## PENGARUH PERBANDINGAN GAS NITROGEN DAN LPG PADA PROSES NITROKARBURISING DALAM REAKTOR FLUIDIZED BED TERHADAP SIFAT MEKANIS BAJA KARBON RENDAH
Teguh Rahardjo Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Nasional Malang Telp.(0341) 417636-Pes 516, Fax.(0341) 417634

## ABSTRAK
Reaktor  Fluidized  Bed  merupakan  tungku  untuk  proses  perlakuan  panas  yang mempunyai fungsi ganda, bisa untuk proses perlakuan panas biasa dan proses perlakuan panas  nitrokarburisasi.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  kekuatan  tarik, kekerasan  lapisan  permukaan,  komposisi  kimia  dan  uji/foto  makro  dari  baja  karbon rendah setelah dilakukan nitrokarburisasi. Pada proses ini, dalam melakukan pengujian dengan memberikan gas doping yaitu gas Nitrogen dan gas LPG, yang masuk ke dalam tabung  reaktor  fluidized  bed  pada  temperatur  kerja  723 o C.  Terdapat  4  perbandingan aliran gas masuk ke dalam reaktor, perbadingan pertama aliran gas Nitrogen 85% dan gas  LPG  15%,  pada  perbadingan  kedua  aliran  gas  Nitrogen  80%  dan  aliran  gas  LPG 20%, untuk perbadingan ketiga aliran gas Nitrogen 75% dan gas LPG 25%, sedangkan perbandingan  keempat  aliran  gas  Nitrogen  70%  dan  gas  LPG 30%.  Untuk mengetahui sifat mekanis baja karbon rendah setelah dilakukan proses nitrokarburisasi yaitu dengan melakukan  pengujian  mekanis, diantaranya  pengujian  tarik,  uji  kekerasan  mikro (vickers), uji komposisi, dan uji/foto makro. Dari hasil pengujian, hasil uji tarik sebelum perlakuan 57,54 (Kgf/mm 2 ) setelah perlakuan nilai rata-rata 68,20 (Kgf/mm 2 ), untuk hasil pengujian kekerasan sebelum perlakuan 275 (HRV) dan setelah perlakuan nilai rata-rata 353,33 (HRV). Sedangkan pada pengujian komposisi unsur C pada baja karbon rendah sebelum perlakuan 0,235 (%wt) setelah perlakuan nilai rata-ratanya 0,329 (%wt).
Kata Kunci : Reaktor fluidized bed, Nitrokarburising, Baja karbon rendah, Pengujian.

## PENDAHULUAN
Perlakuan  panas  adalah  suatu perlakuan  ( treatment )  yang  diterapkan pada logam agar diperoleh sifat-sifat yang diiginkan.  Yang  digunakan  untuk melakukan  proses  perlakuan  panas  pada permukaan logam  salah  satunya  adalah menggunakan  Reaktor Fluidized  Bed . Reaktor  Jenis Fluidized  Bed juga  dapat digunakan  pada  proses  perlakuan  panas pada permukaan yang mana adalah suatu proses  pemanasan  logam  dalam  keadaan padat  untuk  mengubah  sifat  fisis  / mekanik  logam.  Salah  satu  cara  adalah dengan menggunakan proses
karburasi  yaitu  dengan  mengeraskan permukaannya  saja.  Karburasi  adalah salah satu proses perlakuan panas untuk mendapatkan  permukaan  yang  lebih keras dari sebelumnya.
Reaktor Fluidized  Bed adalah suatu  reaktor  yang  berisi  padatan- padatan  yang  bergerak. Fluidized  Bed adalah  salah  satu  proses  perlakuan logam  dengan  menggunakan  media fluida  yang  dalam  hal  ini  berupa aluminium oxid atau pasir silica. Seperti pada  gambar  1  dimana  serbuk  pasir silica  digunakan  pendistribusi  panas pada  logam  ketika  dapur  dipanaskan, sehingga  panas  akan  merata  mengenai seluruh permukaan logam.
Gambar 1
Proses dalam tabung reaktor
Judul, www.reactor fluidized bed .com/presentasions/ irham ruhandi/powerpoint
Laju  pemanasan  benda  kerja  di dalam fluidized  bed akan  meningkat dengan  menurunnya  ukuran  partikel  dan bertambahnya  kecepatan  putaran  gas. Akan  tetapi  partikel  yang  terlalu  halus akan  mengurangi  putaran  pasir  dan peningkatan  kecepatan  putaran  gas sehingga  akan  menambah  biaya  karena konsumsi gas juga bertambah tetapi pada reaktor fluidized  bed tidak  semua  proses perlakuan panas permukaan menggunakan  bahan  tambah  gas.  Dapur fluidized  bed  merupakan  suatu  system atmosfir  perlakuan  panas  untuk  aplikasi komponen baja perkakas dan konstruksi. Reaktor fluidized  bed digunakan untuk  proses  perlakuan  panas  ( heat treatment )  pada  pergeseran  permukaan logam yang mana pada proses ini adalah menggunakan  fluida  gas  Nitrogen  dan LPG sebagai bahan tambah untuk proses pemanasan  di  dalam  bejana  dan  juga untuk membentuk karbon pada permukaan  logam  baja  dengan  unsur tambahan  pasir  silica  yang  mana
mengandung aluminium  oxid sehingga dapat  menambah  ketebalan  permukaan.
Teknologi  dikembangkannya  reaktor fluidized bed pertama kali oleh institute of  precision  mechanics di  polandia.  Di dalam  dapur  reaktor fluidized  bed terdapat ruang yang berbetuk plat (bed) sebagai wadah refraktori. Penggunaan dapur  fluidized bed untuk perlakuan panas pada logam telah dipelajari  oleh reynoldson R.W.  (Heat treatment in  fluidized  bed,  1989),  yang menjelaskan  bagaimana  pemakaian tekniologi fluidized bed dapat meningkatkan  kualitas  produk  dan mengurangi biaya operasional.

## METODOLOGI
Dalam pengujian proses nitrokarburising  dengan  menggunakan reaktor  fluidized  bed  dimana  pada proses  ini  pemanasan  kembali  baja sampai  dengan  suhu  750  °C  untuk mendapatkan  struktur  martensit  yang telah  mengalami  heat  treatment.  Proses nitrokarburising  pada  reaktor fluidized bed umumnya optimalisasi proses difusi unsure  (karbon  dan  nitrogen) terjadi pada temperatur tersebut. Adanya lairan gas  N 2 :  LPG  partikel  padat  SiC  yang sudah  panas  bersirkulasi  mengelilingi spesimen.  Dari  gerak  sirkulasi  partikel akan  menumbuk  spesimen  dan  unsur gas  nitrogen  dan  karbon  akan  masuk dalam  spesimen  dengan  cara  difusi. Setelah  sesuai  waktu  yang  ditentukan saluran  gas  masuk  reaktor  dihentikan, pengambilan benda kerja (gambar 3-14) dan tahap selanjutnya quenching dalam media  pendingin,  waktu  total  2  jam  30 menit,  dimana  pada  proses  holding
selama 2 jam 15 menit dan yang terakhir cooling selama  15  menit.  Sebelum dimasukan  kedalam  tabung  reaktor spesimen  terlebih  dahulu  di  ikat  dengan kawat  baja  supaya  memudahkan  untuk mengambil spesimen setelah proses.
Prosedur pengujian  yang dilakukan dari  reaktor
fluidized  bed untuk melakukan  proses  perlakuan  panas  pada permukaan  baja  karbon  rendah.  Dalam pengujian ini adalah proses nitrokarburising. Dalam proses ini media pendinginan  dengan  menggunakan  oli yang  bertujuan  untuk  mendapatkan kekerasan specimen selain itu juga untuk mendapatkan martensit.

## PEMBAHASAN

## Tabel 1. Uji Komposisi
Komp (%) Tanpa HT
Jenis Perbandingan 85:15 80:20 75:25 70:30 C 0,235 0,447 0,267 0,281 0,322 Si 0,319 0,299 0,314 0,314 0,307 S 0,049 0,011 0,056 0,044 0,041 P 0,030 0,032 0,033 0,032 0,030 Mn 0,452 0,399 0,546 0,427 0,428 Ni 0,117 0,125 0,099 0,101 0,106 Cr 0,408 0,415 0,171 0,137 0,134 Mo < 0,005 < 0,005 < 0,005 < 0,005 < 0,005 Ti < 0,002 < 0,002 < 0,002 < 0,002 < 0,002 Cu 0,246 0,294 0,156 0,241 0,231 Nb < 0,002 < 0,002 < 0,002 < 0,002 < 0,002 V < 0,002 0,002 0,004 < 0,002 < 0,002 Al < 0,002 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 Fe 98,122 97,952 98,335 98,401 98,381

## Tabel 2. Kekerasan mikro vickers
Perbandingan Kekerasan (HRV) 1 2 3 Rerata Tanpa HT 288 257 280 275
85 : 15 351 332 268 317 80: 20 299 308 276 294,33 75 : 25 475
292 369 378,67 70 : 30 462 404 404 423,33

## Tabel 3. Pengujian kekuatan tarik
Perba nding an
Area mm 2 Max.
Force Kgf Yield
Strength Kgf/mm 2 Tensile
Strength Kgf/mm 2
Δ %
Tanp a H.T 60,13 3460,00 40,07 57,54 47,33 85:15 63,62 4841,50 23,35 76,10 33,33 63,62 4327,50 21,50 68,02 33,33 63,62 5761,00 60,78 90,56 27,08 63,62 4467,50 69,55 70,22 47,58 63,62 1339.50 19.85 21.06 87.08 80:20 63,62 4911,00 54,77 77,20 36,50 63,62 5919.00 67.95 93.04 58.00 63,62 4570,00 50,23 71,84 35,83 63,62 4623,50 51,77 72,68 47,42 63,62 4632,00 19,47 72,81 41,92 75:25 63,62 4828,00 56,31 75,89 69,67 63,62 4574,00 20,15 71,90 36,58 63,62 5196,50 28,11 81,68 38,83 63,62 4313,00 23,88 67,80 74,33 63,62 4502,50 24,60 70,77 52,17 70:30 60,82 4114,50 28,67 67,65 35,45 63,62 3707,50 19,24 58,28 31,42 60,13 4265,00 53,00 70,93 46,17 63,62 4517,50 26,51 71,01 46,00 60,13 4073,50 24,02 67,74 29,17
Setelah  dilakukan  foto  makro  untuk mengetahui  ketebalan  lapisan  karbon yang  terbentuk  pada 48pecimen  uji, maka didapatkan seperti di bawah:
Pada perbandingan gas Nitrogen 85% : gas LPG 15%.
Gambar 2. Ketebalan lapisan hasil nitrokarburising baja karbon rendah dengan menggunakan perbandingan gas nitrogen 85% dan gas LPG 15% tanpa etsa, pembesaran 600x.
Pada perbandingan gas Nitrogen 80% : gas LPG  20%.
Gambar 3. Ketebalan lapisan hasil nitrokarburising baja karbon rendah dengan menggunakan perbandingan gas nitrogen 80% dan gas LPG 20% tanpa etsa, pembesaran 600x.
Pada perbandingan gas Nitrogen 75% : gas LPG 25%.
Gambar 4. Ketebalan lapisan hasil nitrokarburising baja karbon rendah dengan menggunakan perbandingan gas nitrogen 75% dan gas LPG 25% tanpa etsa, pembesaran 600x.
Pada perbandingan gas Nitrogen 70% : gas LPG 30%.
Gambar 5. Ketebalan lapisan hasil nitrokarburising baja karbon rendah dengan menggunakan perbandingan gas nitrogen 70% dan gas LPG 30% tanpa etsa, pembesaran 600x.
Pada Spesimen Tanpa Perlakuan.
Gambar 6. Baja karbon rendah ( raw material ) tanpa etsa, pembesaran 600x.

## PEMBAHASAN .
Setelah  dilakukan  uji  komposisi,  dapat terlihat  kandungan  karbon  dan  unsur- unsur  yang  ada  di  dalamnya.  C (Karbon) pada spesimen sebelum diberi perlakuan  panas 0,235  %wt sedangkan pada  spesimen  setelah  perlakuan  panas rata-rata 0,329 %wt. Setelah diberikanya gas Nitrogen dan LPG pada perbendingan  85%-15%,  nilai  karbon sebesar  0,322%wt.  Semakin  tinggi
masukan  gas  LPG  maka  kandungan karbon  semakin  besar  terlihat  pada pemberian  gas  perbandingan  Nitrogen 70%-LPG 30%.
Besi  (Fe)  lebih  dominan  dikarenakan bahan utama pada spesimen awal, setelah mangan  (Mn)  kemudian  karbon  (C) disamping  unsur-unsur  lainya.  Dan  juga setelah  dilakukan  penambahan  masukan gas LPG  terlihat  peningkatan  pada karbon.  Menurut  tata  surdia  [1]  adanya kandungan  karbon  yang  semakin meningkat
akan
menyebabkan pengerasan  permukaan  pada  spesimen sehingga lebih kuat dan tahan aus, karena mempunyai kekerasan yang tinggi. Setelah  melakukan  penelitian  proses nitrokarburising pada baja karbon rendah dengan  menggunakan  alat  reaktor fluidized  bed didapatkan  hasil,  bahwa kekuatan  baja  setelah  di  uji  tarik, kekuatan  tariknya  meningkat  jika dibandingkan pada baja  tanpa perlakuan. Nilai  kekuatan  sebelum  perlakuan  57,54 Kgf/mm 2 ,  nilai  setelah  perlakuan  panas rata-rata  70  Kgf/mm 2 .  Terjadinya perlakuan panas dengan proses nitrokarburising  pada  temperatur  723 o C membuat  sifat  kekuatan  tarik  menjadi tinggi. Berikut ini tabel 4-5 rekapan hasil perhitungan ketelitian pengujian. Dari analisa data yang didapatkan setelah pengujian  kekerasan  Rockwell,  nilai kekerasan  tanpa  perlakuan  275  HRV. Sedangkan  pada  proses  perlakuan  panas mengalami  kenaikan  pada  perbandingan 85% : 15% dengan nilai 317 HRV, pada perbandingan  80%  :  20%  nilai  kekerasa 294,33  HRV,  perbandingan  75%  :  25% nilai  kekerasan  378,67  HRV,  sedangkan pada  perbandingan  70%  :  30%  nilai kekerasanya 423,33 HRV.
Nilai kekerasannya mengalami kenaikan dengan  dinaikanya  aliran  gas  LPG. Tampak bahwa kekerasan tiap spesimen pada  perbandingan  berbeda-beda.  Nilai kekerasan  pada  spesimen  tanpa perlakuan 275  HRV.  Nilai  kekerasan setelah perlakuan nitrokarburising lebih tinggi  dari  yang  tanpa  perlakuan  dan nilai  itu  semakin  tinggi  dengan diberikanya  kenaikan  gas  LPG. Nilai kekerasan paling tinggi pada perbandingan gas Nitrogen 70% dan gas LPG 30% dengan angka 423,33 HRV.
Dilakukan  uji  foto  makro  dapat  dilihat ketebalan lapisan karbon yang diperoleh dari  hasil  perlakuan  panas  dengan proses  nitrokarburising  pada  baja karbon  rendah  dengan  memberikan masukan gas doping (gas N2 dan LPG) dan  juga  merupakan  hasil  difusi  dari pasir  silika.  Perlakuan  panas  sampai temperatur  723 o C  membuat  terjadinya perubahan  fasa  austenit  pada  spesimen sehingga  media  tambahan  dari  gas  dan juga pasir silika akan terbentuk senyawa carbon  dapat  masuk  dilapisan  tersebut. Sehingga  setelah  dilakukan  test  foto makro dapat terlihat lapisan kandungan karbon  yang  terdapat  pada  permukaan spesimen tersebut.

## KESIMPULAN.
1. Semakin  tinggi  masukan  gas  LPG maka  kandungan  karbon  semakin besar  terlihat  pada  pemberian  gas perbandingan  Nitrogen  70% - LPG 30%.
2. Nilai  kekerasan  paling  tinggi  pada perbandingan  gas Nitrogen 70% dan gas  LPG  30%  dengan  angka 423,33 HRV.
3. Perlakuan  panas  sampai  temperatur
723 o C membuat terjadinya perubahan fasa  austenit  pada  spesimen  sehingga media  tambahan  dari  gas  dan  juga pasir  silika  akan  terbentuk  senyawa carbon dapat masuk dilapisan tersebut

## DAFTAR PUSTAKA
1. Djaprie Sriati, 1992,”Ilmudan Teknologi Bahan”, Erlangga; Jakarta
2. http:// www.Fluidized
Bed
Process.com /Technology/acc
img/reaktor  proses  jpg.  (20  juli  2010; 20:00 WIB)
3. Prosiding,  2006,”Seminar  Nasional Ilmu  Dan  Teknologi  Material (SNITM)”, ITS; Surabaya
4. [Tata  Surdia,  2000,”Pengetahuan Bahan Teknik”, PT Pradnya Paramita, Jakarta.
5. Van Vlack, Lawrence, 2004, ”Elemen- elemen  Ilmu  dan  Rekayasa  Material”, Erlangga; Jakarta
6. Wiryosumarto Harsono, 1998,
“Teknologi  Teknologi  Pengecoran Logam”, Bandung