## PISTON Journal of Technical Engineering:
Efek Variasi Suhu Pack Carburizing Baja St 41 terhadap

## Kekerasan dan Kekuatan Impak
Ramlan * dan Amin Bahma
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya, Palembang, Sumatera Selatan
E-mail: *ramlan@unsri.ac.id Masuk :11 Februari 2020 Direvisi : 7 Maret 2020 Disetujui : 20 Maret 2020
Abstrak: Proses pack  carburizing adalah  proses  pengerasan  permukaan  baja  ,  pada  penelitian  ini  dilakukan proses pack carubirizing baja ST 41 untuk mengetahui perubahan nilai kekerasan dan kekuatan impaknya. Baja ST 41 tergolong baja karbon rendah, melalui proses tersebut bertujuan untuk mengeraskan permukaan baja ST 41 dan didalam baja masih lunak agar keuletan baja ST 41 masih bisa dipertahankan. Proses pack carburizing dilakukan dengan menimbun baja ST 41 dengan serbuk karbon dari arang kayu, kemudian di panaskan dengan variasi suhu yaitu 700, 750 dan 800 o C dengan waktu penahanan untuk masing –masing suhu selama 30 menit. Setelah dilakukan pemanasan selanjutnya di quenching kedalam media air. Sampel yang telah mengalami pack carburizing selanjutnya di ukur kekerasan nya menggunakan Rockwell dan dilakukan uji impak Charpy untuk melihat tingkat kegetasan baja. Dari hasil pengukuran kekerasan diperoleh nilai kekerasan tertinggi pada sampel dengan suhu pemanasan 800 o C yaitu sebesar 32 HRC dan memiliki nilai kuat impak sebesar  1,993 joule/mm 2 . Bila dibandingkan dengan sampel sebelum proses pack carburizing, terjadi peningkatan kekerasan  hampir dua kali lipat sedangkan nilai kuat impaknya juga terjadi peningkatan sebesar 10 %
Kata kunci : ST41, pack carburizing, quenching , kekerasan rock well, impak charpy
Abstract: The pack carburizing process is a process of hardening the surface of the steel. In this study, a pack carubirizing process of ST 41 steel was carried out to determine changes in the value of its hardness and impact strength. ST 41 steel is classified as low carbon steel, through this process it aims to harden the surface of ST 41 steel and the inside of the steel is still soft so that the ductility of ST 41 steel can still be maintained. The pack carburizing process is carried out by stockpiling ST  41  steel  with  carbon  powder  from  wood  charcoal,  then  heating  it  with  temperature  variations,  namely  700,  750  and 800oC with holding times for each temperature for 30 minutes. After heating, it is quenched into the water medium. Samples that  have  undergone  pack  carburizing  are  then  measured  for  their  hardness  using  Rockwell  and  a  Charpy  impact  test  is carried out to see the degree of brittleness of the steel. From the hardness measurement results, the highest hardness value was obtained in the sample with a heating temperature of 800oC, which was 32 HRC and had an impact strength value of 1.993  joules  /  mm2.  When  compared  with  the  sample  before  the  pack  carburizing  process,  the  hardness  almost  doubled while the impact strength value also increased by 10%.
Keywords: ST41, pack carburizing, quenching, rock well hardness, charpy impact

## PENDAHULUAN
Perkembangan  ilmu  pengetahuan  dan  teknologi  berperan  penting  dalam  perkembangan  teknologi  dan industri  salah  satunya  dibidang  otomotif  dan  industri-industri  komponen  atau  peralatanpertanian.  Khususnya untuk  merekayasa  material  logam  agar  menjadi  material  yang  keras  dan  tingkat  keuletan  baja  masih  bisa dipertahankan. Proses pengerasan baja secara umum dapat dilakukan salah satunya  melalui proses hardenning yaitu  dipanaskan  sampai  suhu  austenit  kemudian  didinginkan  secara  cepat  [1].  Melalui  proses  ini  logam  baja akan  mengalami  peningkatan  kekerasan  tetapi  akan  cenderung  menjadi  getas  [1,2].  Beberapa  material  untuk
komponen permesinan atau peralatan pertanian memerlukan material yang keras sebatas dipermukaan dan tetap lunak  di  bagian  dalam  ,  agar  baja  tersebut  masih  tetap  ulet.  Untuk  memperoleh  material  dengan  sifat  seperti tersebut perlu dilakukan proses surface hardenning yaitu melalui proses pack carburizing [3] . Mekanisme proses pack  carburizing adalah  dengan  jalan  mendifusikan  unsur  C  (karbon)  ke  permukaan  logam  pada  suhu  tinggi sehingga terjadi pembentukan austenit atau  martensit di permukaan baja, sehingga  menyebabkan  material baja menjadi  keras  dis  ebatas  permukaan  [3,4].    Kesempurnaan  proses  difusi  karbon  pada  permukaan  baja  sangat dipengaruhui  beberapa  faktor  antara  lain  :  tingginya  suhu  pemanasan,  dan  tingkat  kehalusan  bahan  karbon[4]. Beberapa penulis  melaporkan bahwa laju difusi karbon juga tergantung pada jenis karbon, karbon berasal dari carbon black  memberikan laju difusi paling besar dibandingkan  dengan karbon dari bio mass [5]. Proses pack carburizing umumnya dipergunakan untuk pengerasan baja dengan kadar karbon rendah, sedangkan baja karbon rendah tidak dapat diperkeras melalui proses hardenning. Baja ST 41 tergolong jenis baja karbon rendah yaitu dengan  kadar  C  sekitar  0.01-0.04  %  [6].  Pada  penelitian  ini  dilakukan  proses  penegerasan  baja  ST  41 menggunakan metoda pack carburizing dengan memakai unsur C dari serbuk arang kayu. Tujuan dari penelitian ini  adalah  untuk  mengetahui  pengaruh  variasi  suhu  pack  carburizing  terhadap  kekerasan  dan  kekuatan impaknya.

## METODOLOGI
Untuk penelitian ini digunakan logam baja ST 41, bahan karbon dari arang kayu yang telah dihaluskan dan lolos  ayakan  100  mesh.  Baja  ST41  ditempatkan  di  dalam  cawan  keramik  kemudian  di  pendam  dengan menggunakan  serbuk  arang  kayu  sampai  seluruh  permukaan  baja  tertutup  oleh  serbuk  karbon.  Selanjutnya sampel  tersebut  di  panaskan  menggunakan  tungku  listrik  denga  suhu  divariasikan  yaitu  :  700,  750  dan  800 o C dan ditahah selama 30 menit untuk masing-masing suhu tersebut. Selanjutnya setelah di tahan selama 30 menit kemudian di keluarkan daru tungku dan dicelupkan kedalam air.
Sampel-sampel  setelah  dilakukan  proses  pack  karburizing  selanjutnya  di  ukur  kekerasan  permukaan  nya menggunakan kekerasan Rockwell denag beban 400 g serta menggunakan idenstor diomond kerucut. Selain itu dilakukan pengujian impak charpy , ukuran sampel yang digunakan 55x 10 x 10 mm. Nilai kuat impak dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :
m.g.h ( Cos  - Cos  ) Kuat impak = -----------------------------  joule/mm 2 ......................(1) A
dimana : m = massa bandul, kg g = gravitasi h = panjang lengan bandul, m A = luasan dibawah takikan, mm 2  = sudut ayun awal  = audut ayun setelah benturan

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil pengujian kekerasan
Uji kekerasan dilakukan sebanyak 5 kali uji dalam setiap sampel kemudian dihitung nilai rata-ratanya. Pada Gambar 1 diperlihatkan hasil nilai kekerasan sebagai fungsi suhu pemanasan.
Gambar 1. Kurva hubungan kekerasan dengan suhu pack carburing.
Dari Gambar 1 diperlihatkan bahwa semakin tinggi suhu pack carburizing maka nilai kekerasan cenderung meningkat. Hal  ini nmenunjukkan tingkat laju diffusi  unsur karbon selama proses pack  carburizing cenderung meningkat,  karena  terjadi  peningkatan  kekerasan.  Nilai  tertinggi  diperoleh  keketrasan  sebesar  31  HRC  pada sampel dengan suhu pemanasan 800 o C.

## Hasil pengujian kuat impak
Hasil  uji  kuat  impak  diperlihatkan  pada  Gambar  2  sebagai  berikut.  Berdasarkan  hasil  yang  diperlihatkan pada  Gambar  2  menujukkan  bahwa  nilai  kuat  impak  cenderung  meningkat  dan  nilaiimpaktertinggi  dicapai sebesar  32  joule/mm 2 .  Umumnya  baja  semakin  keras  cenderung  menjadi  getas  yang  ditandai  dengan menurunnya nilai kuat impak, tetapi pada penelitian ini nilai kuat impak nya meningkat , bearti baja yang elah mengalami proses pack carburizing masih bersifat ulet.
Gambar 2. Kurva hubungan kuat impak terhadap suhu pack carburizing.

## KESIMPULAN
Suhu  proses  pack  carburizing  memberikan  pengaruh  yang  signifikan  terhadap  peningkatan  kekerasan maupun  kuat  impaknya,  nilai  tertinggi  untuk  kekerasan  adalah  32  HRC  dan  kuat  impaknya  adalah  1,993 joule/mm 2 . Dari hasil yang diperoleh bahwa baja ST 41 setelah proses pack carburizing akan menjadi keras di permukaan dan baja tersebut tepat menujukkan keuletannya.
15,50 23,00 26,00 32,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 30 130 230 330 430 530 630 730 830 Kek e ra s a n, HR C Suhu Pack carburizing, o C 1,541 1,657 1,807 1,993 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 30 130 230 330 430 530 630 730 830 Kuat Im pak , joule /m m 2 Suhu Pack Carburizing, o C

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Avala  Lava  Kumar,  LECTURE  NOTES  ON  MM-15-015  :  HEAT  TREATMENT,  Department  of Metallurgical & Materials Engineering (MME), 2015
[2] Dr. Vivek Roy, Unit 5: Heat Treatment Processes, Engineering Materials, Cabin 15, R: 55 – 302, 2008.
[3] Dewa  Ngakan  Ketut  Putra  Negara,  I  Dewa  Made  Kirshna  Muku  ,  Pack  Carburizing  Baja  Karbon Rendah, Jurnal Energi dan Manufaktur Vol.7, No.1, April 2015: 111-230.
[4] Bambang  Kuswanto,  Perlakuan  pack  carburizing  pada  baja  karbon  rendah  sebagai  material  altrenatif untuk  pisau  potong  pada  penerapan  teknologi  tepat  guna,  Prosiding  Seminar  Nasional  Sains  dan Teknologi 2010 Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang
[5] Mirantie Dwiharsanti, Winda Sri Jaman dan Shinta Virdhian, Design of experiment of low carbon steel resulted  from  pack  carburizing  process  by  factorial  experiment  method,  Jurnal  Riset  Industri  Vol.  10 No. 2, Agustus 2016, Hal. 92-97 .
[6] Media  Nofri,  Acang  Taryana,    Analisis  sifat  mekanik  baja  skd  61  dengan  baja  st  41  dilakukan hardening dengan variasi temperatur ,  BINA TEKNIKA, Volume 13 Nomor 2, Edisi Desember 2017, 189-199