## MEKANIKA : JURNAL TEKNIK MESIN

## ANALISA PENGARUH VARIASI TEMPERATUR PEMANASAN DAN MEDIA PENDINGIN PADA PROSES CARBURIZING TERHADAP PENGUJIAN KEKERASAN DAN MIKRO STRUKTUR PADA BAJA KARBON RENDAH
Edi Santoso, Ninik Martini, I Made Kastiawan, R. Dany Kusuma Dwi Putranta Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya Jalan Semolowaru No. 45 Surabaya 60118, Tel. 031-5931800, Indonesia email:edisantoso@untag-sby.ac.id

## ABSTRAK
Baja  paling  sering  digunakan  sebagai  bahan  industri,  yang  merupakan  sumber  yang sangat  besar.  Untuk  mendapatkan  jenis  material  dengan  sifat-sifat  yang  diinginkan,  dapat dilakukan dengan cara post-treating material dengan teknik yang diinginkan. Salah satu cara untuk mengubah sifat-sifat baja karbon adalah dengan proses pack carburizing.
Tujuan dari penelitian ini ialah supaya mengetahui pengaruh fluktuasi suhu dan media pendingin terhadap struktur mikro dan kekerasan baja mentah ST-41. Sumber karbon aktif yang digunakan  dalam  penelitian ini  adalah  serbuk  halus tempurung  kelapa  dan  Na2CO3  sebagai energizer  dengan  masing-masing  90%  karbon  aktif  dan  10%  energizer.  Pada  penelitian  ini penulis menggunakan  pendingin oli SAE 40, air, dan air garam dengan variasi  suhu  850°C, 900°C, dan 950°C untuk meningkatkan kekerasan dari perubahan suhu dan pendingin. Juga, gunakan holding time atau waktu tahan  selama  45 menit.
Hasil  pengujian  kekerasan  logam  dasar  adalah  33,65HRC,  dan  nilai  kekerasan maksimum adalah 52,25HRC pada  ayunan suhu 950 ° C menggunakan media pendingin air garam yaitu sebesar 52,25 HRC. Hasil pengujian mikrostruktur substrat  adalah ferit dan perlit, tetapi struktur mikro material setelah proses pack carburizing adalah sama yaitu ferit dan perlit.
Kata  kunci  :  Pack  carburizing,  temperatur,  media  pendingin,  uji  kekerasan  dan  uji struktur mikro.

## ABSTRACT
Steel is most often used as an industrial material, which is a very large source. To get the type of material with the desired properties, it can be  done by post-treating the material with  the  desired  technique.  One  way  to  change  the  properties  of  carbon  steel  is  the  pack carburizing  process.
The purpose of this study was to determine the effect of temperature fluctuations and cooling  media  on  the  microstructure  and  hardness  of  ST-41  raw  steel.  The  source  of activated carbon used in this study was coconut shell fine powder and Na2CO3 as an energizer with 90% activated carbon and 10% energizer respectively. In this study, the authors used SAE 40 oil cooler, water, and salt water with temperature variations of 850°C,
Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya Volume 8 No. 1 (202 2 ) ISSN: 2460-3384 (p); 2686-3693 (e)
900°C, and 950°C to increase the hardness of temperature changes and coolant. Also, use a holding time of 45 minutes.
The results of the basic metal hardness test are 33.65 HRC, and the maximum hardness value is 52.25 HRC at a temperature swing of 950 °C using salt water cooling media, which is 52.25 HRC. The results of the microstructure test of the substrate are ferrite and pearlite, but the microstructure of the material after the pack carburizing process is the same, namely ferrite and pearlite.
Keywords : Pack carburizing, temperature, cooling media, hardness test  and microstructure test.

## PENDAHULUAN
Bidang  modern  akan  bergantung terhadap  penggunaan  material.  Misalnya, penggunaan  baja  pada  bagian  mesin  serta pengembangannya.  Hal  ini  menunjukkan bahwa material memegang peranan penting dalam  kemajuan  teknologi  serta  kehidupan manusia saat ini. Baja karbon membutuhkan  siklus  perawatan  untuk mengubah sifat mekanik dan sebenarnya dari baja sehingga dapat digunakan dengan baik saat  dibutuhkan.  Selain  itu,  baja  karbon perlu  diadaptasi  serta  pengembangan lebih lanjut  supaya  sifatnya  seperti  kekerasan permukaan  serta  perlindungan  keausan terhadap perkaratan atau korosi.
Untuk  memperlihatkan  kenyataan tersebut,  bisa  dimaklumi  sumber  daya manusia perlu lebih imajinatif serta berguna agar  dapat  memberikan  elemen  yang  lebih fluktuatif.  Prinsip  ekonomi  adalah  "itu bekerja  dengan  cara  yang  sesuai  dengan aplikasi  Anda, bahkan jika itu murah."
Banyak  grade  baja  tersedia  untuk memenuhi kebutuhan desain  dan permesinan lokal. Dalam aplikasi struktural, baja karbon banyak digunakan dalam aplikasi struktural. Di  bidang  permesinan,  baja  karbon  banyak digunakan sebagai bahan untuk suku cadang dan poros.
Banyak dalam aplikasi, ketangguhan atau  keuletan  diharapkan,  terlepas  dari ketahanan  aus.  Penting  untuk  menyetel sistem  pengerasan  ke  baja  tertentu  melalui berbagai  perlakuan  panas  untuk  mencapai kisaran      ekspansi     kekerasan yang diinginkan,  ketahanan  aus,  dan  zona perantara yang tangguh dan ulet.
Penelitian  ini  bertujuan  supaya mengetahui  hasil  dari  pemrosesan packing carburizing raw material ST-41 ditinjau  dari kekerasan  permukaan  dan struktur  mikro  pada  berbagai  variasi temperatur dan media pendingin menggunakan waktu tahan atau holding time selama  45 menit.
Ada  beberapa  macam  cara  supaya meningkatkan  kekerasan  permukaan  baja. Artinya,  menambahkan  komponen  karbon. Komponen karbon dipanaskan sampai suhu (850  -  1000  °C)  serta  penahan  disuhu  ini supaya  mempunyai  jangka  waktu  .Disiklus ini  menempatkan  ketebalan  carbon  tertentu didalam material. Untuk beberapa perubahan  sifat  baja  yang  dapat  dilakukan pada  proses  perlakuan  panas,  seperti  baja karbon,  sangat  tepat  untuk  menganalisis hasil proses perlakuan pemanasan pada baja carbon  dan  melakukan  penelitian  supaya ditentukannya.  Agar  sifat  fisik  serta mekanik.
Baja  adalah  bahan  yang  paling populer  dikalangan  industri  ialah  sumber yang berharga, dan ditentukan nilai ekonomi,  tapi  terutama  karena  sifat  yang berbeda, yaitu bahan - bahan ini  adalah yang paling banyak, memiliki sifat yang berbeda, dari  yang  paling  lembut  dan  paling mudah untuk  diproduksi.  untuk  pembuatan  yang paling  mudah.  Bahan  yang  tahan  lama  dan keras  dapat  dicetak  ke  dalam  bentuk  apa pun.
Baja  merupakan material yang dapat memenuhi beberapa kebutuhan manufaktur  yang dapat  didesain  sesuai dengan  kemampuan  baja  tersebut.  Dilihat  dari kandungan  karbonnya,  baja  yang  mengandung carbon  sedang  (0,3%  -  0,5%  C)  baja  carbon rendah  (rendah  karbon)
dapat dikelompokkan. Ini menggunakan proses perlakuan panas untuk
memproses sifat  fisik  atau  mekanik  teknis material.
Tabel 1. Kandungan yang terdapat didalam unsur baja ST-41
Karburasi  adalah  proses  perlakuan pemanasan  dengan cara  mendiifusikan atom  carbon  ke  permukaannya  logam dengan  kandungan  karbon  rendah  pada logam  dasar.  Sumber  medium karbon sendiri  dapat  diperoleh  dari  limbah  alam yang banyak tersedia di sekitar kita, seperti arang, arang sekam padi, dan sabut kelapa.
Didalam pemrosesan pack karburasi,  sebagai  media  karburasi  ialah arang  menghasilkan  gas  CO  yang  sangat lambat, maka didalam  praktik menggunakan katalis atau energyzer ialah berupa beberapa bahan kimia sebagai berikut : BaCO3, BaCl, K4Fe (CN) 6, Na2CO3 (Masyrukan, 2006) .
Dalam  kandungan  carbon ditiap jenis  –  jenisnya  raw  material  yang dipergunakan  membuat  karbon  berbeda- beda.  Jadi  makin  tinggi  kandungannya carbon  dari  bahan  carbon,  maka  semakin baik pula pengenalan karbon ke permukaan baja.
seragam. Ada dua cara  atom  padat berdifusi menjadi  logam  dasar.  Mengekspos  atom padat  kecil  ke  ruang  kosong  antar  atom logam  dasar  ini  sebut  difusi  intrusif.  Jika Anda  mencoba  untuk  mendifusikan  atom besar  menjadi  logam  tidak  mulia,  itu  akan menjadi  terlalu  besar  supaya  terisi  ruang kosong.  Didalam  hal  tersebut,  difusi substitusi  akan  terjadi.  Didalam  atom berdensitas  tinggi  menemukan  caranya terendiri  supaya  tertemukan  dan  mengisi kekosongan  diatom  logam  induk  tersebut. Kekosongan didalam atom ialah penempatan  untuk  mengisi  atom,  tetapi tidak ada atom di tempat itu.
Jika  anda  ingin  menyembuhkan paduan  seperti  baja  karbon  rendah  yang dikeraskan dengan pendinginan, Anda dapat menambahkan elemen paduan ke permukaan yang dikeraskan dengan menerapkan perlakuan difusi.
Difusi  ialah  pergerakan spontan atom serta molekul didalam  sesuatu material dan  akan  lebih  menjaga  komposisinya keseluruhannya  akan  tetap
Gambar  1. Proses  Pendifusian  Karbon
Didalam   pendinginan   yang   biasa diperuntukkan mendinginkan sampel didalam pemrosesan pengerasan baja adalah (udara,  air,  serta  oli ). Hal ini karena media
pendinginan  diperuntukkan  mencapai  hasil yang  diharapkan.  (minyak  SAE  40,  air,  air garam)  Untuk  memperbaiki  sifat  baja  yang digunakan, peneliti menggunakan perlakuan panas pendinginan dengan media pendingin minyak SAE 40 dan air.
Fasa  didefinisikan  sebagai  domain logam homogen yang dipisahkan secara fisik dan mekanis. Kedua fasa dikatakan berbeda jika  memiliki  morfologi  fisik  yang  berbeda (padat,  cair,  gas),  atau jika  memiliki morfologi fisik yang sama tetapi komposisi dan  struktur  kristalnya  berbeda.  Jika kombinasi  dan  struktur  kedua  fasa  sama tetapi  sifat  kemagnetannya  berbeda,  maka kedua  fasa  tersebut  berbeda.  Transisi  fase adalah  perubahan  fase  atau  perubahan  dari fase awal ke fase baru.
Karburasi  ialah  pemanasan  baja  di dalam  ruang  berkarbon.  Ditemperatur  kritis atau  austenit,  baja  bisa  melarutkan  2,08% carbon.  Carbon  akan  diserap  oleh  logam yang membentuk struktur baja yang kokoh, dan kandungan karbon  pada  lapisan luarnya tinggi. Dengan asumsi ini tetap untuk waktu yang  lama,  karbon  dapat berdifusi  lebih. Untuk  tebal  lapisan  tergantung  pada intensitas suhu serta waktu.
Gambar  2. Mekanis  Pack  Karburasi
Sesudah     pemrosesan     pemanasan sampel dilakukan
pemeriksaan
mikrostruktur  sampel  dengan  tujuan  untuk mengetahui  perubahan struktur  mikro sampel setelah membentuk  kedalaman kasus yang diperoleh melalui proses pemanasan.
Gambar 3. Pembesaran Obyek Mikrostruktur
Kemudian  dilakukan  uji  kekerasan supaya  bisa  mengetahui  hasil  yang  telah dilakukan penelitian nilai kekerasan disampel ujinya. Jika ada dua  titik pengujian kekerasan: permukaan dan  inti.
Gambar 4. Metode Pengujian Kekerasan Rockwell

## Proses Pack Carburizing
Metode  yang  digunakan  didalam pengujian  saya  kali  ini  ialah  metode karburasi  yang  padat  (pack  carburizing methody).  Yang  digunakan  ialah  serbuk arang tempurung kelapa halus.
Natrium  karbonat  akan  di  campur dengan  komposisi  10%  dari  berat  karbon. Specimen  dimasukkan  kedalam  kotak sementasi  yang  sudah  di  tambahkan campuran  dari  energizer  dan  serbuk  arang tempurung kelapa halus.
Sesudah  itu  kotak sementasinya akan  masuk  didalam  tungku  pemanasan yang variasi suhunya  850°C, 900°C, 950°C menggunakan  pendinginan  oli  SAE  40,  air, dan air garam.

## PROSEDUR PENELITIAN
Prosedur  penelitian  akan  dimulai dengan studi  literatur  dan akan  diakhiri
dengan  penarikan  kesimpulan.  Prosedur penelitian  pada  penelitian  ini  secara  lebih lengkapnya akan dijelaskan dalam Gambar 4 dibawah ini :
Gambar 4. Diagram Prosedur Pengujian

## HASIL DAN PEMBAHASAN Uji kekerasan
Dalam penelitian ini pengujian kekerasan menggunakan metode kekerasan Rockwell, dimana dalam pengukuran kekerasan dilakukan dengan memberi pembebanan sebesar 100 major selama 15 detik dengan 3 titik pengukuran dari  tepi menuju tengah dengan jarak 5 mm. Hasil pengukuran menggunakan metode kekerasan
Rockwell pada  penelitian  ini  ditunjukkan  di tabel sebagai berikut :
Variasi Temperatur dan Media Pendingin Spesimen Nilai / Titik Uji (HRC) Rata-rata Tiap Spesimen 1 2 3 Tanpa Perlakuan 1 33 33,1 33,2 33,1 2 33,8 34,3 34 34,03 3 33,7 34 33,8 33,83 Nilai Rata-rata ( 𝒙 ̃ ) 33,65 850 ° C Air 1 33,1 34,3 45,3 37,56 2 33,3 34,4 44,4 37,36 3 34,3 35,2 45,4 38,3 Nilai Rata-rata ( 𝒙 ̃ ) 37,74 900 ° C Air 1 34,2 36,4 49,7 40,1 2 34 48,5 48,7 40,4 3 34,7 37,5 49,9 40,7 Nilai Rata-rata ( 𝒙 ̃ ) 40,4 950 ° C Air 1 36,4 40,1 55 42,46 2 37.6 41,6 53,9 44,36 3 37 41.3 54 44,1 Nilai Rata-rata ( 𝒙 ̃ ) 43,64 850° C Air Garam 1 36,4 38,5 52,5 42,46 2 36,6 39,4 53 43 3 36,3 38,7 52,2 42,4 Nilai Rata-rata ( 𝒙 ̃ ) 42,62 900° C Air Garam 1 37,8 41,6 63,6 47,66 2 38 41,4 64,8 48,06 3 37,5 42 64,4 47,96 Nilai Rata-rata ( 𝒙 ̃ ) 47,89 950° C Air Garam 1 40,2 43,7 74 52,63 2 40,4 43 73,7 52,36 3 39,8 42,4 73,1 51,76
Nilai Rata-rata ( 𝒙 ̃ ) 52,25 850° C Oli SAE 40 1 33,1 35,2 39,6 35,96 2 33,3 34,5 40,3 36,03 3 33,1 36,8 39 36,03 Nilai Rata-rata ( 𝒙 ̃ ) 36,01 900° C Oli SAE 40 1 34,5 37,2 41,3 37,66 2 34,5 36,7 42,1 37,76 3 34,8 37,4 43,8 38,66 Nilai Rata-rata ( ̃𝒙 ) 38,03 950° C 1 35,5 38,4 44,1 39,33
Oli SAE 40 2 36,7 39,6 44,1 40,13 3 36,9 38,7 43,8 39,8 Nilai Rata-rata ( 𝒙 ̃ ) 39,75 Tabek 2. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell

## Pembahasan Data Uji Kekerasan
Didalam  grafik didata  uji  kekerasan yang ada  dibawah ini akan  di jelaskan nilai
hasil  pengaruh  variasi  temperatur  suhu pemanasan  serta  media  pendingin  didalam bahan  baja  karbon  rendah  ST-41.
Gambar 5. Grafik antar variasi suhu temperatur pemanas serta media pendinginan dalam uji kekerasan rockkwell
Digambar  tersebut  terlihat  jika  hasil kekerasan specimen sebelum dilakukan carburizing  yang  berwarna  hijau  dengan specimen lain dengan warna biru adalah media pendingin  air,  warna  merah  adalah  media pendingin air garam, dan  warna kuning adalah media  pendingin  oli  sae  40.  Pada  spesimen dengan  variasi  suhu  pemanasan  950℃  dan media  pendingin  air  garam  menghasilkan kekerasan  tertinggi yaitu 52,25 HRC.
Ada  juga  nilai  kekerasan  didalam setiap  suhu  dan  media  pendingin  bervariasi nilainya.  Dalam  grafik  yang  pertama  paling keras  menggunakan  media  pendingin  air garam,  kedua  menggunakan  media  pendingin air,  dan  ketiga  menggunakan  media
pendingin oli sae 40. Didapat hasil penelitian nilai hasil kekerasannya rata- rata uji rockwell diatas  specimen  yang  di  proses  carburizing menggunakan  variasi  suhu  pemanasan  dan media pendingin, spesimen dengan proses di carburizing bisa dikatakan sangat mempengaruhi signifikan terhadap nilai hasil kekerasannya specimen. Karena  nilai kekerasan  dari  specimen  hasil  pengujian meningkat  keseluruhan dengan signifikan.

## Pembahasan Dan Hasil Foto Mikro Bahan Baja ST-41
Pengujian  yang  telah  dilaksanakan supaya  mengetahui  unsur  yang  terkandung disuatu raw material  atau specimen  tersebut.
Pembahasan foto  mikro  carburizing  suhu 850℃ menggunakan pendinginan air
Gambar 6. Raw material ST-41 carburizing suhu 850℃ menggunakan pendinginan air
Pembahasan foto  mikro  carburizing  suhu 900℃ menggunakan pendinginan air
Gambar 7. Raw material ST-41 carburizing suhu 900℃ menggunakan pendinginan air
Pembahasan foto  mikro  carburizing  suhu 950℃ menggunakan pendinginan air
Gambar 8. Raw material ST-41 carburizing suhu 950℃ menggunakan pendinginan air
Pembahasan  foto  mikro  carburizing  suhu 850℃  menggunakan  pendinginan  air garam
Gambar 9. Raw material ST-41 carburizing suhu 850℃ menggunakan pendinginan air garam
Pembahasan  foto  mikro  carburizing  suhu 900℃  menggunakan  pendinginan  air garam
Gambar 10. Raw material ST-41 carburizing suhu 900℃ menggunakan pendinginan air garam
Pembahasan foto mikro carburizing  suhu 950℃ menggunakan pendinginan air garam
Gambar 11. Raw material ST-41 carburizing suhu 950℃ menggunakan pendinginan air garam
Pembahasan foto mikro carburizing suhu 850℃ menggunakan pendinginan  oli sae 40
Gambar 12. Raw material ST-41 carburizing suhu 850℃ menggunakan pendinginan oli sae 40
Pembahasan foto mikro carburizing suhu 900℃ menggunakan pendinginan  oli sae 40
Gambar 13. Raw material ST-41 carburizing suhu 900℃ menggunakan pendinginan oli sae 40

## Pembahasan foto mikro carburizing suhu 950℃ menggunakan pendinginan oli sae 40
Gambar 14. Raw material ST-41 carburizing suhu 950℃ menggunakan pendinginan oli sae 40

## Pembahasan foto mikro tanpa carburizing
Gambar 15. Raw material ST-41 tanpa carburizing

## KESIMPULAN DAN SARAN
Jadi hasil dari penelitian  akhir  yang telah  saya  laksanakan  dan  menerangkan hasil yang terbaik yang telah dilakukan.
Kesimpulan :
1. Beberapa variasi temperatur suhu  serta  pendingin  sangat
berpengaruh pada kenaikkan angka kekerasan spesimen.
2. Nilai  hasil  kekerasan  spesimen yang  telah  di  uji  di  variasi  suhu 950℃  di  media  pendingin  air garam  tertinggi  sebesar  52,25
HRC,  serta  kekerasan  specimen pengujian tanpa carburizing sebesar 33,65 HRC.
3. Hasil  foto  mikrostruktur  diraw material sebelum dilakukan pack
carburizing  tercantum  struktur ferritenya lebih banyak dibandingkan pada foto
mikrostruktur  sesudah dilakukan proses  pack  carburizing.  Serta jumlah pearlite sesudah dilakukan proses pack carburizing  jadi  lebih  banyak dibandingkan dengan raw material sebelum dilakukan pack carburizing.
Saran :
1. Pada  penelitian  ini  yang  tentang perlakuan pemanasan menggunakan metode pack carburizing yang telah dilaksanakan  masih  layak  agar dilanjutkan,
supaya
menghasilkan  sifat  mekanis  dan fisis  yang  lebih  baik lagi maka variasi  parameter  holding  time hendak lebih lama (2, 4, 6 jam

## REFERENSI

## Masyrukan, 2006, “Penelitian Sifat Fisis dan
Mekanis  Baja  Karbon  Rendah Akibat Pengaruh Proses Pengkarbonan  dari  Arang  Kayu Jati”.  Jurnal  Media  Mesin,  Vol.  7,
No. 1, Januari 2006. Wahyudin  K  dan  Wahjoe  Hidayat,  1978, “Pengetahuan Logam 2”, Jakarta:
B.H  Amstead,  1979  “Teknologi  Mekanik
Jilid 1”, alih bahasa Sratie Djaprie, Jakarta: Erlangga. Santoso,  2016,  “Analisa  Pengaruh  Waktu Tahan  Terhadap  Kekerasan  Baja Karbon  Rendah  Dengan  Metode Pack Carburizing”. Universitas Muhammadiyah  Sumatera Utara. Sumatera Utara : Santoso.