ANALIS A  PENGARUH  VARIAS I  KATALIS   BaCO3, NaCO3 dan CaCO3 PADA PROS ES  KARBURAS I  BAJA KARBON S EDANG

## DENGAN PENDINGINAN  TUNGGAL
Re ny Afriany*, Asmadi**, Siti Zahara Nuryanti*** * Program Studi T eknik Mesin, Fakultas T eknik, Universitas IBA **Program Studi T eknik Mesin, Fakultas T eknik, Universitas IBA ***Program Studi T eknik Mesin, Fakultas T eknik, Universitas IBA Em ail : reny.afriany@yahoo.com

## ABSTRAK
Proses  karburasi  adalah  proses  perlakuan  panas  yang  bertujuan  untuk  mendifusikan  unsur  karbon    ke dalam  logam  khususnya  pada bagian permukaan logam sehingga kekerasan permukaan logam meningkat. Pada  penelitian  ini  logam  yang  digunakan  adalah  baja  karbon  sedang  dengan  paduan  rendah  AISI 4340 berbentuk  silinder  berdiameter  20  mm  yang  dikarburasi  menggunakan  arang batok kelapa dengan variasi campuran  BaCO3,  NaCO3  dan  CaCO3  sebagai  katalis  sebanyak  30%  pada  temperatur  950 ⁰ C  selama  5 jam dan dilanjutkan dengan proses pendinginan cepat dengan oli SAE 20. Kemudian dilakukan pengujian kekerasan  vickers  sesuai  ASTM  E  384  dan  foto  struktur  mikro.  Hasil  pengujian kekerasan rata-rata raw material  adalah  615,8  HV. Sedangkan nilai kekerasan rata-rata spesimen karburasi dengan katalis BaCO3 adalah  1018,7  HV,  spesimen  dengan  katalis  NaCO3  adalah  972,9 HV dan dengan katalis CaCO3 adalah 708,2  HV.  Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa nilai kekerasan tertinggi didapat dari penggunaan katalis BaCO3.
Kata Kunci: karburasi, pendinginan tunggal, baja AISI 4340

## 1. PENDAHULUAN
Setiap logam memiliki sifat fisik, mekanis dan sifat kimia yang berbeda, sifat-sifat ini akan berpengaruh  dalam  penggunaan  logam  dan  menjadi  dasar dari pemilihan material. Sifat-sifat yang  dimiliki  setiap  logam  menjadi  berbeda  disebabkan  adanya  perbedaan      unsur-unsur penyusun serta paduan yang membentuk struktur mikronya.
Karbon adalah unsur yang sangat penting dalam pembentukan baja, jumlah dan bentuknya membawa pengaruh yang  sangat  besar  pada  sifat  baja. Karburasi adalah proses penambahan unsur  karbon  (C)  ke  dalam  baja  khususnya  pada  bagian  permukaan.  sehingga  kekerasan permukaan meningkat. Proses karburasi dipengaruhi oleh temperatur dan waktu atau lamanya perlakuan serta media karbon yang digunakan. Perubahan   komposisi baja terjadi dengan jalan melarutkan karbon pada permukaan baja, cara ini dapat meningkatkan komposisi karbon pada baja  berkisar  antara  0,3%  sampai  0,9%C.  Karbon  diabsorpsi  ke  dalam  material membentuk larutan  padat  besi  karbon  dan  pada  lapisan  luar  memiliki  kadar  karbon yang tinggi. Apabila tersedia  waktu  yang  cukup,  maka  atom    karbon    akan  berdifusi    ke  bagian-bagian  sebelah dalam.
Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  karburasi  baja dengan  metode karburasi padat, yaitu pengarbonan dengan  perantara zat padat dimana medianya adalah arang batok kelapa dengan variasi  katalis  yaitu  barium  karbonat,  kalium  karbonat,  dan  natrium  karbonat.  Baja    yang digunakan  adalah  baja    karbon  sedang dengan paduan rendah AISI 4340. Baja paduan rendah adalah  jenis  baja  paduan  dengan  kandungan  unsur  pemadu  kurang  dari  5  %.  Material  ini banyak  digunakan  pada  komponen-komponen  mesin,  dimana  dibutuhkan material yang liat tetapi  memiliki  kekerasan  pada  permukaannya,  oleh  karena  itu  material  ini  sangat  cocok ditingkatkan atau diatur sifat-sifatnya dengan perlakuan panas.
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh variasi katalisator BaCO3, NaCO3 dan CaCO3 pada proses karburasi
terhadap nilai kekerasan.
2. Mengetahui  perubahan  struktur  material setelah  mengalami proses karburasi.
Pembatasan masalah yang dibahas penelitian ini yaitu:
1. Material yang digunakan adalah baja karbon sedang AISI 4340.
2. Media  karburasi yang  digunakan  adalah  arang  batok  kelapa.
3. T emperatur pemanasan adalah 950 ⁰ C.
4. Waktu pemanasan adalah selama 5 jam.
5. Pengujian yang dilakukan adalah uji kekerasan Vickers dan foto struktur mikro.

## 2. LANDASAN TEO RI

## 2.1. Karburasi
Proses  karburasi  (carburizing)  adalah  proses  memanaskan  material  sampai  diatas  suhu kritis,  yaitu  900 o C  –  950 o C  dalam  lingkungan  yang  memberikan  karbon  pada  material kemudian menahan temperaturnya dalam waktu tertentu kemudian mendinginkannya. Proses ini bertujuan  memberikan  karbon  yang  lebih banyak  pada  permukaan  dibanding  pada bagian inti material agar kekerasan permukaan meningkat.
Proses  karburasi  dipengaruhi  oleh  beberapa  hal  yaitu  temperatur,  waktu  atau  lamanya perlakuan  serta  media  karbon      yang      digunakan.  Perubahan komposisi baja terjadi dengan jalan  melarutkan  karbon  pada  permukaan  baja,  cara  ini dapat  meningkatkan komposisi karbon  pada  baja  berkisar  antara 0,3% sampai 0,9%C (Suratman1994). Peningkatan karbon lebih  dari  0,9%  harus  dihindari  karena  dapat  menimbulkan pengelupasan bahkan keretakan. Pertambahan karbon ini berpengaruh  pada kenaikan kekerasan material. T etapi kenaikan nilai kekerasannya  tidak berbanding lurus dengan nilai karbon yang telah terdifusi  dalam material, disebabkan  karena  setelah  selesai  proses  karburasi  material  tidak  langsung  diberikan pendinginan  cepat  sehingga      atom-atom  yang  telah  larut  terdifusi  ke  dalam  austenite membentuk  sem entite  dan  ferrite  kembali,  sehingga  tidak  cukup  banyak  terbentuk    struktur m artensite.
Proses karburasi dilakukan dengan 3 cara, yaitu:
1. Karburasi Padat (Pack Carburizing)
Karburasi  padat  adalah  proses  pengarbonan  pada  permukaan  benda  kerja  dengan menggunakan karbon yang didapatkan dari bubuk  arang. Pada karburasi padat dipakai arang yang  dicampur  dengan  10%  -  40%  katalis,  baja  dimasukkan  ke  dalam  campuran  ini ditempatkan  dalam  satu  kotak  dan  ditutup  rapat  kemudian  dipanaskan  pada  temperatur 850 ⁰ C - 950 ⁰ C (Surdia2000).
2. Karburasi Cairan (Liquid Carburizing)
Karburasi  cairan  adalah  proses  pengarbonan  benda  kerja  dengan  menggunakan  cairan dimana  karbon didapatkan dari penguraian natrium sianida  (NaCn)  yang  akan  diuraikan sebagai  cairan  pemanas.    Benda  kerja  dipanaskan    dahulu  pada  suhu  380 ⁰ C  –  600 ⁰ C didalam dapur listrik kemudian dimasukkan dalam  dapur  asam  yang  sudah  memiliki  suhu 850 ⁰ C  –  960 ⁰ C.  Pada  proses  ini  pencelupan  benda  kerja  dalam  dapur  asam tidak terlalu lama sehingga ada beberapa keuntungan yang diperoleh :
a. Waktu yang singkat.
b. Benda kerja akan mempunyai suhu yang merata selama pemanasan.
c. Benda kerja yang bersih.
d. Dapat diproduksi dalam jumlah yang banyak.
e. Lapisan yang merata.
3.  Karburasi Gas  (Gas Carburizing)
Karburasi  dengan  gas  dimana  unsur  karbon  didapatkan  dari penguraian bahan bakar  yang digunakan  sebagai   pemanas  dalam  dapur  yaitu   Hidro Carbon (CH). Proses ini dilakukan
dengan  cara  benda  kerja  dipanaskan  didalam  dapur  gas  sehingga bahan bakar akan terurai dan membentuk gas karbon monoksida (CO2). Untuk mendapatkan tebal tipisnya pelapisan karbon  pada  proses  ini  adalah  tergantung  dari  lamanya  pemanasan  dan  proses  dapat dipercepat  dengan    menggunakan  pemanas  induksi.  Adapun  keuntungan  dari  proses karburasi gas yaitu:
a. Benda tetap bersih.
b. T idak terjadi uap yang mengandung racun selama proses berlangsung.

## 2.2.  Katalis
Katalis  (Energizer)  adalah  suatu  zat  yang  mempercepat  laju  reaksi-reaksi  kimia  pada temperatur  tertentu,  tanpa  mengalami  perubahan  atau  terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis  berperan  dalam  reaksi  tapi  bukan  sebagai  pereaksi  ataupun produk. Katalis  berfungsi mempercepat reaksi dengan  cara  menurunkan  energi  aktivasi, dan meningkatkan laju reaksi namun  tidak  mempengaruhi  letak kesetimbangan sehingga reaksi berjalan lebih cepat karena menyediakan satu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah.
Berdasarkan    wujudnya,   katalis   dibedakan   menjadi   katalis homogen dan heterogen. Katalis  homogen  adalah  katalis  yang  ada  dalam  fase  sama  yang  dapat  bercampur  homogen dengan zat pereaksinya karena mempunyai wujud yang sama. Katalis heterogen adalah katalis yang  tidak  dapat  bercampur  homogen  dengan  pereaksinya  karena  wujudnya  berbeda. Penggunaan  katalis  sangat  berpengaruh  pada  proses  karburasi.  Pada  suhu  tinggi  katalis berfungsi mempercepat pembentukan gas CO2.
Umumnya  bahan  kimia  yang  digunakan  sebagai  katalisator pada proses  karburasi padat adalah  karbonat.  Bahan  karbonat  ditambahkan  pada arang untuk mempercepat proses. Bahan tersebut adalah barium karbonat (BaCO3) dan soda abu (NaCO3)  yang ditambahkan bersama- sama dalam 10  –  40  %  dari  berat  arang  (Lakhtin1975).

## 2.3.  Transformasi Fase Pada Saat Pe manasan
T ransformasi  fase  pada  baja  sangat  bergantung  pada  jalannya  reaksi  dan  waktu penahanannya.  Umumnya  transformasi  akan  membentuk  satu  fase  baru yang mempunyai komposisi  dan  struktur  yang  berbeda  dengan  bahan  induk.    Pada  baja  karbon    rendah  jika dipanaskan dibawah temperatur kritis A1, maka belum ada perubahan pada struktur mikronya yaitu hanya ferit dan perlit saja.
T etapi  bila  pemanasan  dilanjutkan  sampai  temperatur  kritis  A1,  maka  perlit    akan menglami  reaksi  eutektoid  dimana  butir  perlit  menjadi  seluruhnya austenit dan setelah perlit habis ferit sedikit demi sedikit akan bertransformasi menjadi austenit juga. Reaksi eutektoid ini berlangsung  pada  temperatur  konstan  dan  temperatur  baja  tidak  akan  naik  sampai  sebelum reaksi  eutektoid  selesai  dan  mulai terjadi kenaikan temperatur, maka ferit-preeutektoid akan mulai  mengalami  transformasi  allotropik,  yaitu  perubahan  bentuk  dari  susunan-susunan  sel atom  kebentuk  susunan  atom  lain.  Ferit  yang  mempunyai  bentuk struktur kristal BCC akan berubah   menjadi   austenit   yang   FCC.   T ransformasi   ini   berlangsung bersamaan dengan naiknya  temperatur.  Semakin  tinggi  temperatur  pemanasan,  semakin  banyak  ferit  yang bertransformasi menjadi austenit. T ransformasi dari ferit ke  austenit selesai  ditunjukan  pada garis  A3,  jadi  diatas  garis  A3  struktur yang terjadi adalah austenit dengan bentuk kristal FCC.

## 2.4.  Difusi
Laju    difusi    tergantung   pada jenis atom yang berdifusi dan makin tinggi temperaturnya makin besar pula difusi  yang berlangsung. Difusi karbon terjadi karena atom bergerak ke dalam secara penyisipan (interstisi) di batas butir.
Pada baja karbon rendah, karbon dari media karburasi akan masuk ke permukaan baja dan meningkatkan  kadar  karbon  pada  permukaan  baja  tersebut.  Pada  baja  dengan  kadar  karbon
tinggi  (>  1%  C), jumlah kandungan karbon pada permukaan baja sudah cukup tinggi sehingga karbon  akan  sulit  terdifusi.  Difusi karbon umumnya dilakukan pada suhu 842 – 953 ⁰ C. Pada proses  karburasi,  serbuk  arang  karbon yang ada pada saat pemanasan akan mengeluarkan gas CO2 dan CO, sedangkan pada permukaan baja karbon rendah gas CO terurai membentuk atom karbon  yang  kemudian  terdifusi  masuk  ke  dalam  baja.  Dengan  demikian  kadar  karbon  pada permukaan  baja  akan  meningkat  sehingga  meningkatkan  kekerasan permukaan. Kedalaman difusi  yang dihasilkan pada proses karburasi sangat dipengaruhi oleh waktu penahanannya yang juga  tergantung pada media, temperatur difusi dan jenis paduan logam.

## 2.5.  Transformasi Fase  Pada Saat Pe ndinginan
Sifat  mekanik  dari  baja  setelah  akhir  dari  proses  perlakuan  panas  ditentukan oleh laju pendinginan  karena  struktur  mikro  yang  terbentuk  akan  tergantung  pada  perbedaan  laju pendinginannya.  T ransformasi  austenit  memegang  peranan penting terhadap sifat dari baja karbon. Bila austenit didinginkan secara cepat, maka transformasi sementit (besi karbida) tidak terjadi dan transformasi austenit akan berubah menjadi fasa baru yaitu bainit dan martensit.
Gambar 2.1 Diagram CCT
Pada  diagram  CCT ,  kurva  pendinginan  (a)  menunjukkan  pendinginan secara kontinyu yang  sangat  cepat  dari  temperatur  austenit  sekitar  920 ⁰ C  ke  200 ⁰ C. Laju pendinginan cepat  ini  menghasilkan dekomposisi fasa austenit  menjadi martensit. Fasa   Austenite   akan mulai    terdekomposisi    menjadi    martensit    pada  T emperatur    Ms  (m artensite  start). Sedangkan  akhir  pembentukan  martensit  akan  berakhir  ketika  pendinginan  mencapai temperatur Mf (m artensite finish). Kurva pendinginan (b) menunjukkan pendinginan kontinyu dengan  laju  sedang/medium  dari  temperature  920 ⁰ C  ke  250 ⁰ C.  Dengan  laju  pendinginan kontinyu    ini    fasa    austenit    terdekomposisi    menjadi    struktur    bainit.    Sedangkan  kurva pendinginan (c) menunjukkan pendinginan kontinyu dengan laju pendinginan yang lambat dari temparatur  920 ⁰ C  ke  250 ⁰ C.  Pendinginan  lambat  ini  menyebabkan  fasa  austenit terdekomposisi manjadi fasa ferit dan perlit . Bainit terbentuk bila austenit didinginkan secara cepat hingga mencapai temperatur tertentu. T ransformasi bainit ini disebabkan sebegian karena proses  difusi  dan  sebagian  lagi  karena  proses  tanpa  difusi.  Martensit    dapat    terjadi    bila austenit didinginkan cepat sekali hingga temperatur dibawah temperatur pembentukan bainit. Martensit terbentuk karena transformasi tanpa difusi. Keadaan ini menimbulkan distorsi  dan kekerasan yang terjadi   sangat tergantung  pada kadar  karbon.

## 2.6.  Pe ndinginan C epat (Quenching)
Setelah  proses  karburasi  selesai  dan  lapisan  baja  mengandung  cukup  karbon  maka dilanjutkan  dengan  proses  pengerasan  yaitu  dengan  melakukan  pendinginan  cepat  untuk mencapai kekerasan yang tinggi.
Proses  pengerasan  dengan  pendinginan  cepat  (quenching)  dapat  dilakukan dengan tiga cara, yaitu:
1. Pendinginan langsung (Direct Quenching), adalah pendinginan secara langsung dari  media
karburasi.  Pada pendinginan langsung diperoleh benda kerja yang getas, karena pendinginan mulai dari luar sewaktu pencelupan, penyusutan secara cepat dapat terbentuk pada lapisan sekitar teras yang tidak terjadi pendinginan dan penyusutan dalam waktu yang sama waktu panas  merambat  keluar,  teras  tersebut  mulai  dingin  dan  terjadi  ekspansi,  hal  ini  dapat mengakibatkan keretakan dan permukaan benda kerja yang getas.
2. Pendinginan tunggal (Single quenching), adalah proses pemanasan dan pendinginan kembali pada benda kerja setelah benda kerja tersebut selesai dikarburasi dan telah didinginkan pada suhu  kamar.  T ujuan  dari  metode  ini  adalah  untuk  memperbaiki  difusitas dari atom-atom karbon, dan agar gradien komposisi lebih halus.
3. Pendinginan  ganda (Double quenching), adalah proses pendinginan atau pengerasan pada benda  kerja  yang  telah  dikarburasi  dan  didinginkan  pada  temperatur  kamar  kemudian dipanaskan  lagi diluar  kotak  karbon  pada  temperatur  kamar  lalu  dipanaskan  kembali pada  temperatur  austenit  dan  baru  didinginkan  cepat.  T ujuan  dari  metode  ini  untuk mendapatkan butir struktur yang lebih halus.
Media  pendingin  yang  umum  digunakan  untuk  mendinginkan  spesimen  pada  proses pengerasan  baja  antara  lain  minyak,  air,  larutan  garam  dan  gas.  Media  pendingin  tersebut digunakan sesuai dengan kemampuan untuk mendapatkan hasil yang diharapkan.

## 2.7. Pe ngujian Ke ke rasan Vicke rs
Pada  pengujian  Vikers  digunakan  identor  intan  yang  dasarnya  berbentuk  bujur  sangkar (piramid)  dengan  sudut 136 ⁰ yang ditekan pada spesimen dengan gaya tertentu, Bekas ijakan pada  spesimen  akan  lebih  besar  apabila  benda  uji  tersebut  semakin  lunak  dan  bila  beban penekanan    bertambah    berat.    Perhitungan    kekerasan    Vickers    didasarkan  pada    panjang diagonal    segi  empat  bekas  injakan  dan  beban  yang  digunakan. Angka kekerasan Vickers (VHN)  didefinisikan  sebagai  beban  dibagi  luas  permukaan  lekukan.  Pada prakteknya luas ini dihitung  dari  pengukuran  menggunakan  mikroskopik  panjang  diagonal  jejak. Nilai kekerasn hasil  pengujian  ini  disebut  juga  dengan  kekerasan  HV  atau  VHN  (Vikers  Hardness Num bers) yang didapat dari (Dieter1996):
HV  = ( / ) ....................(2.1)
Dimana: P = Beban tekanan yang diberikan (gr) d = panjang diagonal bekas injakan (µ m) α = sudut  puncak penetrator (136 ⁰ )
Pengujian metode Vickers memiliki keuntungan antara lain :
1. Dengan benda  penekan  yang  sama  baik  kekerasan  bahan  yang  keras  maupun yang lunak dapat diketahui hasilnya.
2. Penentuan    angka    kekerasan    pada    benda-benda    yang    kecil    dan    tipis    dapat  diukur dengan memilih gaya yang relatif kecil.
3. Bekas penekanan yang kecil (kira-kira 0,5 mm) hanya menyebabkan kerusakan yang kecil bahkan hampir tidak terlihat bekas injakan.

## 2.8.  Pe ngujian Struktur Mikro
Pengujian  struktur  mikro  bertujuan  untuk  mengetahui  fasa-fasa  yang  terbentuk  pada material.  Struktur  suatu  material  biasanya  dipengaruhi  dari  faktor  seperti  elemen  paduan, konsentrasi,  dan  perlakuan  panas.  Struktur  mikro  material  dapat  dilihat  menggunakan mikroskop logam dengan koefisien pembesaran dan metode kerja yang bervariasi.
Pada pengujian struktur mikro benda uji harus rata dan datar, kemudian diamplas bertahap serta  dipoles  untuk  menghilangkan  retak  dan  goresan.  Selanjutnya  melakukan  peng-etsaan untuk  mengkorosikan  batas  lapisan  butir.  T ahap    terkhir    adalah    melakukan    pemotretan
struktur mikro yang telah difokuskan dengan mikroskop.

## 3. METO DE  PENELITIAN

## 3.1. Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : 1. Mesin bubut 410 x 1000 mm Krisbow KW15-907.
2. Jangka sorong Mitutoyo 530-101.
3. T ang kombinasi Krisbow KW01-19.
4. Alat uji kekerasan mikro Vickers Mitutoyo HM-220.
5. Mikroskop Metalurgi Rax Vision MM10A.
6. Alat Mounting T op Tech ML32B-E3.
7. Mesin Polishing T op T ech P25RR-H.
8. Oven Gotech GT -L3/12.
9. Kamera digital RCM1301 CCD 1,3MP.
10.Stopwatch.
11.Amplas.
12.Kotak sementasi.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Batang baja AISI 4340 sebagai bahan uji.
2. Bubuk  karbon aktif berupa arang  bato kelapa yang  sudah  dihaluskan dan  diayak.
3. Katalis BaCO3, NaCO3 dan CaCO3.
4. Cairan etsa.
5. Minyak pelumas SAE 20 sebagai media pendingin.
3.2.  Prose dur Pe ne litian

## Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

## 3.3.  Pe rsiapan Spesimen
Material  yang  digunakan  adalah  baja  AISI  4340  yang  berbentuk  silinder  pejal  dengan diameter 18 mm dan tinggi 10 mm. Komposisi dan karakteristik baja AISI 4340 dapat dilihat pada T abel 3.1 dibawah ini.
T abel 3.1 Komposisi dan Karakteristik Baja AISI 4340
Komposisi (% ) Kekerasan (B rinell) Kekuatan Impact (joule) Kekuatan Tarik (kg/mm²) C Cr Ni Mo 0,30 - 0,38 1,30 - 1,70 1,30 - 1,70 0,15 - 0,30  270 - 330 45 90 – 100
Pembuatan spesimen dilakukan sesuai standar pengujian kekerasan Vickers yaitu AST M E 384.
Ø 18 mm

## 10mm
Gambar  3.2 Dimensi Spesimen
Spesimen    dibuat    sejumlah    12  spesimen    yang    dibagi    menjadi    3  kelompok  variasi katalis  dalam  proses  karburasi,  dan  1  buah  spesimen  yang  tidak  dilakukan  perlakuan  (raw m aterial).  Spesimen  yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.3 dibawah ini.
Gambar  3.3 Spesimen Uji
Kotak sementasi berbentuk persegi, dibuat dari plat baja yang dipotong dan dilas. Ukuran kotak  sementasi  disesuaikan  dengan  kebutuhan  spesimen    yang    akan  dikarburasi.  Kotak sementasi    yang    dibuat  rapat  dan  tahan  terhadap  suhu  yang  tinggi  sehingga  tercegah  dari kebocoran.

## 10 cm
20 cm
20 cm

## Gambar 3.4 Dimensi Kotak Sementasi
4.  PENGO LAHAN DATA

## 4.1.  Pe ngujian Ke kerasan
Pengambilan  data  hasil  pengujian  kekerasan  Vickers  pada  spesimen  dilakukan adalah sebagai  berikut:
1. Pengujian  kekerasan  pada  permukaan  benda  uji  yang  tidak  dilakukan perlakuan panas atau raw m aterial.
2. Pengujian  kekerasan  pada  permukaan  benda  uji  yang  sudah  melalui  proses  karburasi tanpa pendinginan cepat.
3. Pengujian  kekerasan  pada  permukaan  benda  uji  yang  sudah  melalui  proses  karburasi dengan satu kali pendinginan cepat (pendinginan tunggal).
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kekerasan  Vickers  Spesimen Raw Material
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Kekerasan  Vickers  Spesimen yang Dikarburasi  tanpa  Pendinginan
Spesimen Katalis Beban (Kg) Diagonal (µ m) Kekerasan (HV) Kekerasan Rerata d d ₂ d rerata A1 Barium Karbonat (BaCO3) 0.5 38,77 44,58
41,675 533,9 515,0 43,34 43,19 43,265 495,4 41,87 42,93 42,4 515,8 B1 Natrium Karbonat (NaCO3) 44,34 43,83 44.085 476,9 452,9 46,36 45,88 46.12 435,9 44,89 46,30 45,595 446,0 C1 Kalsium Karbonat (CaCO3) 46,96 46,96 46,96 420,4 415,5 49,00 49,40 49,2 383,1 45,26 46,23 45,745 443,1
Spesimen Beban (Kg) Diagonal (µ m) Kekerasan (HV) Kekerasan Rerata (HV) d ₁ d ₂ d rerata Raw Material 0.5
38,84 38,13  38,485 626,1 615,8
39,38 40,27  39,825 584,6
38,82 37,49  38,155 636,8
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Kekerassan  Vickers  Spesimen yang Dikabonisasi dan Pendinginan Tunggal
Spesimen Katalis Beban (Kg) Diagonal (µ m) Kekerasan (HV) Kekerasan Rerata d ₁ d ₂ d rerata A3 Barium Karbonat (BaCO3) 0.5
29,63 31,89 30,76 980,2 1018,7 31,06 35,04 33,05 849,0 28,01 26,98 27.495 1227 B3 Natrium Karbonat (NaCO3) 29,08 30,05 29,565 1061 972,9 32,65 33,51 33,08 847,6 30,25 30,34 30,295 1010 C3 Kalsium Karbonat (CaCO3) 36,13 35,81 35,97 716,5 708,2 37,66 36,87 37,265 667,7 35,29 35,48 35,385 740,5

## 4.2.  Foto Struktur Mikro
Pengujian struktur mikro dilakukan untuk mengetahui perubahan struktur mikro material sebelum  dan  setelah  dilakukan  perlakuan  panas.  Pengamatan  dilakukan  dengan  lensa pembesaran 500X.

## 5.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 5.1.   Ke kerasan
Dari  hasil  pengolahan  data  pengujian  kekerasan  Vickers  diatas  menunjukan  adanya peningkatan nilai  kekerasan pada spesimen. Nilai rerata kekerasan spesimen setelah  melalui seluruh  proses perlakuan dan persentase kenaikannya dapat dilihat pada tabel-tabel berikut ini
Tabel 5.1 Nilai Kekerasan  Rerata  Seluruh Perlakuan
Spesimen Katalis Kekerasan Rerata (HV) Karburasi sebelum pendinginan cepat A Barium Karbonat ( BaCO3) 515,0 B Natrium Karbonat (NaCO3) 452,9 C Kalsium Karbonat (CaCO3) 415,5 Karburasi + pendinginan tunggal minyak SAE 20 A Barium Karbonat (BaCO3) 1018,7 B Natrium Karbonat (NaCO3) 972,9 C Kalsium Karbonat (CaCO3) 708,2 Tanpa P erlakuaan P anas R 615,8

## 5.2.   Struktur Mikro
Hasil  dari  pengujian  struktur  mikro  yang  dilakukan  dapat  dilihat  pada  gambar-gambar berikut ini.
(a) Raw material                                     (b) Karburasi                       (c) P endinginan Tunggal

## Gambar  5.1 Struktur Mikro Raw Material dan Karburasi dengan Katalis BaCO3
Pada  temperatur  800 ⁰ C  –  950 ⁰ C material yang sudah berada pada temperatur austenit yang  pada  proses  pendinginan  akan  kembali  menjadi  ferit,  struktur  karbon tersebut  larut kedalam  austenit  sedangkan  ferit  hanya  mampu  melarutkan  karbon 0,025% karbon, maka terbentuklah struktur ferit diperlebar atau karbon dipaksa masuk atau larut kedalam ferit yang disebut  martensit (Van Vlack, L.H., 1984). Pada foto struktur mikro untuk raw m aterial (a), setelah dikarburasi dengan katalis BaCO3, karbon berdekomposisi dengan fasa ferit dan perlit (b),  yang  kemudian  bertransformasi  menjadi  fasa  martensit  dengan    fasa  ferit    yang berwarna  putih  tersebar  tidak  merata  setelah  dilakukan  proses  pendinginan tunggal dengan media  minyak SAE 20 (c).
(a) Raw material                                  (b) Karburasi                        (c) P endinginan Tunggal

## Gambar  5.2 Struktur Mikro Raw Material dan Karburasi dengan  Katalis NaCO3
Pada proses karburasi dengan penambahan katalis natrium karbonat, fasa  martensit  pada raw  m aterial  (a)  juga  terurai  menjadi  fasa  ferit  dan  perlit tetapi agregat ferit yang lebih dominan dari pada fasa perlitnya (b). Setelah dilakukan proses pendinginan tunggal fasa tersbut berdekomposisi menjadi fasa perlit dan ferit yang lebih teratur serta sementit yang halus.
(b) Raw material                                     (b) Karburasi                       (c) P endinginan Tunggal
Gambar  5.3 Struktur Mikro Raw Material dan Karburasi dengan Katalis CaCO3
Pada  proses  karburasi  dengan  penambahan  katalis  kalsium  karbonat  fasa  pada  raw m aterial  (a)  hampir  sepenuhnya  terurai  menjadi  fasa  ferit  dan  sedikit  fasa  perlit yang terbentuk  (b).  Setelah  dilakukan  proses  pendinginan  tunggal  fasa  perlit  betambah  banyak tetapi  tidak  melibihi  dari  fasa  ferit  yang  ada  (c). proses pendinginan yang cepat pada proses pendinginan tunggal menyebabkan laju reaksi yang cepat karena penundaan transformasi oleh pergerakan atom karbon, spesimen mencapai kekerasan maksimal dengan adanya struktur baru (martensit), selain itu  juga  akan terbentuk struktur ferit dan  perlit  dengan  susunan  struktur yang kasar, oleh karena itu memiliki nilai kekerasan yang paling rendah dibandingkan dengan material lain tetapi nilai kekerasannya tetap lebih tinggi dari raw m aterial.

## 5.3.  Pe mbahasan
Gambar  5.4 Grafik  Kekerasan  Rerata
Data  hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  adanya  perbedaan  tingkat  kekerasan  dan struktur  mikro  pada  spesimen  yang  telah  dikarburasi  dengan  variasi  katalis.  Penambahan katalis  BaCO3  pada  proses  karburasi  menunjukkan  nilai  kekerasan  yang  paling  tinggi, sedangkan  spesimen  yang  dikarburasi  dengan  penambahan  CaCO3  memiliki  nilai kekerasan yang  lebih  rendah  dibandingkan  dengan  spesimen  yang    dikarburasi  dengan  penambahan katalis  NaCO3.  Hal  ini  menunjukan  bahwa  penggunaan  jenis  katalis  pada  proses  karburasi berpengaruh  terhadap  nilai kekerasan yang didapat. Berdasarkan pengamatan struktur mikro
dapat diketahui struktur ferrite, pearlite dan martensite-nya. Pemanasan yang dipertahankan pada  suhu  tinggi  untuk  membuat  butiran-butiran  dan  suatu  struktur  lapisan  austenite, selanjutnya  didinginkan  secara  perlahan-lahan  untuk  membentuk  suatu  struktur  lapisan pearlite,      mengindikasikan  kelunakan  dan  memperbaiki  sifat-sifat  pengerjaan  dingin (Amanto2003).
Pada spesimen raw material  (R) mempunyai nilai kekerasan sebesar 615,8 HV. Spesimen ini mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar 65,3% terhadap spesimen A yang mempunyai nilai  kekerasan  1018,7  HV.  Spesimen  B  yang  mempunyai  nilai  kekerasan  972,9  HV mengalami  kenaikan  sebesar  57,9%  dari  spesimen  raw  material  (R).  kelompok  spesimen  C yang  mengalami  kenaikan  kekerasan sebesar 15% mempunyai nilai kekerasan sebesar 708,2 HV.  Bila diperhatikan hasil kekerasan pada karburasi sebelum dan sesudah proses pendinginan tunggal  memiliki  urutan  tingkat  kekerasan  yang  sama  terhadap jenis katalis yang diberikan. Kekerasan  karburasi  katalis  BaCO3  sebelum  proses  pendinginan  tunggal  juga  menempati urutan  tertinggi  yaitu  515,0  HV,    kemudian  karburasi  katalis NaCO3 yaitu  452,9  HV,  dan yang  terakhir  katalis  CaCO3  yaitu  415,5  HV.  Nilai  ini  berbanding  lurus  terhadap  nilai kekerasan  hasil  karburasi  sesudah  dilakukan  proses  pendinginan  tunggal.  Hasil  ini membuktikan  bahwa  jenis  katalis  yang  diberikan  pada  proses  karburasi  sangat  berpengaruh pada nilai kekerasan yang akan didapat.
Kelompok  spesimen  A  yang  dikarburasi  dengan  penambahan  katalis  barium  karbonat mempunyai nilai rata-rata kekerasan yang paling tinggi dibandingkan kelompok spesimen B, spesimen C dan spesimen raw material (R). Hal ini diakibatkan oleh banyaknya unsur karbon yang  berdifusi  kedalam  lapisan  luar    logam    seperti    pada    hasil    foto   mikro  struktur pada Gambar   5.2b,  yang menggambarkan  proses  difusi  yang  dilakukan  dengan  bantuan  katalis BaCO3 mendapatkan proses peresapan unsur lebih banyak ke dalam baja.
Perlakuan karburasi pada kelompok spesimen B yang diberi  penambahan  katalis  natrium karbonat      mempunyai    nilai    rata-rata  kekerasan  yang  lebih  rendah  dibandingkan  dengan spesimen A, tetapi mempunyai tingkat kekeraasan yang lebih tinggi dari pada spesimen C dan spesimen  raw  m aterial  (R).  Pada  foto  struktur  mikro  Gambar  5.3b  dapat  dilihat  peresapan karbon  lebih  sedikit  dibandingkan  dengan  katalis  BaCO3.  Hal  tersebut  diakibatkan  proses difusi  karbon  lebih  lambat  bila  dibandingkan  dengan  spesimen  A  yang  diberi  penambahan katalis B. Untuk spesimen C yaitu perlakuan karburasi dengan penambahan kalsium karbonat mempunyai   nilai kekerasan yang paling rendah bila dibandingkan dengan spesimen A dan B, tetapi tetap  lebih  tinggi  dari  pada  spesimen  raw  m aterial (R).  Ini  mengindikasikan bahwa penambahan  katalis    pada  proses  karburasi  memberi  sumbangan  yang paling minimal dalam proses peresapan unsur karbon ke dalam baja.
Berdasarkan  data-data  yang  diperoleh  diatas  dapat  diketahui  bahwa peningkatan nilai kekerasan  yang  terjadi  pada  spesimen  disebabkan  oleh  beberapa  faktor  yang mempengaruhinya,  diantaranya adalah penambahan katalisator. Katalis BaCO3 memberikan peningkatan  yang paling besar dalam mempercepat proses penyerapan karbon ke dalam baja bila  dibandingkan  dengan  katalis  lainnya,  hal  tersebut  disebabkan    katalis    tersebut    pada temperatur  austenit  cepat  terurai  sehingga  proses  difusi  dan  penyerapan  karbon  ke  dalam lapisan luar baja terjadi lebih cepat.
Pada eksperimen ini material karburasi terdiri dari serbuk karbon aktif sebesar 70% yang berasal  dari  arang  batok  kelapa  yang  ditambah  dengan  katalis  sebesar  30%  yaitu  barium karbonat,  natrium  karbonat,  dan  kalsium  karbonat  untuk  mempercepat  proses  karburasi. Karburasi  dengan penambahan katalis barium karbonat menghasilkan peningkatan kekerasan paling  tinggi  dibandingkan  dengan  katalis  lainya  karena  lebih  mudah  terurai.  Hal  ini memungkinkan reaksi karbon menjadi CO ₂ akan berlangsung lebih cepat yang menyebabkan proses  difusi  karbon  akan  semakin  cepat  pula  yang  berdampak  pada  nilai  kekerasan  yang semakin  tinggi.  Pada penelitian ini tidak membahas tentang kadar karbon dalam baja setelah dilakukan  proses  karburasi  tetapi  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  variasi  katalisator terhadap  perbedaan  nilai  kekerasan  dan struktur mikro pada proses karburasi padat terhadap
variasi  katalisator  tersebut.  Oleh  karena  itu  untuk  lebih  spesifiknya  lagi  perlu  dilakukan penelitian lanjutan.

## 6.   KESIMPULAN
Dari  pembahasan  terhadap  hasil  penelitian  ini,  maka  dapat  ditarik  kesimpulan  sebagai berikut:
1. T erdapat  perbedaan  siknifikan  nilai  kekerasan  baja  AISI  4340  setelah  dilakukan  proses karburasi  dengan  variasi  katalis  BaCO3,  NaCO3  dan  CaCO3,  yaitu dengan nilai berturut- turut 1018,7 HV, 972,9 HV dan 708,2 HV.
2. Persentase  kenaikan  nilai  kekerasan  spesimen  setelah  melalui  proses  karburasi  dengan pendinginan tunggal, yaitu berturut-turut 65,3%, 57,9% dan 15%.
3. Penggunaan katalis BaCO3 memberikan nilai kekerasan tertinggi dibanding katalis NaCO3 dan CaCO3.
4. T erjadi  perubahan  struktur  mikro  pada  material  yang  di  karburasi.  Pada  spesimen  yang dikarburasi dengan penambahan katalis BaCO3 memiliki struktur martensit yang lebih padat dibandingkan  dengan  spesimen  yang  dikarburasi  dengan  penambahan  katalis  NaCO3  dan CaCO3.

## DAFTAR  PUSTAKA
_______,  Carburizing: http://www.horiba.com/fileadmin/uploads/Scientific/Documents/ Emission/Carburizing.pdf . (Diakses tanggal 30 November 2016).
_______,  Carburization: http://www.calphad.com/carburization.html . (Diakses tanggal 30 November 2016).
_______, 4340 High T ensile Steel: http://www.interlloy.com.au/our-products/high-tensile- steels/4340-high-tensile-steel/?output=pdf . (Diakses tanggal 1 Desember 2016).
_______,  AISI  4340: http://www.efunda.com/materials/alloys/alloy_steels/show_alloy. cfm?ID=AISI_4340&prop=all&Page_Title=AISI%204340 .  (Diakses  tanggal  1  Desember 2016).
Amanto, Hari dan Daryanto. 2003. Ilm u Bahan. Penerbit Bumi Aksara. Jakarta.
Amstead,  B.H,  Phillip  F.  Oswald  dan  Myron  L.  Begemen.  1995.  Teknologi Mekanik. Jilid
2. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Beumer. 1980. Pengetahuan Bahan. Penerbit Bhatara Karya Aksara. Jakarta.
Dieter, E. George. 1996. Metalurgi Mekanik. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Istiqlaliyah,  Hesti,  et.al.  2016. Pengaruh Variasi Media Karburasi terhadap Kekerasan dan Media Difusi Karbon pada Baja ST42. Seminar Nasional Inovasi dan Aplikasi T eknologi di Industri (SENIAT I) 2016. http://ejournal.itn.ac.id/index.php/
seniati/article/download/28/28/ .  (Diakses tanggal 20 Desember 2016).
Leman,  S.  Arianto  dan  Nurjito.  2008.  Cam puran  Arang  Tem purung  Kelapa Bekas dan Arang Tem purung Kelapa Baru untuk Media Karburasi Baja Karbon Rendah. Media T eknika. 8(1): 52-60.
Putra Negara, Dewa Ngakan Ketut., Pack Carburuzing Baja Karbon Rendah. Jurnal Energi dan Manufaktur. http://ojs.unud.ac.id/index.php/jem/article/view/22784 . (Diakses tanggal 1 Desember 2016).