Vol.1, No. 2, Desember 2021, Hal. 193-200 p-ISSN:2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN:2808-1366
Bahan  penelitian  yang  digunakan  adalah  nosel  imitasi  truk  barang.  Komposisi  kimia  yang terkandung di dalamnya adalah 94,848% Fe, 0,028% S, 0,206% C, 1,982% Ni, 0,203% Si, 1,849% Cr, 0,542%  Mn,  0,059%  Mo,  dan  0,019%  P  termasuk  baja  karbon  rendah.  Media caburizing yang digunakan  yaitu  arang  tempurung  kelapa  dan energizer barium  karbonat.  Nosel  kemudian  dibuat spesimen untuk uji kekerasan, uji keausan dan uji struktur mikro. Spesimen dibuat dalam dua kondisi yaitu kondisi raw material dan kondisi dengan perlakuan pack carburizing. Proses pack carburizing dilakukan  dengan  memanaskan  spesimen  uji  di  dalam  kotak  tanah  liat yang  telah  diisi  campuran  media pack carburizing dan  barium  karbonat  (BaCO 3 )  pada  suhu  900 o C dengan  variasi holding  time 90,  120,  150,  180  dan  210  menit,  kemudian  spesimen  diberi  perlakuan quenching dengan cara mencelupkan ke dalam media pendingin berupa oli sampai suhu kamar.

## 2.2. Alat yang digunakan
a. Furnace / oven merk Nabertherm tipe L3/12/C6.
b. Mesin uji kekerasan micro vickers merk micromet.
c. Mikroskop optik model PME3-313UN, merk Olympus dengan kemampuan perbesaran 100, 200, 500, dan 1000 kali.
d. Alat uji keausan merk Ogoshi High Speed Universal Wear Testing Machine tipe OAT-U.
e. Kotak karburasi.
f. Alat pemotong logam.
g. Kertas amplas, autosol, dan larutan etsaBahan.

## 2.3. Pelaksanaan Penelitian
Diagram alir penelitian sebagai tahap kegiatan ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode kekerasan micro vickers dengan beban indentasi 200 gr. Penetrator piramid intan ditekankan kepermukaan yang akan diukur kemudian dicari panjang diagonal  rata-ratanya.  Sebelumnya  permukaan  spesimen  dihaluskan  dengan  kertas  amplas  no.  120,
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.44 Vol.1, No. 2, Desember 2021, Hal. 193-200 p-ISSN:2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN:2808-1366
200, 400, 600, dan 1000. Selanjutnya dilakukan lagi penghalusan menggunakan autosol sampai bekas goresan-goresan hilang.
Pengujian  keausan  dilakukan  dengan  cara  menggesekkan  piringan  berputar  terhadap  spesimen. Pengujian keausan dilakukan dengan mesin uji Ogoshi High Speed Universal Wear Testing Machine Tipe OAT-U. Pengujian keausan mengacu pada metode Reiken Ogoshi dengan lebar piringan pengaus 3  mm,  jari-jari  pengaus  14,4  mm,  beban  tekan  pada  pengaus  2,21  kg,  jarak  tempuh  selama  proses pengausan 100 m dengan waktu pengausan 41 detik. Lebar keausan pada permukaan spesimen diukur dengan bantuan miskroskop optik.
Struktur  mikro  diamati  dengan  miskroskop  optik  perbesaran  200  kali.  Sebelumnya permukaan  spesimen  dihaluskan  dengan  amplas  no.  120,  200,  400,  600,  dan  1000.  Setelah permukaan  halus,  dilakukan  lagi  penghalusan  menggunakan  autosol  sampai  permukaan menjadi mengkilat, kemudian dietsa dengan larutan etsa (HNO 3 + Etanol).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan antara waktu tahan pack carburizing dan kekerasan diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Grafik hubungan antara waktu tahan pack carburizing dan kekerasan
Gambar 2 memperlihatkan bahwa nilai kekerasan rata-rata tertinggi adalah 975,4 VHN diperoleh pada  spesimen  yang  mendapat  perlakuan pack  carburizing dengan  waktu  tahan  210  menit.  Hal  ini disebabkan  oleh  terbentuknya  struktur  martensit  dan  karbida  chrom  yang  cukup  mendominasi  dan merata di permukan bahan. Kekerasan rata-rata terendah adalah 671,6 VHN diperoleh pada spesimen raw  material .  Secara  umum  terlihat  bahwa  semakin  lama  waktu  tahan  menyebabkan  kekerasan permukaan  bahan  semakin  meningkat,  karena  semakin  banyak  martensit  dan  karbida  chrom  yang terbentuk.
Hubungan antara waktu tahan pack carburizing dan keausan ditunjukkan pada Gambar 3.
Keterangan: dikali 10 -8
Gambar 3. Grafik hubungan antara waktu tahan pack carburizing dan keausan
Gambar 3 menunjukkan keausan dari spesimen raw material dan spesimen yang telah mendapat proses pack  carburizing dengan  variasi  waktu  tahan pack  carburizing .  Hasil  uji  keausan memperlihatkan  bahwa  keausan  tertinggi  diperoleh  pada  spesimen  bahan  asal,  yaitu  3,614  x  10 -8 mm 2 /kg. Hasil uji keausan setelah mendapat perlakuan pack carburizing menunjukkan bahwa terjadi penurunan  laju  keausan  dibanding  dengan raw  material .  Spesimen  yang  diberi  perlakuan pack carburizing dengan  waktu  tahan  150  menit  memiliki  keausan  terkecil  yaitu  0,942  x  10 -8 mm 2 /kg dibanding dengan semua proses pack carburizing . Waktu tahan 180 menit dan waktu tahan lebih lama
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.44 Vol.1, No. 2, Desember 2021, Hal. 193-200
p-ISSN:2808-148X
https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN:2808-1366
(210  menit)  terjadi  peningkatan  keausan  yang  dapat  dipengaruhi  oleh  terjadinya over  heating , sehingga semakin banyak struktur martensit yang terbentuk yang  menyebabkan bahan menjadi getas sehingga ketahanan ausnya berkurang.
Gambar  4  memperlihatkan  hasil  pengujian  struktur  mikro.  Hasil  pengujian  foto  mikro menginformasikan bahwa struktur mikro bahan asal adalah ferit dan perlit. Ferit merupakan unsur besi murni berwarna terang dan cenderung lebih halus dan lunak. Perlit berwarna lebih gelap, lebih kasar dan  lebih  keras  karena  lebih  banyak  mengandung  karbon.  Dari  bentuk  kristal  yang  seragam,  maka diperkirakan  bahan raw  material tidak  mendapatkan  perlakuan  panas  sebelumnya.  Proses pack carburizing dengan  waktu  tahan  90  menit  terlihat  masuknya  unsur  C  dan  membentuk  martensit. Struktur mikronya adalah martensit, ferit, perlit dan sedikit karbida chrom. Tingkat kekerasanya cukup tinggi,  karena  terbentuknya  struktur  martensit.  Pada  foto  mikro  waktu  tahan  120  menit  struktur mikronya adalah martensit, ferit, perlit dengan karbida chrom yang belum banyak. Terlihat masuknya unsur C semakin banyak. Spesimen yang mendapat perlakuan pack carburizing waktu tahan 150 menit struktur  mikronya  masih  berisi  martensit,  ferit,  perlit  dan  karbida  chrom  mulai  terlihat  dominan. Perlakuan pack carburizing dengan  waktu  ahan  180  menit  terlihat  penetrasi  unsur  C  semakin  dalam dan  menghasilkan  striktur  mikro  martensit,  ferit  dan  perlit  dengan  karbida  chrom  cukup  banyak. Struktur  mikro  spesimen  yang  mendapat  perlakuan pack  carburizing dengan  waktu  tahan  210  menit terlihat unsur C semakin banyak dan semakin dalam. Struktur mikro berisi martensit, ferit, perlit dan didominasi oleh karbida chrom pada permukaan benda secara merata. Hal ini menyebabkan kekerasan cenderung naik.
a). Raw material b). Spesimen dengan HT. 90 menit
c). Spesimen dengan HT. 120 menit
d). Spesimen dengan HT. 150 menit
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.44 Vol.1, No. 2, Desember 2021, Hal. 193-200 p-ISSN:2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN:2808-1366
e). Spesimen dengan HT. 180 menit f). Spesimen dengan HT. 210 menit Gambar 4. Hasil pengujian struktur mikro

## 4. KESIMPULAN
Kekerasan raw  material adalah  671,6  VHN.  Hasil  uji  kekerasan  setelah  diberi  perlakuan pack carburizing menunjukkan bahwa kekerasan rata-rata tertinggi 975,4 VHN diperoleh pada waktu tahan 210 menit dan kekerasan rata-rata terendah diperoleh pada waktu tahan 150 menit, yaitu 882,5 VHN. Kenaikan waktu tahan menyebabkan kekerasan meningkat.
Ketahanan  aus  tertinggi  9,41701E-09  mm 2 /kg  diperoleh  pada  waktu  tahan  150  menit . Waktu tahan  210  menit  telah  terjadi over  heating yang  menyebabkan  bahan  menjadi  getas  ditandai  dengan naiknya laju keausan bahan. Kenaikan waktu tahan menyebabkan keausan cenderung meningkat.
Hasil  uji  struktur  mikro  memperlihatkan  bahwa  struktur  mikro raw  material adalah  ferit  dan perlit.  Butiran  ferit  berbentuk  serpih  tidak  terlalu  besar  sehingga  harga  kekerasan  cukup  tinggi walaupun kadar karbon rendah. Hal ini disebabkan karena kadar unsur chrom dan nikel cukup tinggi. Seiring naiknya waktu tahan proses pack carburizing menyebabkan kandungan C meningkat sehingga merangsang terbentunya struktur martensit dan karbida chrom.

## DAFTAR PUSTAKA
Adding,  F.A.,  (2010). Pengaruh  Temperatur  dan  Waktu  Penahanan  Pada  Proses  Karburasi  Padat Baja Karbon Renda. UNHAS, Makasar.
ASM Handbook, (1990). Failure Analysis and Prevention . Vol. 11, ASM International, Material Park, Ohio.
Dwiyati,  S.T.,  Hutomo,  B.P.,  dan  Budhi,  F.,  (2019). Pengaruh  Variasi  Holding  Time  dan  Media Quenching Terhadap Nilai Kekerasan Baja Dengan Kadar Karbon 0,192 wt% . Jurnal Konversi Energi dan Manufaktur, UNJ, Edisi Terbit I.
Hamzah,  S.M.,  dan  Iqbal,  M.,  (2008). Peningkatan  Ketahanan  Aus  Baja  Karbon  Rendah  Dengan Metode Carburizing . Jurnal SMARTek, Vol. 6, pp. 169-175.
Kuswanto,  B.,  (2010). Perlakuan  Pack  Carburizing  Pada  Baja  Karbon  Rendah  Sebagai  Material Alternatif  Untuk  Pisau  Potong  Pada  Penerapan  Teknologi  Tepat  Guna .  Prosiding  Seminar Nasional Sains dan Teknologi, Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang.
Palallo, F., (1995). Perlakuan Panas Logam , PPPG Teknologi Bandung.
Rasid,  M.,  Zainuddin,  dan  Kurniawan  M.  G.  R.,  (2018). Pengaruh  Proses  Pack  Carburizing Menggunakan Media Batubara Terhadap Kekerasan Pisau Kuduk Khas Daerah Kedung Agung Lahat . Jurnal Austenit, Vol. 10, No. 2.
Saputro,  D.,  Setiadi,  G.,  dan  Wibowo,  S.,  (2019). Analisis  Pengaruh  Waktu  Tahan  Terhadap Kekerasan  Baja  AISI  4140  Dengan  Metode  Karburizing. Jurnal  Ilmiah  Teknik  Mesin,  Vol.  7, No. 1, Universitas Islam 45 Bekasi.
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.44 Vol.1, No. 2, Desember 2021, Hal. 193-200 p-ISSN:2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin
Sukoco, dan Arifin, Z., (2008). Teknologi Motor Disel , Alfabeta, Bandung.
Sunardi,  Lusiani,  R.,  Fitra,  O.A.,  (2013). Pengaruh  Pack  Carburizing  dan  Kekasaran  Permukaan Terhadap Umur Fatik Material Poros Baja S45C . Jurnal Foundry, Vol. 3, pp. 7-12.
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.44 Vol.1, No. 2, Desember 2021, Hal. 193-200 p-ISSN:2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN:2808-1366

## Halaman Ini Dikosongkan