## PERANCANGAN PACK CARBURIZING DENGAN METODA EKSPERIMEN SUNGGUHAN MENGGUNAKAN ARANG LAMTORO LOKAL PULAU TIMOR
Oktovianus Dharma Rerung Jurusan Teknik Mesin, Program Studi D4 Produksi dan Perawatan Politeknik Negeri Kupang Email: s55_mr@yahoo.co.id
Dedy Nataniel Ully Jurusan Teknik Mesin, Program Studi D3 Teknik Otomotif Politeknik Negeri Kupang Email: dedy_ully@yahoo.com

## ABSTRAK
Pack carburizing adalah salah satu cara perlakuan panas untuk meningkatkan kekerasan permukaan baja.  Penelitian  ini  menggunakan  arang  lamtoro  lokal  pulau  Timor  yang  biasa  digunakan  sebagai  kayu bakar  oleh  masyarakat  tradisional.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  karateristik  dari  sifat fisis  dan  mekanis  baja  karbon  rendah  akibat  pengarbonan.  Metode  yang  digunakan  adalah  eksperimen sungguhan yaitu melakukan pengarbonan baja dengan holding time 1-4 jam dengan quencing air. Hasil penelitian  menunjukkan holding  time berbanding  lurus  dengan  peningkatan  kekuatan  tarik  (  )  dan kekerasan  (HRC)  tetapi  berbanding  terbalik  dengan  regangan  (  ).  Nilai  kekerasan  baja  juga  meningkat siknifikan  antara  374.66%  ~  394.50%,  dengan  perubahan  fisis  dari  transformasi  fasa  lamelar  perlit menjadi fasa martensit. Model matematis yang dibentuk masing-masing hubungan holding time terhadap yielding  strength ,  kekerasan  dan  regangan.  Variabel  –  variable  X  dari  masing-masing  pendekatan matematis tersebut  mengalami penambahan/penurunan  maka  variabel  Y  mengikuti operasi aljabar yang terbentuk  dari  persamaan  regresi  maupun  eksponensial  tersebut.  Penelitian  ini  membuktikan  bahwa penggunaan arang kayu lamtoro lokal Timor baik digunakan untuk bahan pengarbonan baja.
Kata kunci: pack carburizing ; arang lamtoro; sifat fisis dan mekanis; model matematis.

## ABSTRACT
Pack  carburizing  is  one  way  of  heat  treatment  to  increase  the  hardness  of  steel  surfaces.  This research uses local lamtoro charcoal from the island of Timor which is commonly used as firewood by traditional communities. The  purpose  of this study  was to  determine  the  characteristics  of the  physical and  mechanical  properties  of  low  carbon  steel  due  to  carbonization.  The  method  used  is  a  real experiment that is doing steel carbonization with 1-4 hour holding time with water cooling. The results showed that holding time was directly proportional  to the increase in tensile strength (  ) and hardness (HRC) but were inversely proportional to strain (  ). The steel hardness value also increases significantly between 374.66% ~ 394.50%, with the physical change from the transformation of the pearlite lamellar phase  to  the  martensite  phase. The  mathematical  model  formed  by  each  holding  time  relationship  to yielding  point,  hardness  and  strain.  The X  variables  of  each  approach  mathematically experiencing  an increase/decrease,  the  variable  Y  follows  the  algebraic  operation  formed  from  the  regression  equation and  the  exponential.  This  research  proves  that  the  use  of Timorese  local  lamtoro  charcoal  is good  for steel carbonization.
Keywords:  pack  carburizing;  lamtoro  charcoal;  physical  properties  and  mechanical  properties; mathematical model.

## 1. PENDAHULUAN
Masyarakat  desa-desa  di  pulau  Timor  provinsi  Nusat  Tenggara  Timur  sebahagian  masih menggunakan kayu sebagai sumber energi yang digunakan sebagai kayu bakar untuk memasak. Keunikan alam dari pulau Timor yang terkenal gersang, tanah bebatuan karang dan kadar kelembaban yang rendah berdampak pada pohon dan tumbuhan yang tumbuh. Pohon yang tumbuh menyukai tempat yang beriklim
panas  dan  gersang,  seperti  cendana,  kesambi,  lontar,  dan  beberapa  tanaman  lainnya  termasuk  lamtoro. Salah  satu  jenis  kayu  yang  multi  fungsi  oleh  penduduk  lokal  adalah  pohon  lamtoro  dimana  daunnya digunakan  untuk  makanan  ternak  dan  batangnya  sebagi  kayu  bakar.  Secara  umum  pohon  lamtoro bukanlah  kayu  yang  keras  dibandingkan  jenis  kayu  lainnya.    Walaupun  demikian  kayu  lamtoro mempunyai  keunikan  dimana  mempunyai  kadar  karbon  terikat  yang  cukup  tinggi  tetapi  nilai  kalornya relative  lebih  rendah  dari  kayu  keras  lainnya  yang  tumbuh  di  pulau  Timor.    Hasil  penelitian  penetian terdahulu menunjukkan dimana kadar karbon terikat pada arang arang kayu jati adalah 80,18 % dengan nilai  kalor  7.141  kal/gram  sedangkan  lamtoro  lebih  besar  yaitu.  85,18  %  dengan  nilai  kalornya  lebih rendah  yaitu  7.062,18  kal/gram  [1].  Selanjutnya  disebutkan  bahwa  kadar  karbon  terikat  mempengaruhi penurunan  besi  oksida  dari  biji  besi  pada  saat  produksi  logam.  Kadar  karbon  terikat  yang  tinggi  akan disenangi  untuk  produksi  logam  [2].  Dengan  demikian  akan  menjadi  menarik  meneliti  lebih  jauh penggunaan arang lamtoro untuk carburizing pada logam ferro.
Logam  ferro  merupakan  komponen  utama  industri  manufaktur  baik  yang  menggunakan  baja maupun  besi  tuang.  Khusus  untuk spare  part dari  komponen  baja  perlu  memperhatikan  karakteristik logam yang digunakan agar dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Logam dengan karbon rendah banyak digunakan karena mempunyai keuletan yang tinggi dan mudah dikerjakan dengan mesin-mesin perkakas. Akan  tetapi  baja  karbon  yang  mempunyai  kandungan  karbon  yang  rendah  juga  memiliki  kekerasan rendah, tegangan tarik rendah dan mudah  mengalami keausan.  Oleh sebab itu spare  part baja tersebut perlu  dilakukan  proses carburizing untuk  menambah  kekerasan  dan  kekuatan.  Beberapa  sifat  mekanik dari hasil carburizing adalah tegangan yaitu perbandingan antara gaya tarik yang berkerja benda terhadap luas  penampang  benda  tersebut.  Batas  dari  elastisitas  dari  tegangan  taik  adalah  kekuatan  luluh  disebut yielding point . Regangan adalah pebandingan antara pertambahan panjang benda terhadap panjang benda mula-mula dan  kekerasan  ketahanan  bahan  atau  logam  terhadap  deformasi  indentasi.  Pada  umumnya pengujian kekerasan bertujuan untuk mengukur tahanan dari bahan atau logam terhadap deformasi plastis. Proses karburasi padat berlangsung permukaan baja karbon rendah pada suhu di daerah austenitik, yang umumnya adalah antara 800°C hingga 950°C untuk baja karbon rendah [3]. Proses carburizing pada baja karbon rendah dapat meningkatkan kekerasan pada permukaan sehingga mampu tahan terhadap gesekan. Salah satu metode carburizing adalah proses pack carburizing. Pack carburizing adalah benda kerja dan karbon diletakkan dalam sebuah container untuk memastikan optimum permukaan yang akan dikeraskan. Menurut  beberapa  penelitian  sebelumnya  yang  dilakukan  E.  Gunawan  yang  menggunakan  berbagai macam  bahan  yang  mengandung  karbon,  Sujita    menggunakan  serbuk  arang  tongkol  dan  serbuk  arang cangkang  mutiara,  Aidha  dan  Mirantie  Dwiharsanti,  dkk,    yang  menggunakan  arang  tempurung  kelapa dan  bahan  katalisator  BaCO3.  Tujuan  penelitian  mereka  adalah  untuk  mengetahui  factor-faktor  yang berpengaruh  terhadap  kekerasan  baja  karbon  rendah  dan  menghasilkan  baja  karbon  dengan  tingkat kekerasan yang diinginkan [4][5][6][7].
Menyimak  akan  data-data  tentang  arang  lamtoro  dan  penelitian  industri  yang  telah  dilakukan sebelumnya,  maka  penelitian  ini  ingin  mencermati  sejauhmana  pengaruh  pengarbonan  baik  pengujian eksperimental  dengan  eksperimen  sungguhan  maupun  pendekatan  penelitian  industri  dengan  cara faktorial terhadap tensile strength, hardness test dan strain diikuti dengan perubahan foto mikrostruktur hasil pengujian metalografi. Secara eksperimental sungguhan akan menghasilkan hubungan sebab akibat dengan  pengamatan  langsung  dan  eksperimen  dengan  pendekatan  regresi  menghasilkan  pendekatan matematis  untuk  mengetahui  karateristik  dari  masing-masing  pengujian (tensile,  hardness  dan  strain) terhadap holding  time .  Mengingat  jumlah  data  yang  disajikan  dalam  pengamatan  langsung  jumlahnya tidak  terlalu  banyak  maka  dalam  pendekatan  matematis  dilakukan  dengan  menghitung  persamaan matematis dengan menggunakan software sigmaplot.
Deformasi  dalam  mekanika  kontinuum  adalah  transformasi  sebuah  benda  dari  kondisi  semula  ke kondisi terkini. Makna dari "kondisi" dapat diartikan sebagai serangkaian posisi dari semua partikel yang ada  di  dalam  benda  tersebut.  Sebuah  deformasi  dapat  disebabkan  oleh  gaya  eksternal, gaya  internal, dalam penelitian ini gaya eksternal dapat diakibatkan oleh temperatur austenite dan gaya internal karena perubahan nilai karbon. Regangan adalah bagian dari deformasi, yang dideskripsikan sebagai perubahan relatif  dari  partikel-partikel  di  dalam  benda  yang  bukan  merupakan  benda  kaku.  Definisi  lain  dari regangan bisa berbeda-beda tergantung pada bidang apa istilah tersebut digunakan atau dari dan ke titik mana  regangan  terjadi.  Dalam  benda  kontinu,  bidang  yang  terdeformasi  dihasilkan  dari  tegangan  yang diaplikasikan akibat adanya gaya atau pemuaian di dalam benda. Hubungan antara tegangan dan regangan diekspresikan  sebagai  persamaan  konstitutif,  seperti  hukum  Hooke  mengenai  elastisitas  linear.  Benda yang  terdeformasi  dapat  kembali  ke  kondisi  semula  setelah  gaya  yang  diaplikasikan  dilepas,  dan  itu disebut sebagai deformasi elastis. Namun ada juga deformasi tidak dapat dikembalikan meski gaya telah dilepas, yang disebut dengan deformasi plastis, yang terjadi ketika benda telah melewati batas elastis atau yield dan  merupakan  hasil  dari  slip  atau  mekanisme  dislokasi  pada  tingkat  atom.  Tipe  lainnya  dari deformasi yang tidak dapat kembali yaitu deformasi viscous atau deformasi viskoelastisitas. Dalam kasus
deformasi  elastis,  fungsi  respon  yang  terkait  dengan  regangan  terhadap  tegangan  dijelaskan  dalam ekspresi tensor hukum Hooke.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen sungguhan (true experiment design) dan pendekatan eksperimental factorial. Metode eksperimen sungguhan merupakan rancangan penelitian yang  meneliti  tentang  kemungkinan  sebab  akibat  antara  kelompok  yang  diberi  perlakuan  dengan kelompok  kontrol  (kelompok  tidak  diberi  perlakukan)  [8].  Sedangkatan  pendekatan  matematis eksperimen  dengan  menghitung  persaman  matematis  dari  hubungan  sebab  akibat  dengan  regresi  linear dari  masing-masing  variabel  ( hardness,  yielding  point dan strain )  yang  dipengaruhi  oleh holding  time . Regresi  linier  adalah  metode  statistika  yang  digunakan  untuk  membentuk  model  atau  hubungan  antara satu atau lebih variabel bebas X dengan sebuah variabel respon Y. Analisis regresi dengan satu variabel bebas X disebut sebagai regresi linier sederhana, sedangkan jika terdapat lebih dari satu variabel bebas X, disebut  sebagai  regresi  linier  berganda  [9].  Sedangkan  untuk  menjelaskan  pendekatan exponential smoothing adalah  peramalan  intuitif  metode  yang  menitik  beratkan  pada  timeseries  yang  diamati. Pendekatan ini biasanya dikaitkan dengan kesederhanaan, efisiensi komputasi, kemudahan menyesuaikan respon  terhadap  perubahan  dalam  proses  perkiraan,  dan  akurasi  yang  wajar.  Setelah  mempelajari  teori tentang  regangan  dalam  pengujian  tarik  maka  pengujian  yang  cocok  dengan  hal  ini  adalah  karateristik hasil holding time terhadap strain.
Rancangan  penelitian  menggunakan  bahan  baja  karbon  rendah  ST  37  berpenampang  bulat berdiameter  10  mm.    Keseluruhan  jumlah  spesimen  uji  yang  disiapkan  adalah  untuk  pengujian  tarik sebanyak 15 (lima belas) spesimen uji, pengujian kekerasan sebanyak 5 (lima) spesimen uji dan pengujian metalografi  5  (lima)  spesimen  uji.  Penjelasan  masing-masing  kelompok  perlakuan  dijelaskan  sebagai berikut:

## 2.1 Kelompok Yang Mendapat Perlakuan
Carburizing merupakan  suatu  proses  penambahan  kandungan  karbon  pada  permukaan  baja  untuk mendapatkan  sifat  baja  yang  lebih  keras  pada  permukaan  seperti  yang  dilakukan  penelitian  terdahulu menggunakan  gas  karburising  [10].  Kelompok pack  carburizing dengan  perlakuan  panas  pada  900  °C pada holding  time 1,  2,  3  dan  4  jam.  Disiapkan  12  (dua  belas)  spesimen  uji  tarik  untuk  kelompok  ini, dimana  masing-masing  3  (tiga)  spesimen  untuk  setiap holding  time (1  jam,  2  jam,  3  jam  dan  4  jam). Pengujian  tarik  mengikuti  standarisasi  di  seluruh  dunia,  misalnya  di  Amerika  dengan  ASTM  E8  dan Jepang  dengan  JIS  2241.  Untuk  pengujian  kekerasan  dan  uji  metalografi  masing-masing  4  spesimen dengan rincian tiap-tiap perlakuan waktu 1 hingga 4 jam holding time masing-masing 1(satu) spesimen uji. Pengujian  kekerasan  menggunakan  pengujian Hardness  Rockwell  C dan  pengujian  metalografi menggunakan mikroskop binocular terkoneksi software HIROX KH-1300.

## 2.2 Kelompok Yang Tidak Mendapat Perlakuan
Kelompok  tidak  mendapat  perlakuan  panas  dipakai  sebagai  pembanding  hasil  uji  yang  telah dilakukan  kelompok  yang  mendapat  perlakuan.  Terdiri  dari  3(tiga)  specimen  tarik  dan  masing-masing 1(satu)  specimen  uji  kekerasan  dan  uji  metalografi.  Pengujian  yang  dilakukan  sama  dengan  metoda pengujian  kelompok  yang  mendapat  perlakuan  kecuali  indentor  pengujian  kekerasan  menggunakan Hardness Rockwell B . Jika diuraikan dalam hubungan sebab akibat antar variabel, maka kelompok yang mendapat perlakuan membentuk variabel bebas; adalah suhu perlakuan panas 900° C, holding time pada 1,2,3 dan 4 jam dan media pendingin yang dipilih adalah pendingin air. Variabel bergantung adalah nilai hasil  pengujian  tarik,  pengujian  kekerasan  dan  perubahan  fasa  hasil  pengujian  metalografi.  Sedangkan variabel  kontrol  adalah  nilai  pengujian  tarik,  pengujian  kekerasan  dan  uji  metalografi  yang  tidak mendapat perlakuan.
Hasil yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah untuk melihat hubungan kekuatan tarik luluh (  ) yield  point dan  regangan  (%) strain pada holding  time 1  hingga  4  jam.  Demikian  juga  bagaimana fenomena kekerasan yang terjadi pada material baja karbon rendah dengan kondisi yang sama. Pengujian metalografi  dipakai  sebagai  gambaran  visual  transformasi  fasa  pada  desain pack  carburizing menggunakan arang lamtoro lokal Pulau Timor.

## 2.3 Diagram Alir Penelitian

## Mulai
Pembuatan Spesimen 1. Profil Tarik 2. Profil Kekerasan 3. Profil uji metalografi Kelompok yang mendapat perlakuan panas
T=900°C Holding Time (1,2,3 dan 4 jam) 1. Pengujian Tarik 2. Penguian Kekerasan
3. Pengujian Metalografi Kelompok yang tidak mendapat perlakuan panas 1. Pengujian Tarik 2. Penguian Kekerasan
3. Pengujian Metalografi
1. Data Uji Tarik
2. Data Uji Kekerasan 3. Data Uji Metalografi 1. Data Uji Tarik
2. Data Uji Kekerasan 3. Data Uji Metalografi Studi Pustaka Penelitian Terdahulu Pengolahan Data Cukup Hasil dan Pembahasan Kesimpulan/ Saran Selesai ya tidak Model Matematis Eksperimen
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian  dilakukan  dengan  proses  karburising  baja  karbon  rendah  menggunakan  arang  lamtoro lokal Kupang pada kotak heat treatment dan dimasukkan ke dalam tungku hingga 900°C. Terdapat 3 jenis bentuk profil benda uji yang digunakan berdasarkan rancangan penelitian yaitu profil uji tarik, profil uji kekerasan dan profil uji metalografi. Waktu tahan (holding time) masing-masing selama 1, 2, 3 dan 4 jam untuk  masing-masing  bentuk  uji  profil.  Media  quenching  pendingin  yang  digunakan  adalah  air  yang disebut  juga  sebagai  pendinginan  cepat.  Setelah  pedinginan  dilakukan  masing-masing  bentuk  profil  uji dikumpulkan sesuai waktu perlakuannya. Adapun pengujian yang dilakukan adalah kelompok pengujian tarik, kelompok pengujian kekerasan dan kelompok pengujian metalografi.

## 3.1 Hasil
Setelah  melaksanakan  proses pack  carburizing kemudian  dilakukan  pengujian  masing-masing karateristik dengan eksperimen sungguhan dan pengamatan langsung.  Hasil dari data tersebut kemudian dihitung  atau  ditampilkan  sesuai  hasil  pengamatan  dan  ditabelkan.  Tabel  data  hasil  pengujian  tarik (tensile test) , pengujian kekerasan (hardness test) ditabel seperti di bawah ini sedangkan data hasil foto microstruktur hasil pengujian metalografi diberi penjelasan.

## Tabel 1. Data hasil pengujian tarik dan pengujian kekerasan
Ø Holding Beban (F) ΔL Yield Point ε (ΔL/Lo.100) σ (F/Ao) (mm) Time (N) (mm) (N/mm²) (%) (N/mm²) HRB HRC 9,70 Tanpa 44.800,00 23,33 410,24 25,92 606,55 95,06 -16 9,80 Perlakuan 43.100,00 22,44 388,65 25,54 571,69 98,65 21 9,80 Panas 42.900,00 21,89 396,60 24,32 569,04 96,20 -17 9,77 43.600,00 22,55 398,50 25,26 582,43 96,64 -18 9,90 49.700,00 20,10 487,39 20,96 645,96 50,33 9,80 1 Jam 48.700,00 19,25 462,76 21,39 632,96 49,22 9,80 48.900,00 19,70 494,76 21,89 635,56 48,78 9,83 49.100,00 19,68 481,64 21,41 638,16 49,44 9,90 52.600,00 18,86 500,39 20,96 683,65 51,34 9,85 2 Jam 51.500,00 18,67 491,07 20,74 676,21 54,20 9,90 52.000,00 18,90 502,99 21,00 675,85 50,45 9,88 52.033,33 18,81 498,15 20,90 678,57 52,00 9,85 51.900,00 17,99 517,33 19,99 681,46 51,85 9,90 3 Jam 54.200,00 17,85 515,99 19,83 704,45 52,45 9,80 52.300,00 17,90 505,37 19,89 693,73 52,80 9,85 52.800,00 17,91 512,90 19,90 693,21 52,37 9,85 54.900,00 16,98 555,41 18,87 720,85 55,34 9,90 4 Jam 54.700,00 17,88 549,78 19,87 710,94 52,45 9,90 57.600,00 18,20 567,98 20,22 748,64 51,23 9,88 55.733,33 17,69 557,72 19,65 726,81 53,01 Hardness
Pada tabel 1. Hasil pengujian Tarik dan Pengujian kekerasan juga  menunjukkan hubungan holding time terhadap kekerasan yielding point dan hardness .

## 3.2 Pembahasan

## 3.2.1 Hubungan Holding Time, Hardness dan Strain
Regangan  atau  strain  adalah  perubahan  pada  ukuran  benda  karena  gaya  dalam  kesetimbangan dibandingkan  dengan  ukuran  semula. Strain juga  dapat  dikatakan  sebagai  tingkat  deformasi.  Tingkat deformasi  tersebut  dapat  memanjang,  memendek,  membesar,  mengecil  dan  sebagainya.  Pembebanan akan  mengalami  deformasi.  Perbandingan  antara  deformasi  dengan  panjang  mula-mula  disebut  sebagai regangan. Holding  time adalah  Mempertahankan  suhu  pada  waktu  tertentu  sehingga  temperaturnya merata  dan  perubahan  struktur  baja  terjadi  secara  merata.  Sedangkan  kekerasan  material  menggunakan metoda rockwell ini  didasarkan pada  penekanan  sebuah indentor dengan  suatu  gaya  tekan  tertentu kepermukaan  yang  rata  dan  bersih  dari  suatu  logam  yang  diuji  kekerasannya.  Setelah  gaya  tekan dikembalikan  ke  gaya minor maka  yang  dijadikan  dasar  perhitungan  nilai  kekerasan rockwell bukanlah hasil pengukuran diameter ataupun diagonal bekas lekukan tetapi justru “dalamnya bekas lekukan yang terjadi  itu”.  Inilah  kelainan  cara rockwell dibandingkan  dengan  cara  pengujian  kekerasan  lainnya Pengujian rockwell yang umumnya biasa dipakai ada ke jenis yaitu HR A , HRB, dan HR C . HR itu sendiri merupakan  suatu  singkatan  dari  kekerasan rockwell atau rockwell  hardness number dan  kadang-kadang disingkat dengan huruf R saja.
Secara umum data hasil pengujian memberikan gambaran karateristik tiga dimensi seperti di bawah ini.  Hubungan holding  time,  hardness  dan  strain tanpa  perlakuan pack  carburizing menunjukkan  pada satu titik hubungan dari ketiganya. Holding time pada 0 jam, hardness test pada skala 96.64 HRB atau -18 HRC dan strain sebesar 26.26 %. Jika dijelaskan lebih jauh materialnya lunak dan elastis.

## Gambar 2. Hubungan Holding Time, Hardness Dan Strain Tanpa Perlakuan Pack Carburizing
Deskripsi  untuk  material  yang  mendapat  perlakuan pack  carburizing dimulai  dari  kondisi  seperti pada  gambar  1.  Secara  perlahan  temperature  dalam  tunggku  mulai  bergerak  dari  titik  0  °C  hingga mencapai temperatur austenit pada 900 °C, kemuadian ditahan 1 – 4 jam (holding time) . Pada temperature inilah  proses  difusi  dalam  baja  mulai  bekerja  unsur  karbon  pada  arang  akan  mengikat  ferro  yang mengakibatkan  konsentrasi  arang  bertambah  dan  baja  menjadi  lebih  keras.  Hubungan  yang  dari  ketga variabel, holding  time,    hardness  dan  strain menunjukkan  pergerakan  hardness  meningkat  berbanding lurus dengan peningkatan hoding time, sedangkan pergerakan strain menurun atau benrbanding terbalik dengan  meningkatnya  holding  time.  Dari  tabel  hasil  dan  gambar  2  pengujian  terlihat  perubahan  - perubahan sifat mekanik akibat perlakukan panas, sebagai berikut:
a. Kekuatan  (  )  tarik  meningkat  berbanding  lurus  dengan  waktu  waktu  tahan (holding  time).
Setiap  perubahan  waktu  holding  time    1,  2,  3  dan  4  jam  meningkatkan  kekuatan  tegangan yielding point maupun kekuatan tariik maksimum.
b. Sebaliknya  regangan  (  )  yang  terjadi  berbanding  terbalik  dengan  peningkatan holding  time dalam  tungku.  Semakin  lama  holding  time  akan  menurunkan  strain,  yang  juga  berarti peningkatan  tensile strength akan  menurunkan  strain.  Strain  menurun  dari  benda  asli  tanpa perlakuan  25.26%  menjadi  21.41%  -  19.65  %  pada holding  time 1-4  jam,  seperti  yang ditunjukkan pada gambar 3.
c. Jika  dibandingkankan  dengan  benda  aslinya  dimana  tegangan  tarik  maksimum  berkisar  582 N/mm²  meningkat  menjadi  726.81  N/mm²  pada holding  time 4  jam  pengujian.  Demikian  juga pada  kekuatan  yielding  point  benda  asli  398,50  N/mm²  meningkat    menjadi  557  N/mm²  pada holding time 4 jam pengujian.
d. Pada pengujian kekerasan mengindikasikan peningkatan kekerasan yaitu pada benda asli 96.64 HRB atau jika dikonversikan pada indentor Rockwell C sekitar -18 HRC menjadi 49.44 HRC – 53.01 HRC pada holding time 1-4 jam. Hal ini menunjukkan adanya peingkatan kekerasan yang sangat significant dengan pengujian karburisasi menggunakan arang pohon lamtoro lokal pulau Timor.
Dari penjelasan tersebut di atas menunjukkan adanya perubahan sifat mekanik baja yang mendapat perlakuan  panas  dengan carburizing .  Arang  kayu  lamtoro  lokal  pulau  Timor  bisa  direkomendasikan sebagai salah satu jenis arang yang cocok untuk proses pengarbonan.
Gambar 3. Hubungan Holding Time, Hardness dan Strain Setelah Perlakuan Pack Carburizing

## 3.2.2 Hasil Penelitian Metalografi
Pada baja karbon rendah misalnya bahan ST 37 kristal yang terbentuk adalah ferit dan perlit, yaitu ferit  atau  disebut  juga  besi  alfa  adalah  istilah  material  untuk  besi  murni  dengan  struktur  kristal body centered cubic (BCC).  Perlit merupakan suatu fasa  yang mengandung 0,83 % karbon yang terdiri dari campuran ferit dan sementit. Dalam hal karateristik, perlit memiliki struktur yang lebih keras dibanding ferit, disebabkan adanya fasa sementit dalam bentuk lamelar, dimana sementit memiliki sifat yang keras sedangkan  ferit  sifatnya  lunak  dan  ulet.  Penambahan  karbon  yang  disebut carburizing atau  karburasi, dilakukan dengan cara memanaskan pada temperatur yang cukup tinggi yaitu pada temperature austenit dalam  lingkungan  yang  mengandung  atom  karbon  aktif,  sehingga  atom  karbon  aktif  tersebut  akan berdifusi masuk ke dalam permukaan baja dan mencapai kedalaman tertentu. Setelah proses difusi, diikuti perlakuan pendinginan cepat ( quenching ), sehingga diperoleh permukaan yang lebih keras, tetapi liat dan tangguh  bagian  tengahnya.  Difusi  adalah  gerak  spontan  dari  atom  atau  molekul  di  dalam  bahan  yang cenderung  membentuk  komposisi  yang seragam.  Hukum  pertama Fick’s  menyatakan bahwa  difusi dari sebuah  elemen  dalam  suatu  bahan  substrat  merupakan  fungsi  koefisien  difusi  dan  gradien  konsentrasi. Gradien  konsentrasi  adalah  jumlah  atom  yang  terdapat  disekitar  substrat  dibandingkan  dengan  jumlah atom  yang terdapat  di dalam substrat.  Ada  beberapa  faktor yang  mempengaruhi  kecepatan difusi  yaitu, temperatur, komposisi dan waktu.

## Gambar 4. Mikrostruktur ST 37 Bahan Dasar Pengujian Yang Tidak Mendapat Perlakuan
Dalam gambar 4 dan 5 menunjukkan perubahan mikrostruktur terhadap holding time. Struktur yang terbentuk  adalah  martensit  yang  keras  akibat  dari  proses  difusi  pada  temperature  950°C  dengan pencelupan cepat. Penjelasan gambar sebagai berikut:
a. Pada holding  time 1  jam  terlihat  mikrostruktur  martensit  berbentuk  jarum  terlihat  lebih  terang berpadu dengan sedikit perlit.
Ferit
lamellar perlit
b. Pada holding  time 2  jam  terlihat  mikrostruktur  martensit  berbentuk  jarum  terlihat  semakin banyak.
c. Pada holding time 3 dan 4 jam menunjukkan gambar semakin gelap dipenuhi oleh mikrostruktur martensit yang menunjukkan proses difusi berjalan dengan baik.
Untuk  menjelaskan  lebih  jauh  bagaimana  pengaruhnya  terhadap  sifat  makanikal,  tensile yielding point , hardness test dan strain dari material baja ST 37 yang telah mendapat perlakuan pack karburizing akan dijelaskan hubungan-hubungan matematis dalam penjelasan selanjutnya.
1 jam
2 jam
3 jam
4 jam
Gambar 5. Foto Mikrostruktur Pack Carburizing Berdasarkan Waktu Penahanan Tungku (Hoding
Time)

## 3.2.3 Model Matematis Pengujian Tarik
Titik  luluh  yang  juga  disebut  yielding  point  adalah  titik  batas  dimana  benda  uji  terus  mengalami deformasi  tanpa  adanya  penambahan  beban  dalam  setiap  pengujian.  Titik  pemebebanan  ini  ditandai sebagai kekuatan luluh (yielding strength).  Pada pengujian ini dilakukan untuk semua kelompok benda uji  baik  yang  tidak  mendapat  perlakuan  maupun  yang  mendapat  perlakuan.  Kelompok  benda  uji  yang tidak  mendapat  perlakuan  yang  disebut  sebagai  benda  asli  menunjukkan  nilai  yielding  strength  sebesar 398.50  N/mm².  Baja-baja  yang  mendapat  perlakuan  berturut-turut  holding  time  1  jam  sebesar  481.64 N/mm², 2 jam sebesar 498.15, 3 jam sebesar 512.90 N/mm² dan 4 jam sebesar 557.72 N/mm². Data ini menunjukkan  holding  time  berpengaruh  besar  terhadap  peningkatan  kekuatan  bahan  yang  telah mengalami  perlakuan  karburisasi.  Peningkatan  yielding  strength  diikuti  dengan  perubahan  foto  micro structure permukaan masih-masing benda uji. Gambar microstructure benda asli menunjukkan ferit dan lamellar  perlit  sedangkan  perubahan  yang  ekstrim  pada  gambar  micro  structure  perlakuan  1-4  jam. Gambar micro structure pada permukaan benda kerja yang mendapat perlakuan karburisasi menunjukkan lamelar  perlit  dan  matensit.  Martensit  yang  semakin  lama-semakin  gelap  dapat  dimaknai  sebagai penambahan  karbon  pada  setiap  fasa.    Lamelar  perlit  menunjukkan  gumpalan  karbon  sedangkan  fasa martensit adalah keras dan getas.
Gambar 6. Grafik Hubungan Holding Time Terhadap Yielding Point Pengujian Tarik
Tabel 2. Equation polynominal, lineat f = y0+a*x R Rsqr Adj Rsqr Standard Error of Estimate 0.9476 0.8980 0.8639 21.5230 Coefficient Std. Error t P y0 419.8420 16.6717 25.1830 0.0001 a 34.9700 6.8062 5.1380 0.0143
Nilai R atau Mulltiple R. Menunjukkan korelasi antara variabel bebas dengan variabel tergantungnya (tidak  bebas).  Harga  R  sebesar  0,9476  menunjukkan  nilai  korelasi  variabel X(holding  time) dengan variabel Y  (Yielding  point). Selanjutnya R  Square adalah koefisien  determinasi  yang  menunjukkan pengaruh  langsung  variabel  bebas  terhadap  variabel  tergantungnya  yang  dinyatakan  dalam  persentase. Koefisien  determinasi  0,898  berarti  bahwa  variabel  X (hoding  Time) memengaruhi  secara  langsung variabel  Y (yielding  point )  sebesar  89.80%  sedangkan  (100-89.80)%=  10.20%  dipengaruhi  oleh  faktor lain diluar variabel X. Adjusted R Square merupakan koefisien determinasi yang telah terkoreksi dengan jumlah  variabel  dan  ukuran  sampel  sehingga  dapat  mengurangi  unsur  bias  jika  terjadi  penambahan variabel. Adjusted  R  Square sebesar  0,8639  berarti  variasi  variabel  Y  dapat  dijelaskan  oleh  variabel  X sebesar 86.39% atau variabel X (holding time) memengaruhi variabel Y sebesar 86.39%. Standart Error of the Estimate menunjukkan penyimpangan antara persamaan regresi dengan nilai dependent riil sebesar 21.52  satuan  variabel  dependent  (jika  variabel  Y  dalam  satuan  maka  besarnya  penyimpangan  adalah sebesar  21.52  satuan).  Semakin  kecil  nilai Std.  Error  of  the  Estimate maka  semakin  baik  persamaan regresi  tersebut  sebagai  alat  prediksi.  Pada  umumnya  S.E  <  Std.  Pada  estimamasi  ini  terlihat  nilai  S.E lebih  besar  dari  pada  Std,  hal  ini  diakibatkan  adanya  perlakuan  pack  carburizing  yang  dilakukan mengakibatkan peningkatan yielding point yang cukup ekstrim dari benda aslinya (tanpa perlakuan). Hal lain yang bisa mempengaruhi adalah jumlah data yang tersebar terbatas.
Dari  hasil  di  atas  diperoleh  persamaan  regresi Y  = 419.84 + 34.97 X ,  yang  berarti  bila  variabel  X berada  pada  posisi 0 point  maka  nilai  variabel  Y sebesar  419.84 (tidak  mengalami perubahan/stagnasi) dan bila variabel X mengalami penambahan/penurunan maka variabel Y mengikuti operasi aljabar yang terbentuk  dari  persamaan  regresi  tersebut.  Persamaan  regresi  yang  dihasilakn  bukanlah  hubungan  yang sangat  ideal  karena  masih  adanya  bias  karena  pengaruh  faktor-faktor  lain,  tetapi  setidaknya  sudah mencerminkan  hubungan  penetapan  waktu  ( holding  time )  yang  diinginkan  terhadap  kekuatan yielding point .

## Gambar 8. Grafik Hubungan Holding Time Terhadap Strain Pengujian Tarik
Telah  disebutkan  pada  penjelasan  data  penelitian  sebelumnya  bahwa holding  time berbanding terbalik dengan strain sehingga pendekatan model matematis yang digunakan adalah bentuk eksponensial dengan  regresi.  Nilai R atau Mulltiple  R. Menunjukkan  korelasi  antara  variabel  bebas  dengan  variabel tergantungnya (tidak bebas). Harga R sebesar 0,8893 menunjukkan nilai korelasi variabel X(holding time) dengan variabel Y (strain). Selanjutnya nilai R Square adalah koefisien determinasi yang menunjukkan pengaruh  langsung  variabel  bebas  terhadap  variabel  tergantungnya  yang  dinyatakan  dalam  persentase. Koefisien  determinasi  0,7908  berarti  bahwa  variabel  X (hoding  Time) memengaruhi  secara  langsung variabel Y (strain ) sebesar 79.08% sedangkan (100-79.08)%= 20.92% dipengaruhi oleh faktor lain diluar variabel  X. Besaran Adjusted  R  Square merupakan  koefisien  determinasi  yang  telah  terkoreksi  dengan jumlah  variabel  dan  ukuran  sampel  sehingga  dapat  mengurangi  unsur  bias  jika  terjadi  penambahan variabel. Adjusted  R  Square sebesar  0,7211  berarti  variasi  variabel  Y (strain )  dapat  dijelaskan  oleh variabel X sebesar 72.11% atau variabel X (holding time) memengaruhi variabel Y sebesar 72.11%. Standart Error of the Estimate menunjukkan penyimpangan antara persamaan regresi dengan nilai dependent  riil  sebesar  0.2597  satuan  variabel  dependent  (jika  variabel  Y  dalam  satuan  maka  besarnya penyimpangan  adalah  sebesar  0.2597  satuan).  Semakin  kecil  nilai Std.  Error  of  the  Estimate maka semakin baik persamaan regresi tersebut sebagai  alat  prediksi.  Pada  umumnya  S.E < Std. Dari hasil di atas diperoleh persamaan regresi Y=24.18 exp (-.0.0618 X) yang berarti bila variabel X berada pada posisi 0 point maka nilai variabel Y (hardness) sebesar 24.18 HRC (tidak mengalami perubahan/stagnasi) dan bila variabel X  mengalami penambahan maka  variabel Y  mengikuti operasi aljabar yang terbentuk dari persamaan eksponensial tersebut. Persamaan eksponensial yang dihasilakn adalah hubungan yang cukup ideal untuk menjelaskan bagaimana holding time berpengaruh terhadap penurunan strain
Tabel 3. Equation: exponential decay, single, 2 parameter f = a*exp(-b*x) R Rsqr Adj Rsqr Standard Error of Estimate 0.8893 0.7908 0.7211 0.2597 Coefficient Std. Error t P a 24.1807 1.0197 23.7145 0.0002 b 0.0618 0.0181 3.4204 0.0418

## 3.2.4 Model Matematis Pengujian Kekerasan
Pengujian  kekerasan  menggunakan  metoda  hardness  RockWell,  menggunakan  indentor  B  dan  C. Indentor Rockwell B digunakan untuk specimen yang tidak dikaburising dan Indentor Rockwell C untuk specimen  yang  telah  dikarburising.  Sebagai  catatan  indentor  skala  Rockwell  B  yang  digunakan  pada specimen  tanpa  karburising  akan  dikonversikan  ke  indentor  Rockwell  C  dengan  melihat  tabel  konversi kekerasan  (terlampir)  untuk  melihat  perubahan  pada  skala  yang  sama.  Hasil  pengujian  kekerasan diperlihatkan  dalam  tabel  di  bawah  ini.  Secara  umum  tabel  hasil  pengujian  kekerasan  memperlihatkan bahwa proses pengarbonan padat dengan menggunakan arang lamtoro lokal member pengaruh terhadap peningkatan kekerasan pada benda uji. Baja ST 37 yang digunakan sebagai bahan dasar pengujian terlihat cukup significant hasilnya yaitu sebelum pengerasan sebesar 96.64 HRB atau setara dengan (- 18 HRC) meningkat significant hingga mencapai kekerasan 49.44 HRC (satu jam waktu tahan), 52.00 HRC (2 jam
waktu tahan), 52.37 HRC (tiga  jam  waktu tahan) dan 53.01 HRC (empat  jam  waktu tahan). Perubahan kenaikan kekerasan pada setiap jam penahahan secara umum terlihat namun tidak ekstrim anatar waktu waktu tahan. Dengan hasil ini memperlihatkan bahwa proses pengarbonan untuk merubah sifat mekanik baja menggunakan arang lamtoro lokal pulau Timor berlangsung dengan sempurna. Untuk lebih jelasnya dapat di deskripsikan dalam grafik persamaan linear berikut ini:
Nilai R atau Mulltiple R. Menunjukkan korelasi antara variabel bebas dengan variabel tergantungnya (tidak  bebas).  Harga  R  sebesar  0,7436  menunjukkan  nilai  korelasi  variabel X(holding  time) dengan variabel Y  (hardness).  Selanjutnya  nilai  R  Square merupakan  koefisien  determinasi  yang  menunjukkan pengaruh  langsung  variabel  bebas  terhadap  variabel  tergantungnya  yang  dinyatakan  dalam  persentase. Koefisien  determinasi  0,5529  berarti  bahwa  variabel  X (hoding  Time) memengaruhi  secara  langsung variabel  Y (hardness )  sebesar  55.29%  sedangkan  (100-55.29)%=  44.71%  dipengaruhi  oleh  faktor  lain diluar  variabel  X. Adjusted  R  Square merupakan  koefisien  determinasi  yang  telah  terkoreksi  dengan jumlah  variabel  dan  ukuran  sampel  sehingga  dapat  mengurangi  unsur  bias  jika  terjadi  penambahan variabel. Adjusted  R  Square sebesar  0,4039  berarti  variasi  variabel  Y (hardness )  dapat  dijelaskan  oleh variabel X sebesar 40.39% atau variabel X (holding time) memengaruhi variabel Y sebesar 40.39%.
Standart Error of the Estimate menunjukkan penyimpangan antara persamaan regresi dengan nilai dependent  riil  sebesar  17.95  satuan  variabel  dependent  (jika  variabel  Y  dalam  satuan  maka  besarnya penyimpangan adalah sebesar 17.95 satuan). Semakin kecil nilai Std. Error of the Estimate maka semakin baik  persamaan  regresi  tersebut  sebagai  alat  prediksi.  Pada  umumnya  S.E  <  Std.  Pada  estimamasi  ini terlihat  nilai S.E lebih besar dari pada Std, hal ini diakibatkan adanya perlakuan pack carburizing yang dilakukan  mengakibatkan  peningkatan yielding  point yang  cukup  ekstrim  dari  benda  aslinya  (tanpa perlakuan). Hal lain yang bisa mempengaruhi adalah jumlah data yang tersebar terbatas.
Gambar 7. Grafik Hubungan Holding Time Terhadap Hardness Pengujian Kekerasan
Tabel 4. Equation Polynominal, Lineat f = y0+a*x R Rsqr Adj Rsqr Standard Error of Estimate 0.7436 0.5529 0.4039 17.9456 Coefficient Std. Error t P y0 19.4660 13.9006 1.4004 0.2559 a 10.9310 5.6749 1.9262 0.1497
Dari  hasil  di  atas  diperoleh  persamaan  regresi Y  = 19.47 + 10.93 X ,  yang  berarti  bila  variabel  X berada  pada  posisi  0  point  maka  nilai  variabel  Y (hardness) sebesar  19.47  HRC  (tidak  mengalami perubahan/stagnasi) dan bila variabel X  mengalami penambahan/penurunan maka  variabel Y  mengikuti operasi  aljabar  yang  terbentuk  dari  persamaan  regresi  tersebut.  Persamaan  regresi  yang  dihasilakn bukanlah hubungan yang sangat ideal karena masih adanya bias karena pengaruh faktor-faktor lain, tetapi setidaknya  sudah  mencerminkan  hubungan  penetapan  waktu  ( holding  time )  yang  diinginkan  terhadap hardness dari material tersebut.
Perbedaan  nilai  kekerasan  atau hardness sebelum  dan  sesudah  perlakuan  pack  karburizing  sangat ekstrim  meningkat  tajam  dari  96.64  HRB  atau  setara  dengan  -18  HRC  menjadi  49.44  HRC.  Suatu peningkatan kekerasan yang sungguh luar biasa, sehingga jika dihubungkan dalam titik-titik korelasi yang
saling mempengaruhi maka akan terjadi bias yang cukup besar karena data yang tidak ada perlakuan dan data  perlakuan  digabungkan  dalam  analisis  yang  sama.Peningkatan  kekerasan  yang significant menunjukkan  proses  pack  karburizing  dengan  menggunakan  arang  lamtoro  pulau  Timor  berlangsung dengain baik.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengkaji  sifat  mekanik  dan  sifat  fisis  dari pengarbonan  menggunakan  arang  kayu  lamptoro  lokal  pulau  Timor  pada  temperatur  900°C,  dapat disimpulkan beberapa kajian sebagai berikut:
a. Perubahan  sifat  mekanik  tegangan  tarik  yielding  point  dari  baja  karbon  rendah  sebelum pengarbonan  dan  setelah  pengarbonan  pada  satu  jam  waktu  tahan  ,  meningkat  dari  398.50 N/mm²  menjadi  471.59  N/mm²  dan  Tegangan  tarik  maksimum  dari  582.43N/mm²  menjadi 620.40 N/mm².
b. Sifat  mekanik  untuk  kekuatan yielding  point dan  kekuatan  tarik  maksimum  meningkat berbanding lurus dengan waktu tahan dalam tungku dari satu jam hingga empat jam. Tegangan yielding  point  pada  waktu  tahan    satu  jam  dari  471.59  N/mm²    menjadi  514.69  N/mm²  pada empat jam waktu tahan  dan tegangan tarik maksimum pada waktu tahan  satu jam dari 620.40 N/mm²  menjadi  686.84  N/mm²  pada  waktu  tahan    empat  jam.  Perubahan  sifat  mekanik kekerasan sebelum pengarbonan yaitu dari kekerasan 96.64 HRB ~ (18) HRC menjadi menjadi kekerasan 49.44 HRC pada satu jam waktu tahan hingga kekerasan 53.01 HRC pada empat jam waktu tahan. Dapat desebutkan sebagai peningkatan kekerasan antara 374.66% ~ 394.5%.
c. Perubahan sifat fisis sebelum pengarbonan yang terlihat pada foto binocular sampel uji struktur ferit  dan  perlit  dan  setelah  pengarbonan  bertransformasi  dari  lamelar  perlit  menjadi  martensit yang bersifat keras.
d. Data  hasil  penelitian  dengan  kecendrungan  data  berbanding  lurus  didekati  dengan  model matematis regresi linear sederhana seperti holding time terhadap tegangan luluh (yielding point) sebesar Y  = 419.84 + 34.97 X ,  dan holding  time terhadap  kekerasan (hardness) sebesar Y  = 19.47 + 10.93 X . Sedangkan hubungan antara holding time dan regangan (strain) didekati dengan model matematis   eksponensial menghasilkan nilai Y = 19.47 + 10.93 X .
e. Dengan  pendekaatan  model  matematis  ini  dapat  mempermudah  untuk  menentukan  kekuatan bahan baik tegangan (tensile) , regangan (strain) dan kekerasan (hardness ) sesuai keinginan atau kebutuhan  dengan  menetapkan  waktu  tahan (holding  time) yang  tepat  di  dalam  tungku heat treatment .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  R. Salim, “Karakteristik dan Mutu Arang Kayu Jati ( Tectona grandis ) dengan Sistem Pengarangan Campuran pada Metode Tungku Drum,” J. Ris. Ind. , vol. 8, no. 2, pp. 53–64, 2016.
[2]  T. State, The State of Food and Agriculture . 2014.
[3]  B. H. Setiamarga, N. Kurniawati, and U. Rumendi, “Pack Carburizing Pada Sprocket Sepeda Motor Dengan Material Baja Karbon Rendah,” JTM Inst. Teknol. Bandung , vol. 21, no. 1, 2006.
[4]  E. Gunawan, “Analisa Pengaruh Temperatur Terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro Pada Baja Karbon  Rendah  (ST41)  dengan  Metode  Pack  Carburizing,” Tek.  Eng.  Sains  J. ,  vol.  1,  no.  2,  pp. 117–124, 2017.
[5]  Sujita, “Aplikasi Serbuk Arang Tongkol Jagung Dengan Serbuk Cangkang Kerang Mutiara Sebagai media  Carburizer  Proses  Pack  Carburizing  Baja  Karbon  Rendah,” J.  Rekayasa  Mesin  Univ. Mataram , vol. 7, no. 3, pp. 145–149, 2016.
[6]  A. F.  Abidah and N. S.  Drastiawati,  “Analisis  SS400 Hasil Carburizing Media  Arang Tempurung Kelapa  -  Ba  CO3  Dengan  Variasi  Temperatur  Pemanasan  dan  Holding  Time  Ditinjau  Dari Pengujian Kekerasan dan Struktur Mikro,” JTM Univ. Negeri Semarang , vol. 07, no. 02, pp. 1–8, 2019.
[7]  M.  Dwiharsanti,  W.  S.  Jaman,  and  S.  Virdhian,  “Perancangan  Eksperimen  Baja  Karbon  Rendah Hasil Proses Pack Carburizing dengan Metode Ekperimen Faktorial,” Jurna Ris. Ind. , vol. 10, no. 2, pp. 92–97, 2016.
[8]  A. Jaedun, Metodologi Penelitian Eksperimen . 2011.
[9]  Syilfi, D. Ispriyanti, and D. Safitri, “Analisis Regresi Linier Piecewise Dua Segmen,” J. Gaussian Univ. Diponegoro , vol. 1, no. 1, pp. 219–228, 2012.
[10]  A.  Wisnujati,  “Analisis  Perlakuan  Carburizing  Terhadap  Sifat  Fisik  dan  Mekanik  Pada  Bahan Sprocket Mitasi Sepeda Motor,” J. SIMETRIS , vol. 8, no. 1, pp. 127–134, 2017.