pengaruh waktu post-treatment lapisan karbon...

PENGARUH WAKTU POST-TREATMENT LAPISAN KARBON

TERHADAP SIFAT PERMUKAAN BUSHING PADA TRACK

LINK DOZER CAT D10T

TUGAS AKHIR

ABDUL GAFUR

NIM : 140309232391

PROGRAM STUDI ALAT BERAT

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN

2017

i



LINK DOZER CAT D10T

TUGAS AKHIR

KARYA TULIS INI DIAJUKAN SEBAGAI SALAH SATU SYARAT

UNTUK MEMPEROLEH GELAR AHLI MADYA DARI


ABDUL GAFUR

140309232391

PROGRAM STUDI ALAT BERAT

JURUSAN TEKNIK MESIN


2017

ii

ii

LEMBAR PENGESAHAN



LINK DOZER CAT D10T

Disusun Oleh :

ABDUL GAFUR

NIM : 140309232391

Pembimbing I

Wahyu Anhar, S.T., M.Eng. NIDN. 1117058102

Pembimbing II

Zulkifli, S.T., M.T. NIP.198508282014041003

Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin Alat Berat

Zulkifli, S.T., M.T. NIP. 198508282014041003

Penguji II

Hery Cahyadi, S.T.

NRP. 80106136

Penguji I

Ida Bagus Darmawan, S.T., M.Si.

NIP. 197412312007011181

iii

SURAT PERNYATAAN

Yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Abdul Gafur

Tempat/Tgl lahir : Balikpapan, 17 April 1994

NIM : 140309235591

Menyatakan bahwa tugas akhir yang berjudul “PENGARUH WAKTU

POST-TREATMENT LAPISAN KARBON TERHADAP SIFAT PERMUKAAN

BUSHING PADA TRACK LINK DOZER CAT D10T” adalah bukan merupakan

hasil karya tulis orang lain, baik sebagian maupun keseluruhan, kecuali dalam

kutipan yang kami sebutkan sumbernya.

Demikian pernyataan ini kami buat dengan sebenar-benarnya apabila

pernyataan ini tidak benar maka kami bersedia mendapatkan sanksi akademis.

Balikpapan, 4 Agustus 2017

Mahasiswa,

Abdul Gafur

NIM : 140309232391

iv

SURAT PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH

KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai civitas akademis Politeknik Negeri Balikpapan, saya yang bertanda

tangan dibawah ini :

Nama : Abdul Gafur

NIM : 140309232391

Judul Tugas Akhir : Pengaruh waktu post-treatment lapisan karbon

terhadap sifat permukaan bushing pada track link

dozer cat D10T

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya menyetujui untuk memberikan hak

kepada Politeknik Negeri Balikpapan untuk menyimpan, mengalih media, atau

format-kan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan

mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya

sebagai penulis/pencipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Dibuat di : Balikpapan

Pada tanggal : 4 Agustus 2017

Yang menyatakan

Abdul Gafur

NIM : 140309232391

iv

v

Karya ilmiah ini kupersembahkan kepada

Ayahanda dan Ibunda tercinta

H. Mantaring (Alm) dan Hj. Bakhriah

Saudara-saudariku yang kusayangi

Mantaring Brothers and Sisters

Sahabat Kecil

Arif Fadil Aria Putra

Best Partner

Abdul Zamad

Indokers Team

Service Division Team PT. United Tractors Site Batu Licin

Teman-teman TMAB Politeknik Negeri Balikpapan Angkatan 2014

Sahabat Perempuan yang selalu memberikan Doa dan Dukungannya

Nidya Indah Sari

vi

ABSTRACT

Undercarriage is a component of the bottom the bulldozer unit, where it

serves as a unit drive for displacement to another place, as well as a retaining

and forwards the weight of the bulldozer unit to the ground. Among the

undercarriage components there is a bushing component that serves of to contact

between the outer diameter of the bushing with the teeth sprocket surface, and is a

flexible function of the track link as it moves rolled. There is a problem in the

bushing component that there is a scrat on the surface. then, it is necessary to

improve the quality of materials to improve the life of the material bushing so that

in the future no longer occur such problems. The purpose of this research is to

know the effect of carburizing plasma to the surface of raw material and the effect

of post-treatment process on the carburizing coating, so it is expected to increase

the hardness on the surface of the material. Carburizing plasma process using

chemical vapor deposition (CVD) method with 4 hours coating time, 300 ⁰C

temperature and carbon coating material using methane gas (CH4) and helium

(He) with 76% helium composition and 24% methane gas. Post-treatment process

uses time variation of 10,20 and 30 minutes with temperature 300 ⁰C, pressure

used 1 mbar, and using gas argon. The results of this study is The chemical vapor

depotision (CVD) carburizing coating process is capable of producing a surface

hardness of 1035.8 VHN. The layer formed is harder than the raw material which

is only 362.7 VHN. Carburizing layer that has been formed can be improved

through post-treatment process. The carburizing coat increased with the hardness

of 1743.2 VHN after the post-treatment process.

Keywords: Undercarriage, Bushing, Teeth Sprocket, Carburizing, Hardness,

Post-Treatment

iv

vii

ABSTRAK

Undercarriage merupakan komponen bagian bawah unit bulldozer,

dimana komponen ini berfungsi sebagai media penggerak unit untuk perpindahan

ke tempat lainnya, dan juga sebagai media penahan dan meneruskan berat dari

unit bulldozer ketanah. Diantara komponen undercarriage terdapat komponen

bushing yang berfungsi sebagai media persinggungan antara diameter luar

bushing dengan permukaan teeth sprocket, dan merupakan fungsi fleksibel dari

pada track link saat bergerak menggulung. Adanya permasalahan pada komponen

bushing yaitu terdapat scrat pada permukaan. Maka, diperlukan peningkatan

kualitas material untuk meningkatkan masa pakai pada material bushing sehingga

di kemudian hari tidak lagi terjadi permasalahan seperti ini. Tujuan penelitian ini

untuk mengetahui pengaruh plasma carburizing terhadap permukaan raw material

dan pengaruh proses post-treatment terhadap lapisan carburizing, sehingga

diharapkan dapat meningkatkan kekerasan pada permukaan material. Proses

plasma carburizing menggunakan metode chemical vapor deposition (CVD)

dengan waktu pelapisan selama 4 jam, temperatur 300 C dan bahan pelapis

karbon menggunakan campuran gas metana (CH4) dan helium (He) dengan

komposisi helium 76% dan gas metana 24%. Proses post-treatment menggunakan

variasi waktu 10,20 dan 30 menit dengan temperature 300 C, tekanan yang

digunakan 1 mbar, dan menggunakan gas mulia yaitu argon. Hasil pada penelitian

ini adalah Proses pelapisan carburizing secara plasma chemical vapor depotision

(CVD) mampu menghasilkan angka kekerasan permukaan sebesar 1035,8 VHN.

Lapisan yang terbentuk lebih keras dari pada raw material yang hanya sebesar

362,7 VHN. Lapisan carburizing yang telah terbentuk mampu ditingkatkan

melalui proses post-treatment. Lapisan carburizing meningkat dengan angka

kekerasan 1743,2 VHN setelah dilakukan proses post-treatment.

Kata kunci: Undercarriage, Bushing, Teeth Sprocket, Carburizing, kekerasan,

Post-Treatment

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan

Penyusunan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini di susun sebagai salah satu persyaratan untuk

menyelesaikan Program Diploma III pada Jurusan Teknik Mesin Program Studi

Alat Berat di Politeknik Negeri Balikpapan.

Pada saat penyusunan Tugas Akhir ini penulis bukan tanpa hambatan dan

masalah, tetapi berkat dukungan, bantuan dan masukan-masukan dari berbagai

semua pihak Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Untuk itu penulis

mengucapkan banyak terima kasih kepada:

1. Bapak Ramli S.E., M.M., selaku Direktur Politeknik Negeri Balikpapan.

2. Bapak Zulkifli, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Program Studi

Alat Berat Politeknik Negeri Balikpapan.

3. Bapak Wahyu Anhar, S.T., M.Eng., selaku Dosen Pembimbing 1 atas

bimbingan dan saran-sarannya.

4. Bapak Zulkifli, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing 2 atas bimbingan dan

saran-sarannya.

5. Seluruh Mahasiswa Politeknik Negeri Balikpapan terutama Jurusan Teknik

Mesin Alat Berat atas seluruh bantuannya.

6. Kedua Orang Tua dan Saudara-Saudari ku Tercinta atas doa, dukungan dan

motivasi selalu.

Mengingat terbatasnya pengetahuan, pengalaman, serta kemampuan

penulis dalam menulis Tugas Akhir ini, baik dari segi teknik penyusunan maupun

dari segi pengolahan isi, maka penulis mengucapkan permintaan maaf atas segala

kekurangannya. Besar harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat

bagi penulis sendiri maupun semua pihak yang membaca tugas akhir ini.

Balikpapan, 4 Agustus 2017

Abdul Gafur

ix

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL .................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN .......................................................................... ii

SURAT PERNYATAAN .............................................................................. iii

SURAT PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ............................. iv

LEMBAR PERSEMBAHAN ........................................................................ v

ABSTRACT ................................................................................................... vi

ABSTRAK ................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR .................................................................................. viii

DAFTAR ISI ................................................................................................ ix

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ........................................................................................ xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................ 2

1.3 Batasan Masalah .................................................................................. 2

1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................. 3

1.5 Manfaat Penulisan ................................................................................ 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka .................................................................................. 4

2.2 Definisi Undercarriage ........................................................................ 5

2.3 Definis Bushing .................................................................................... 6

2.4 Perlakuan Permukaan (Surface Treatment) ........................................... 7

2.4.1 Teknologi Karburasi .................................................................... 7

2.5 Proses Pembentukan Ikatan ................................................................... 10

2.5.1 Ikatan Ion ..................................................................................... 10

2.5.2 Ikatan Kovalen ............................................................................. 11

2.5.3 Ikatan Kovalen Tunggal................................................................ 12

2.5.4 Ikatan Kovalen Ranggap ............................................................... 12

2.5.5 Ikatan Kovalen Koordinasi ........................................................... 13

x

x

2.5.6 Ikatan Logam .............................................................................. 13

2.6 Pembentukan Jenis Ikatan Kimia .......................................................... 14

2.7 Baja Karbon ......................................................................................... 15

2.8 Struktur Mikro Baja ............................................................................. 16

2.8.1 Diagram Fasa Fe-C ...................................................................... 16

2.8.2 Perubahan Fasa Fe-C .................................................................. 17

2.8.3 Struktur Kristal Logam dan Baja................................................. 20

2.9 Difusi ................................................................................................... 22

2.9.1 Mekanisme Difusi ....................................................................... 23

2.10 Chemical Vapor Deposition ................................................................. 24

2.11 Uji Kekerasan ...................................................................................... 25

2.11.1 Uji Kekerasan Metode Vickers (HV/VHN) ................................ 25

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Jenis Penelitian..................................................................................... 26

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................... 26

3.3 Persiapan Alat dan Bahan ..................................................................... 26

a. Alat .................................................................................................. 26

b. Bahan ............................................................................................... 26

3.4 Diagram Alir Penelitian ........................................................................ 27

3.5 Persiapan Benda Uji ............................................................................. 29

3.6 Pengujian Kekerasan (Mikro Vickers) .................................................. 31

3.7 Membersihkan Benda Uji Dengan Ultrasonic Cleaner ......................... 32

3.8 Pelapisan Material Uji Dengan

Plasma Carburizing dan Post-Treatment .............................................. 33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian .................................................................................... 35

4.1.1 Pengujian Kekerasan Mikro Vickers pada Raw Material .............. 35

4.1.2 Pengujian Kekerasan Mikro Vickers pada Lapisan Karbon .......... 36

4.1.3 Pengujian Kekerasan Mikro Vickers Lapisan Karbon Terhadap

Post-Treatment ........................................................................... 37

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 41

xi

xi

5.2 Saran ................................................................................................... 41

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 42

xii

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Komponen Undercarriage 6

Gambar 2.2 Posisi Bushing dan Bushing 7

Gambar 2.3 Skema Peralatan Plasma Carburizing 8

Gambar 2.4 Pembentukan Ikatan Ion 11

Gambar 2.5 Pembentukan Molekul F2 11

Gambar 2.6 Struktur Molekul CH4 12

Gambar 2.7 Pembentukan Ikatan Kovalen Pada Molekul O2 13

Gambar 2.8 Pembentukan Ion Amonium 13

Gambar 2.9 Pembentukan Ikatan Logam Pada Perak (Ag) 14

Gambar 2.10 Diagram Fasa Fe-C 16

Gambar 2.11 Struktur mikro baja atau besi pada fasa ferit 17

Gambar 2.12 Struktur mikro baja atau besi pada fasa austenite 18

Gambar 2.13 Struktur mikro baja atau besi pada fasa sementit 18

Gambar 2.14 Struktur mikro besi pada fasa perlit 19

Gambar 2.15 Struktur mikro besi pada fasa martensit 19

Gambar 2.16 Struktur kristal BCC 20

Gambar 2.17 Struktur kristal FCC 21

Gambar 2.18 Struktur kristal HCP 21

Gambar 2.19 Struktur kristal BCT 22

Gambar 2.20 Difusi vacancy 23

Gambar 2.21 Difusi interstisi 24

Gambar 2.4 Jenis-jenis Deposisi Uap Kimia

(a) Hot-wall thermall CVD 24

(b) Plasma Assited CVD 24

Gambar 2.5 (a) Ilustrasi Penekanan Pengujian Vickers 25

(b) Bentuk Indentor Vickers 25

Gambar 3.1 Flow Chart Penelitian 28

Gambar 3.2 Pembingkaian Dengan Campuran Larutan Resin dan Katalis 29

Gambar 3.3 Prosen Pemolesan

(a) Pengamplasan 30

xiii

xiii

(b) Polishing Menggunakan Kain Bludru (Velvet) 30

(c) Mesin Poles 30

Gambar 3.4 Packing Komponen 31

Gambar 3.5 Mesin Pengujian Kekerasan (Mikro Vickers) 32

Gambar 3.6 Wadah Ultrasonic Cleaner 33

Gambar 3.7 Alat Plasma CVD 34

Gambar 4.1 Potongan sampel pengujian 35

Gambar 4.2 Grafik Hubungan

Angka Kekerasan Terhadap Kedalamn Benda Uji 36

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Angka Kekerasan

Terhadap Kedalaman Benda Uji Pada Lapisan Karbon 37

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Angka Kekerasan

Terhadap Waktu Post-Treatment 38

Gambar 4.5 Mekanisme Difusi

(a) Pasangan Difusi Tembaga-Nikel 39

(b) Representasi Skematik 39

(c) Konsentrasi dari Tembaga dan Nikel 39

Gambar 4.6 Sketsa Tumbukan Ion Terhadap Permukaan 39

Gambar 4.7 Ilustrasi Shot Peening 40

xiv

xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Table 4.1 Hubungan Angka Kekerasan Terhadap Kedalaman Benda Uji 36

(Raw Material)

Tabel 4.2 Hubungan Angka Kekerasan Terhadap Kedalaman Benda Uji 37

Setelah dilakukan pelapisan plasma carburizing

Tabel 4.3 Hubungan Angka Kekerasan Lapisan Karbon Terhadap Waktu 38

Post-Treatment

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah


dimana komponen tersebut berfungsi sebagai media penggerak unit tersebut untuk

perpindahan ke tempat lainnya, dan juga berfungsi sebagai media penahan dan

meneruskan berat dari unit bulldozer ketanah. Diantara komponen undercarriage

terdapat komponen bushing yang berfungsi sebagai media persinggungan antara

diameter luar bushing dengan permukaan teeth sprocket, dan merupakan fungsi

fleksibel dari pada track link saat bergerak menggulung. Apabila salah komponen

undercarriage bermasalah maka pengoperasian unit bisa tidak maksimal bahkan

bisa mengalami breakdown.

Peneliti merujuk kepada permasalahan yang terjadi pada komponen

undercarriage yaitu bushing pada track link dozer yang mengalami scrat pada

permukaannya. Prinsip kerja bushing yang bersentuhan dengan teeth sprocket dan

bisa terjadi gesekan dan itu berkaitan dengan sifat ketahanan aus dan sifat

kekerasan. Oleh sebab itu, diperlukan peningkatan kualitas material untuk

meningkatkan life time pada material bushing sehingga di kemudian hari tidak

lagi terjadi permasalahan seperti ini lagi. Maka perlu dilakukan surface treatment,

dalam penelitian ini penulis akan melakukan perlakuan permukaan dengan

menggunakan metode plasma karburasi.

Surface treatment dapat didefinisikan sebagai suatu usaha dalam upaya

meningkatkan kualitas atau mutu pada permukaan material yang diinginkan.

Dalam penelitian ini penulis menggunakan metode carburizing terhadap

permukaan bushing dengan tujuan untuk menjadi tahan aus, meningkatkan kinerja

(performance), meningkatkan kualitas material, dan memperpanjang life time

pada bushing.

Carburizing plasma adalah suatu proses pengerasan permukaan material

(baja) dengan cara pendifusian atom-atom karbon ke dalam permukaan material.

Proses pendifusian ini memanfaatkan energi listrik dan energi termal (panas).

Energi listrik digunakan untuk mengubah atom-atom karbon yang berasal dari

2

campuran gas metana CH4 menjadi plasma, dan sekaligus digunakan untuk

mendifusikan atom-atom karbon tersebut ke dalam permukaan material. Energi

termal yang berasal dari energi listrik akan mempercepat proses difusi atom

karbon. Kemudian setelah lapisan karbon terbentuk dilakukan kembali treatment

post-treatment. Post-treatment adalah proses perlakuan permukaan setelah

material terlapisi kemudian dipadatkan/ditembakkan atom-atom dari gas mulia,

sehingga meningkatkan angka kekerasan pada permukaan material.

Penulis akan membahas sifat/karakterisitik kekerasan pada material,

kemudian akan dikomparasi atau dibandingkan dengan komponen sebelum

dilakukan surface treatment. Berdasarkan latar belakang tersebut, penulis tertarik

untuk melakukan sebuah penelitian dengan objek penelitian bushing dengan

maksud meningkatkan kualitas material dengan metode carburizing.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada tugas akhir ini adalah:

1. Bagaimana menganalisa nilai kekerasan dari bushing (raw material)

sebelum dan sesudah pelapisan carburizing ?

2. Bagaimana menganalisa pengaruh post-treatment pada lapisan carburizing

terhadap nilai kekerasan material uji ?

1.3 Batasan Masalah

Batasan Masalah ini dibuat untuk membatasi hal-hal yang ingin

dijelaskan pada penulisan tugas akhir. Batasan masalah tugas akhir ini adalah

sebagai berikut:

1. Waktu proses pelapisan karbon adalah 4 jam.

2. Bahan pelapis karbon menggunakan campuran gas metana (CH4) dan

helium dengan komposisi helium 76% dan gas metana 24%

3. Tekanan yang digunakan terhadap proses post-treatment adalah 1 mbar.

4. Temperatur yang digunakan 300 . Dengan variasi waktu 10; 20 dan 30

menit.

5. Karakteristik yang ingin diketahui adalah sifat kekerasan.

6. Metode pelapisan menggunakan metode chemical vapor deposition.

3

7. Gas yang digunakan dalam proses post-treatment adalah argon

1.4 Tujuan Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan tujuan:

1. Menganalisa perbandingan nilai kekerasan pada raw material sebelum dan

sesudah pelapisan carburizing.

2. Menganalisa pengaruh proses post-treatment pada lapisan carburizing

terhadap angka kekerasan material uji.

1.5 Manfaat Penelitian

Berdasarkan tujuan penelitian tugas akhir, maka diharapkan dapat

memberikan manfaat antara lain:

1. Dapat mengetahui perbedaan karakteristik kekerasan dari komponen

sebelum dan sesudah proses post-treatment.

2. Dapat menghasilkan sifat raw material dengan angka kekerasan lebih

baik setelah dilakukan post-treatment.

3. Menambah referensi dalam mengembangkan ilmu pengetahuan dalam

bidang metalurgi khususnya untuk pelapisan plasma karburasi.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Shinn Shyong Tzeng, pada jurnal Diamond & Related Materials yang

berjudul pengaruh plasma nitrogen post-treatment pada lapisan karbon seperti

berlian sintetis oleh plasma RF yang meningkatkan deposisi uap kimia. Lapisan

DLC (Diamond Like Carbon) disintesis dengan RF-PECVD menggunakan

asitelin sebagai sumber karbon dan efek plasma post-treatment dengan tekanan

yang berbeda pada struktur dan lapisan DLC dalam penelitian ini. Kekerasan

permukaan dengan AFM (Atomic Force Microscope) mikroskop daya atom,

menunjukkan bahwa kekerasan yang lebih tinggi diperoleh setelah perlakuan

post-treatment pada tekanan yang lebih tinggi (0,3 dan 0,9 torr) dan perlakuan

post-treatment pada tekanan rendah (0,15 torr) menghasilkan kekerasan yang

lebih rendah dari pada lapisan yang asli. Analisis Raman dan pengukuran

kekerasan pada nanopartikel menunjukkan bahwa rasio ID/IG yang lebih tinggi

diamati setelah plasma post-treatment dengan tekanan yang lebih rendah dan

akibatnya kekerasan yang lebih rendah juga diukur. Dibandingkan dengan lapisan

DLC asli, tekanan sisa setelah proses plasma post-treatment sedikit menurun

sebab daaerah yang relatif tipis yang terlibat dalam proses plasma post-treatment.

Shinn Shyong Tzeng, pada jurnal Diamond & Related Materials yang

berjudul karakterisasi permukaan dan sifat nanopartikel dari lapisan karbon

seperti berlian sintetis oleh plasma RF yang meningkatkan deposisi uap kimia.

Lapisan DLC (Dimond Like Carbon) disintesis oleh RF-PECVD menggunakan

asetelin sebagai sumber karbon dan pengaruh parameter deposisi yang berbeda,

termasuk rasio C2H2/N2 dan tekanan deposisi pada karakterisasi permukaan dan

sifat mekanik lapisan DLC diteliti. Kekerasan lapisan DLC asetelin/nitrogen, rasio

reaksi atmosfer dan juga kekerasan menurun. Lapisan kasar dengan tegangan sisa

yang lebih tinggi diperoleh saat menggunakan tekanan deposisi yang lebih tinggi

dari 40,0 Pa (0,3 torr). Untuk efek plasma post-treatment menggunakan atmosfer

yang berbeda, perlakuan menggunakan plasma post-treatment dengan hidrogen

menghasilkan permukaan yang rata, sedangkan perlakuan menggunakan plasma

5

post-treatment dengan nitrogen dan argon menghasilkan permukaan yang kasar.

Variasi tegangan sisa setelah uji coba plasma selama 5 menit cukup kecil

dibandingkan dengan lapisan DLC asli karena daerah yang relatif tipis yang

terlibat dalam proses plasma post-treatment. Bertolak bekalakang dengan

perubahan parameter deposisi (rasio C2H2/N2 dan tekanan deposisi) perlakuan

plasma post-treatment menurunkan kekasaran pada permukaan tanpa

mengorbankan kekasaran yang signifikan.

Dwi Priyantoro, pada Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 12, Nomor 2

yang berjudul perlakuan permukaan pada roller rantai dengan metode plasma

carburizing dari campuran gas he dan ch4 pada tekanan 1,8 mbar. Transmisi

daya mekanik antara dua roda gigi dapat menggunakan rantai. Bagian dari mata

rantai yang bergesekan langsung dengan roda gigi adalah roller rantai. Permukaan

roller rantai harus memiliki sifat yang keras agar tidak mudah aus. Pengerasan

permukaan roller rantai dapat dilakukan dengan pembentukan lapisan DLC pada

permukaan tersebut. Lapisan DLC dapat dibentuk dengan metode plasma

carburizing. Plasma carburizing dalam penelitian ini memanfaatkan lucutan pijar

DC dari campuran gas helium dan gas metana pada tekanan 1,8 mbar dan

temperatur 573 K, sedangkan waktu perlakuan bervariasi 1, 2, 3, 4, dan 5 jam.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekerasan permukaan roller rantai naik dari

276,05 VHN menjadi 403,56 VHN atau terjadi kenaikan sebesar 46,19% setelah

dilakukan perlakuan plasma carburizing selama 4 jam

2.2 Undercarriage Bulldozer


dimana komponen tersebut berfungsi sebagai media penggerak unit tersebut untuk

perpindahan dari tempat lainnya. Undercarriage tersebut juga berfungsi sebagai

media penahan dan meneruskan berat dari unit bulldozer ketanah.

6

Gambar 2.1 Komponen Undercarriage

Sumber: (hongwoo-machinery.co.id)

2.3 Bushing

Bushing adalah tabung logam yang berlubang ditengahnya dan

menyelimuti pin dan menghubungkan antar link. Fungsi utama dari bushing

adalah untuk membuat kontak dengan gigi sprocket. dan merupakan fungsi

fleksibel dari pada track saat bergerak menggulung. Struktur pada bushing

dibagian diameter dalam dan diameter luar juga diproses panas (heat treatment)

yang tujuannya agar didapatkan bahan dengan kekerasan tertentu sehingga proses

keausan karena gesekan terjadi lebih lama.

7

Gambar 2.2 Posisi Bushing dan Bushing

Sumber: (bestindustrial.com).

2.4 Perlakuan Permukaan (Surface Treatment)

Perlakuan permukaan adalah suatu perlakuan untuk menghasilkan

terbentuknya kulit lapisan pada permukaan baja, dimana lapisan tersebut memiliki

sifat-sifat lebih baik dibandingkan dengan bagian dalam pada baja. Perlakuan

permukaan ini bertujuan untuk meningkatkan sifat kekerasan pada permukaan

baja. Metode perlakuan permukaan yang sering dilakukan, salah satunya adalah

metode plasma karburasi.

2.4.1 Teknologi Karburasi

Carburizing/karburasi adalah menambahkan atom karbon pada permukaan

material/baja yang kandungan karbonnya rendah, sehingga metode ini cocok

untuk baja karbon rendah atau baja paduan dengan kandungan karbon antara 0,1%

sampai dengan 0,25%. Kandungan karbon setelah proses karburasi dapat

meningkat hingga 0,7 % sampai 0,9 %. Karburasi dilakukan pada suhu austenit

yaitu pada 900°C sampai dengan 930°C, karena pada kondisi austenit karbon akan

larut interstisi secara optimal. Kelarutan karbon dalam baja juga dipengaruhi oleh

suhu baja tersebut. Kekerasan permukaan material yang dihasilkan tergatung dari

jumlah kandungan karbon yang masuk dalam permukaan baja Adapun metode-

metode yang dilakukan dalam proses nitridasi salah satunya adalah karburasi

plasma:

1. Prinsip dasar kabrurasi plasma

Prinsip dari metode ini adalah, masuknya atom-atom gas terioniasi (plasma) ke

dalam material karena adanya pengaruh medan yang diionisasikan

berasal dari gas alam hidrokarbon seperti CH4 dan C6h6. Gas tersebut

8

dialirkan ke dalam tabung lucutan (kondisi vakum orde 10² Torr),

dimana komponen/material yang akan dikeraskan diletakkan pada

elektroda bawah (katoda) dalam tabung tersebut. Karena adanya beda

potensial yang terpasang diantara 2 elektroda (orde 1-3 keV), maka

gas-gas karbon akan terionisasi. Ion-ion karbon tersebut karena adanya

pengaruh medan listik akan menumbuk permukaan material tersebut.

Adanya sifat yang lebih unggul (keras dan ulet) disebabkan karena

adanya perubahan struktur Kristal dalam bahan logam akibat adanya

pemanasan suhu, kekosongan, intertisial, ketidakmurnian maupun

terbentuknya fasa baru.

Gambar 2.3 Skema Peralatan Plasma Carburizing

Sumber: (Batan Yogyakarta 2017)

Komponen utama dari peralatan adalah: tabung karburasi, sistem pemanas,

sistem tegangan tinggi, sistem vakum, tangki beserta sistem aliran gas, dan

pemegang sampel. Penjelasannya sebagai berikut:

1. Tabung Karburasi

Tabung bagian luar dengan diameter-luar 46 cm, tinggi 55 cm dan tebal 8 mm,

dibuat dari baja tahan karat SS-304. Tabung pengungkung plasma yang

direncanakan dari bahan quartz diganti dari bahan baja tahan karat yang

dilubangi karena kesulitan mendapatkan bahan quartz dengan diameter

besar.

2. Sistem Pemanas

9

Sistem karbutrasi dirancang dengan ruang yang dipanaskan menggunakan pemanas

elektrik yang memanaskan seluruh ruang uji dan bukan hanya benda uji

saja. Sistem pemanas dirancang dan dibuat dengan electric-heater (fire-

brick), terdiri dari 2 buah (2 x 2000 watt) atau 4 buah (4x1000 watt) untuk

mencapai temperatur operasi yang diperlukan. Temperatur dikontrol

dengan temperature controller type Autonic TZ4M berjenis PID dengan

kemampuan self-tune. Controller ini dilengkapi dengan Solid-State-Relay

(SSR) dengan kapasitas 30 ampere. Termokopel jenis 'K' dengan

kemampuan ukur dan ketahanan diatas 1000oC, dipakai untuk mengukur

temperatur dalam ruang nitridasi untuk diumpankan ke temperature

controller. Temperatur operasi dalam tabung berkisar antara 350oC-

590oC, dalam desain memungkinkan temperatur hingga mendekati

1000C.

3. Sistem Aliran Gas

Sistem aliran gas dirancang agar memungkinkan penggunaan gas tunggal (N2)

maupun campuran (misalnya. N2/H2, N2/CH4) dengan laju alir yang

terukur. Untuk rancangan ini digunakan kontrol dan pengukuran aliran

gas dari tabung gas menuju ruang nitridasi dengan menggunakan flow-

meter dan needle valve. Arah dan keluaran gas dalam ruang nitridasi

dirancang dengan sambungan variabel sehingga ketinggian pipa dapat

diatur. Dengan kondisi ini peralatan bisa dikopel untuk proses pengerasan

bahan dengan gas atau campuran gas serta mekanisme pengerasan lainnya.

4. Sistem Tegangan Tinggi

Sistem tegangan tinggi dirancang dengan tegangan tinggi DC 1-20 kV dengan arus

1-50 mA. Untuk pengembangan selanjutnya akan dirancang sumber

tegangan berupa tegangan tinggi DC berpulsa dengan frekuensi 100-1000

Hz, dan bila mungkin dirancang untuk bisa dipasangkan juga dengan RF

yang ditujukan khusus untuk membangkitkan plasma. Komponen

tegangan tinggi menggunakan sistem trafo dan pelipat tegangan.

5. Sistem Vakum

10

Untuk operasi nitridasi dirancang sistem vakum pada ruang karburasi sampai 10-3

mBar. Sistem vakum dihasilkan dari pompa rotari dengan kapasitas 450l/

menit sehingga tekanan vakum ruang untuk operasi dapat dicapai dengan

waktu sekitar 15 menit. Peralatan ukur tekanan vakum pirani-meter, katup

pengatur dan beberapa saluran belows diperlukan untuk pengaturan sistem

vakum.

2.5 Proses Pembentukan Ikatan

Untuk mencapai kestabilan, unsur-unsur dapat membentuk senyawa

dengan unsur yang sejenis, contohnya O2, N2, dan H2 atau bergabung dengan

unsur yang berbeda, contohnya H2O, NaCl, dan CH4. Ikatan yang dibentuk pada

penggabungan unsur-unsur bergantung pada bagaimana cara unsur-unsur tersebut

mencapai konfigurasi elektron yang stabil yaitu dengan menarik atau melepaskan

elektron dan dengan penggunaan bersama elektron valensi. Ikatan yang terjadi

berupa ikatan ion dan ikatan kovalen. Senyawa yang mengandung ikatan ion

disebut senyawa ion, sedangkan senyawa yang mengandung ikatan kovalen

disebut senyawa kovalen.

2.5.1 Ikatan Ion

Untuk mencapai keadaan stabil, atom-atom melakukan ikatan satu sama

lain melalui interaksi elektrostatik membentuk ikatan ion. Senyawa yang dibentuk

dinamakan senyawa ion. Ikatan ion terbentuk akibat adanya interaksi elektrostatik

di antara atom-atom yang berikatan sehingga konfigurasi elektron dari atom-atom

itu menyerupai konfigurasi elektron gas mulia. Adanya interaksi elektrostatik

menghasilkan atom-atom bermuatan listrik yang berlawanan sehingga terjadi gaya

tarik menarik elektrostatik. Gaya tarik-menarik inilah yang disebut ikatan ion.

Atom-atom yang bermuatan positif disebut kation. Adapun atom-atom yang

bermuatan negatif disebut anion.

11

Gambar 2.4 Pembentukan Ikatan Ion

Sumber: (belajar.kemdikbud.go.id)

2.5.2 Ikatan Kovalen

Menurut Lewis, atom-atom bukan logam dapat membentuk ikatan dengan

atom-atom bukan logam melalui penggunaan bersama pasangan elektron

valensinya. Apa yang dimaksud dengan penggunaan bersama pasangan elektron

valensi? Mengapa ikatan antar-atom bukan logam tidak melalui interaksi

elektrostatik? Atom-atom bukan logam umumnya berada pada golongan VA-

VIIA, artinya atom-atom tersebut memiliki elektron valensi banyak (5-7). Jika

elektron valensinya banyak, apakah yang akan dilakukan atom-atom golongan

VA-VIIA untuk mencapai konfigurasi elektron seperti gas mulia? Untuk

mencapai konfigurasi elektron seperti gas mulia, atom-atom cenderung

mengadakan pemakaian bersama elektron, setiap atom menyumbang elektron

valensi untuk digunakan bersama. Ikatan yang terbentuk melalui penggunaan

bersama pasangan elektron valensi dinamakan ikatan kovalen. Senyawa yang

dibentuk dinamakan senyawa kovalen. Untuk menyatakan elektron valensi dalam

ikatan kovalen, Lewis menggunakan rumus titik elektron. Hal ini ditunjukkan

pada gambar 2.5 pembentukan ikatan kovalen pada molekul F2.

Gambar 2.5 Pembentukan Molekul F2


12

2.5.3 Ikatan Kovalen Tunggal

Ikatan kovalen tunggal adalah ikatan yang terbentuk dari penggunaan

bersama sepasang elektron. Sepasang elektron ikatan dapat dinyatakan dengan

satu garis. Misalnya, pada molekul HCl, sepasang elektron ikatan dapat dituliskan

dalam bentuk H-Cl. Pada molekul CH4, keempat pasang elektron ikatan dapat

dituliskan dalam bentuk seperti ditunjukkan pada gambar 2.6 di bawah ini.

Gambar 2.6 Struktur Molekul CH4


2.5.4 Ikatan Kovalen Rangkap

Dalam ikatan kovalen, selain ikatan kovalen tunggal juga terdapat ikatan

kovalen rangkap dua dan rangkap tiga. Ikatan kovalen rangkap dua terbentuk dari

dua elektron valensi yang digunakan bersama oleh setiap atom, misalnya pada

molekul O2. Ikatan kovalen rangkap tiga terbentuk dari tiga elektron valensi yang

digunakan bersama oleh setiap atom, misalnya dalam molekul N2. Dapatkah Anda

menggambarkan pembentukan ikatan kovalen rangkap pada molekul O2?

Konfigurasi elektron atom 8O= 1s2 2s2 2p4. Atom O akan stabil jika konfigurasi

elektronnya serupa dengan 10Ne =1s2 2s2 2p6. Agar stabil maka atom O

memerlukan 2 elektron tambahan. Kedua elektron ini diperoleh dengan cara

pemakaian bersama 2 elektron valensi dari masing-masing atom O membentuk

ikatan kovalen rangkap dua seperti pada gambar 2.7 berikut ini.

13

Gambar 2.7 Pembentukan Ikatan Kovalen Pada Molekul O2


2.5.5 Ikatan Kovalen Koordinasi

Ikatan kovalen koordinasi adalah ikatan kovalen di mana pasangan

elektron yang dipakai bersama hanya disumbangkan oleh salah satu atom yang

akan membentuk ikatan, sedangkan atom yang satu lagi tidak menyumbangkan

elektron. Ikatan kovalen koordinasi hanya dapat terjadi jika salah satu atom

mempunyai pasangan elektron bebas. Hal ini ditunjukkan pada gambar 2.8

pembentukan ion ammonium.

Gambar 2.8 Pembentukan Ion Amonium


2.5.6 Ikatan Logam

Logam dan bukan logam membentuk ikatan ion, bukan logam dan bukan

logam membentuk ikatan kovalen. Ikatan apa yang terjadi jika atom logam dan

atom logam berikatan? Atom logam dan atom logam membentuk kristal logam.

Kristal logam yang Anda lihat sehari-hari, seperti logam besi, tembaga, dan

aluminium memiliki ikatan logam pada atom-atomnya.Terdapat beberapa teori

yang menerangkan ikatan pada logam, diantaranya adalah teori lautan elektron

dan teori pita. Teori ikatan logam kali pertama dikembangkan oleh Drude (1902),

14

kemudian diuraikan oleh Lorentz (1916) sehingga dikenal dengan teori elektron

bebas atau teori lautan elektron dari Drude-Lorentz. Menurut teori ini, kristal

logam tersusun atas kation-kation logam yang terpateri di tempat (tidak bergerak)

dikelilingi oleh lautan elektron valensi yang bergerak bebas dalam kisi kristal.

Ikatan logam terbentuk antara kation-kation logam dan elektron valensi. Ikatan ini

bisa terjadi melalui interaksi yang kuat antara inti positif atom logam dengan

elektron-elektron valensi dari atom itu sendiri maupun atom lain dalam logam.

pembentukan ikatan logam pada logam perak (Ag) ditunjukkan pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Pembentukan Ikatan Logam Pada Perak (Ag)


2.6 Pembentukan Jenis Ikatan Kimia

Setelah kita memahami tentang proses pembentukan ikatan kimia, maka

pembahasan selanjutnya adalah tentang penentuan jenis ikatan kimia. Dalam suatu

senyawa, terutama senyawa biner, karakteristik ikatan kimia yang terdapat dalam

senyawa itu dapat ditentukan dengan mudah melalui identifikasi atom-atom

penyusun senyawa tersebut. Untuk senyawa poliatom, maka hal ini menjadi sulit

mengingat banyaknya atom yang terlibat dalam pembentukan ikatan kimia serta

masing-masing ikatan itu memiliki karakteristik yang unik sesuai dengan sifat

masing-masing atom pembentuknya. Ikatan ionik adalah ikatan yang terbentuk

antara ion positif dengan ion negatif. Ikatan ionik juga dapat dikatakan sebagai

ikatan yang terbentuk antara unsur logam dengan non logam. Dengan demikian,

untuk mengenali senyawa dengan ikatan ionik, kita perlu meninjau unsur-unsur

penyusunnya terlebih dahulu berhubungan dengan sifat logam dan logamnya.

Sedangkan ikatan kovalen terjadi karena penggunaan bersama pasangan elektron.

Ikatan kovalen umumnya terjadi antara unsur logam dengan non logam.

15

2.7 Baja Karbon

Baja karbon merupakan salah satu jenis baja paduan yang terdiri atas

unsur besi (Fe) dan karbon (C). Dimana besi merupakan unsur dasar dan karbon

sebagai unsur paduan utamanya. Dalam proses pembuatan baja akan ditemukan

pula penambahan kandungan unsur kimia lain seperti sulfur (S), fosfor (P), slikon

(Si), mangan (Mn) dan unsur kimia lainnya sesuai dengan sifat baja yang

diinginkan. Baja karbon memiliki kandungan unsur karbon dalam besi sebesar

0,2% hingga 2,14%, dimana kandungan karbon tersebut berfungsi sebagai unsur

pengeras dalam struktur baja. Dalam pengaplikasiannya baja karbon sering

digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan alat-alat perkakas, komponen

mesin, struktur bangunan, dan lain sebagainya. Menurut pendefenisian ASM

handbook vol.1:148 (1993), baja karbon dapat diklasifikasikan berdasarkan

jumlah persentase komposisi kimia karbon dalam baja yakni sebagai berikut:

1. Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel)

Baja karbon rendah merupakan baja dengan kandungan unsur karbon

dalam sturktur baja kurang dari 0,3% C. Baja karbon rendah ini memiliki

ketangguhan dan keuletan tinggi akan tetapi memiliki sifat kekerasan dan

ketahanan aus yang rendah. Pada umumnya baja jenis ini digunakan

sebagai bahan baku untuk pembuatan komponen struktur bangunan, pipa

gedung, jembatan, bodi mobil, dan lain-lainya.

2. Baja Karbon Sedang (Medium Carbon Steel)

Baja karbon sedang merupakan baja karbon dengan persentase kandungan

karbon pada besi sebesar 0,3% C – 0,59% C. Baja karbon ini memiliki

kelebihan bila dibandingkan dengan baja karbon rendah, baja karbon

sedang memiliki sifat mekanis yang lebih kuat dengan tingkat kekerasan

yang lebih tinggi dari pada baja karbon rendah. Besarnya kandungan

karbon yang terdapat dalam besi memungkinkan baja untuk dapat

dikeraskan dengan memberikan perlakuan panas (heat treatment) yang

sesuai. Baja karbon sedang biasanya digunakan untuk pembuatan poros,

rel kereta api, roda gigi, baut, pegas, dan komponen mesin lainnya.

16

3. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel)

Baja karbon tinggi adalah baja karbon yang memiliki kandungan karbon

sebesar 0,6% C – 1,4% C. Baja karbon tinggi memiliki sifat tahan panas,

kekerasan serta kekuatan tarik yang sangat tinggi akan tetapi memiliki

keuletan yang lebih rendah sehingga baja karbon ini menjadi lebih getas.

Baja karbon tinggi ini sulit diberi perlakuan panas untuk meningkatkan

sifat kekerasannya, hal ini dikarenakan baja karbon tinggi memiliki jumlah

martensit yang cukup tinggi sehingga tidak akan memberikan hasil yang

optimal pada saat dilakukan proses pengerasan permukaan. Dalam

pengaplikasiannya baja karbon tinggi banyak digunakan dalam pembuatan

alat-alat perkakas seperti palu, gergaji, pembuatan kikir, pisau cukur, dan

sebagainya.

2.8 Struktur Mikro Baja

2.8.1 Diagram Fasa Fe-C

Diagram fasa adalah diagram yang menampilkan hubungan antara

temperatur dengan kadar karbon, dimana terjadi perubahan fasa selama proses

pendinginan dan pemanasan. Diagram fasa Fe-C merupakan diagram yang

menjadi parameter untuk mengetahui segala jenis fasa yang terjadi didalam baja,

serta untuk mengetahui faktor-faktor apa saja yang terjadi di dalam baja paduan

dengan berbagai jenis perlakuan.

Gambar 2.10 Diagram Fasa Fe-C

Sumber: (undip.ac.id)

17

Berdasarkan gambar diagram fasa Fe-C dapat terlihat bahwa pada temperatur 727

°C terjadi transformasi fasa austenite menjadi fasa perlit. Transformasi fasa ini

dikenal sebagai reaksi eutectoid, dimana fase ini merupakan fase dasar dari proses

perlakuan panas pada baja. Kemudian pada temperatur 912 °C hingga 1394 °C

merupakan daerah besi gamma (γ-Fe) atau austenite, pada kondisi ini biasanya

austenite memiliki struktur Kristal FCC (Face Centered Cubic) bersifat stabil,

lunak, ulet, dan mudah dibentuk. Besi gamma ini dapat melarutkan unsur karbon

maksimum hingga mencapai 2,14% C pada temperatur 1147 °C. Untuk

temperatur dibawah 727 °C besi murni berada pada fase ferit (α-Fe) dengan

struktur kristal BCC (Body Centered Cubic), besi murni BCC mampu melarutkan

karbon maksimum sekitar 0,02% C pada temperatur 727 °C. Sedangkan besi delta

(δ-Fe) terbentuk dari besi gamma yang mengalami perubahan struktur dari FCC

ke struktur BCC akibat peningkatan temperatur dari temperatur 1394 °C sampai

1538 °C, pada fase ini besi delta hanya mampu menyerap karbon sebesar 0,05%C.

2.8.2 Perubahan Fasa Fe-C

Dalam diagram fasa Fe-C terjadi beberapa perubahan fasa yaitu perubahan

fasa ferit (α-Fe), austenite (γ-Fe), sementit, perlit, dan maretnsit.

1. Ferrite atau Besi Alpha (α-Fe)

Ferit merupakan suatu larutan padat karbon dalam struktur besi murni

yang memiliki struktur BCC dengan sifat lunak dan ulet. Fasa ferit mulai

terbentuk pada temperatur antara 300 °C hingga mencapai temperatur 727

°C. Kelarutan karbon pada fasa ini relatif kecil dibandingkan dengan

kelarutan pada fasa larutan padat lainnya. Saat fasa ferit terbentuk,

kelarutan karbon dalam besi alpha hanyalah sekitar 0,02% C.

Gambar 2.11 Struktur mikro baja atau besi pada fasa ferit.


18

2. Austenit atau Besi Gamma (γ-Fe)

Fase austenite merupakan larutan padat intertisi antara karbon dan besi

yang memiliki struktur FCC. Fasa austenit terbentuk antara temperature

912 °C sampai dengan temperatur 1394 °C. Kelarutan karbon pada saat

berada pada fasa austenit lebih besar hingga mencapai kelarutan karbon

sekitar 2,14% °C.

Gambar 2.12 Struktur mikro baja atau besi pada fasa austenit


3. Besi Karbida atau Sementit

Karbida besi adalah paduan besi karbon dimana pada kondisi ini karbon

melebihi batas larutan sehingga membentuk fasa kedua atau karbida besi

yang memiliki komposisi Fe3C dan memiliki struktur kristal BCT.

Karbida pada ferit akan meningkatkan kekerasan pada baja, hal ini

dikarenakan sementit memiliki sifat dasar yang sangat keras. Difasa ini

kelarutan karbon bisa mencapai 6,70% C pada temperatur dibawah 1400

°C, akan tetapi baja ini bersifat getas

Gambar 2.13 Struktur mikro baja atau besi pada fasa sementit


19

4. Perlit

Perlit merupakan campuran antara ferit dan sementit yang berbentuk

seperti pelat-pelat yang disusun secara bergantian antara sementit dan ferit.

Fase perlit ini terbentuk pada saat kandungan karbon mencapai 0,76% C,

besi pada fase perlit akan memiliki sifat yang keras, ulet dan kuat

Gambar 2.14 Struktur mikro besi pada fasa perlit


5. Martensit

Matensit adalah suatu fasa yang terjadi karena pedinginan yang sangat

cepat sekali. Jenis fasa martensit tergolong kedalam bentuk struktur kristal

BCT. Pada fase ini tidak terjadi proses difusi hal ini dikarenakan terjadinya

pergerakan atom secara serentak dalam waktu yang sangat cepat sehingga

atom yang tertinggal pada saat terjadi pergeseran akan tetap berada pada

larutan padat. Besi yang berada pada fase martensit akan memiliki sifat

yang kuat dan keras, akan tetapi besi ini juga besifat getas dan rapuh.

Gambar 2.15 Struktur mikro besi pada fasa martensit


20

2.8.3 Struktur Kristal Logam atau Baja

Struktur kristal merupakan susunan atom-atom teratur yang terdapat dalam

ruang tiga dimensi. Keteraturan susunan tersebut terjadi karena kondisi geometris

yang harus memenuhi adanya ikatan atom yang terarah dengan posisi susunan

yang tepat. Struktur kristal pada logam terbagi atas:

1. Struktur Kristal Body Centered Cubic (BCC)

Pada umumnya struktur kristal ini banyak ditemukan pada besi alpha,

chrom (Cr), molebdenum (Mo), dan lain sebagainya. Dengan atom yang

saling bersentuhan satu sama lainnya sepanjang diagonal sisi. Struktur

kristal BCC memiliki atom-atom disetiap sudut kubus, tiap atom dalam sel

satuan BCC ini dikelilingi oleh delapan atom tetangga seperti yang terlihat

pada gambar

Gambar 2.16 Struktur kristal BCC


2. Struktur Kristal Face Centered Cubic (FCC)

Struktur kristal FCC mempunyai sebuah atom pada semua pusat sisi kubus

dengan sebuah atom pada setiap titik pada sudut kubus. Tiap atom dalam

sel satuan FCC dikelilingi oleh dua belas atom tetangga, hal ini berlaku

untuk setiap atom baik yang terletak pada titik sudut, maupun atom dipusat

sel satuan. Struktur kristal ini umumnya bersifat stabil, ulet dan mudah

dibentuk. Struktur FCC dapat ditemukan pada besi gamma, alumunium,

timbale, platina, dan lain sebagainya

21

Gambar 2.17 Struktur kristal FCC


3. Struktur Kristal Hexagonal Close Packed (HCP)

Struktur kristal HCP merupakan struktur kristal dengan bentuk hexagonal

persegi enam yang memiliki tiga struktrur lapisan atom. Pada setiap

lapisan atas dan lapisan bawah terdapat enam buah atom yang tersusun

pada setiap sudutnya serta satu atom tambahan yang terletak ditengah-

tengah sisi lapisan. Struktur kristal HCP ini dapat ditemukan pada

magnesium, titanium, seng, cadmium dan zirconium

Gambar 2.18 Struktur kristal HCP


4. Struktur Kristal Body Centered Tetragonal (BCT)

Struktur kristal BCT merupakan struktur kristal pada atom bersifat

magnetis dan dapat diberi perlakuan panas. Jenis struktur BCT ini

memiliki tingkat kekerasan yang sangat tinggi, hal ini dikarenakan pada

struktur kristal ini terdapat fasa martensit yang besifat kuat dan keras. Sel

satuan pada kristal BCT terletak pada pusat kubus yang dikelilingi oleh

tiga sumbu yang saling tegak lurus akan tetapi memiliki panjang sumbu

yang tidak sama (sumbu a ≠ sumbu c).

22

Gambar 2.19 Struktur kristal BCT


2.9 Difusi

Difusi adalah suatu peristiwa mengalir atau berpindahnya suatu zat dari

konsentrasi tinggi ke kosentrasi rendah. Proses difusi dapat terjadi dalam keadaan

gas, cair, maupun padat sehingga proses pendifusian ini dapat terjadi pada baja

dan logam lainnya. Pendifusian atom pada logam umumnya berdifusi dalam

bentuk atom tunggal bukan sebagai molekul, hal ini dikarenakan mobilitas atom

tunggal jauh lebih tinggi bila dibandingkan dengan molekul. Secara garis besar

proses difusi pada baja terjadi karena adanya perpindahan struktur atom akibat

pergerakan energi pada baja, dalam hal ini pergerakan atom-atom tersebut

dipercepat pada saat baja berada dalam temperatur tinggi. Baja pada temperatur

tinggi akan mengakibatkan terjadinya peregangan dan pergerakan pada struktur

atom sehingga mengakibatkan terjadinya kekosongan antara atom induk dengan

atom-atom tetangga. Dengan bantuan proses perlakuan permukaan, kekosongan

yang terjadi antara atom induk dan atom tetangga akan terisi oleh atom-atom

lainnya akibat dari proses perlakuan permukaan, baik itu secara difusi interstisi

maupun difusi vacancy. Kecepatan dari proses difusi ini tergantung pada:

1. Ukuran partikel atom. Semakin kecil ukuran partikel atom yang terdapat

pada suatu baja, maka semakin cepat terjadinya proses difusi pada atom.

2. Temperatur. Semakin tinggi temperatur pada saat baja diberi perlakuan

panas, maka energi yang bergerak pada partikel juga akan semakin cepat

sehingga kecepatan pada saat terjadinya difusi juga akan semakin tinggi.

3. Luas area antar partikel atom. Semakin besar luas area yang memisahkan

antara satu atom dengan atom lainnya, maka akan semakin cepat

23

terjadinya pergerakan atom sehingga akan menyebabkan kecepatan proses

difusi meningkat

2.9.1 Mekanisme Difusi

Mekanisme pendifusian atom dapat diklasifikasikan berdasarkan cara

perpindahan atom-atom terhadap posisi dari pendifusian atom tersebut.

Pengklasifikasian difusi atom dibagi menjadi dua mekanisme difusi yakni sebagai

berikut:

1. Difusi Vacancy

Difusi vacancy adalah mekanisme perpindahan atom karena adanya

kekosongan tempat dalam struktur atom. Kekosongan tersebut akan di isi

oleh atom-atom yang yang mengalami pergerakan akibat adanya

pergerakan energi dalam temperatur tinggi

Gambar 2.20 Difusi vacancy


2. Difusi Interstisi

Difusi interstisi merupakan mekanisme perpindahan atom akibat adanya

gerakan atom dalam rongga atom. Difusi interstisi ini terjadi apabila atom

yang mengalami pergerakan memiliki ukuran jari-jari atom yang jauh

lebih kecil dari atom induk. Atom-atom yang terinterstisi tersebut akan

bergerak masuk kedalam rongga atom yang tercipta oleh atom besar

seperti yang diperlihatkan pada gambar dibawah ini

24

Gambar 2.21 Difusi interstisi


2.10 Chemical Vapor Deposition

Chemical Vapour Deposition (CVD) merupakan reaksi kimia yang

dimaksudkan untuk meningkatkan kemurnian dan hasil yang tinggi dari suatu

material padat. Proses ini sering digunakan dalam industri semikonduktor untuk

menghasilkan lapisan yang tipis. Dalam beberapa tipe CVD, substrat diarahkan ke

satu atau beberapa bagian yang mudah menguap, sehingga reaksi terjadi pada

bagian permukaan substrat untuk menghasilkan endapan yang diinginkan.

Seringkali dihasilkan produk sampingan yang mudah menguap yang terdistribusi

oleh gas yang mengalir dalam ruang reaksi.

Proses microfabrication kebanyakan menggunakan CVD untuk

mengendapakan material dalam berbagai bentuk, seperti monocrystalline,

polycrystalline, amorphous, dan epitaxial. Material yang diendapkan biasanya

silikon, serat karbon, carbon nanofibers, filaments, carbon nanotubes,SiO2,

silikon-germanium, tungsten, silicon nitride, silikon oxinitrit, titanium nitrit. CVD

juga biasa digunakan untuk pembuatan berlian sintetik. Jenis-Jenis Deposisi Uap

Kimia ditunjukkan pada gambar 2.22 (a) dan (b).

(a) (b)

Gambar 2.22

(a) Hot-wall Thermal CVD (batch jenis operasi)

(b) Plasma Assisted CVD

Sumber: (s3.amazonaws.com/physicalvapordeposition)

2.11 Uji Kekerasan

http://en.wikipedia.org/wiki/Monocrystalline

http://en.wikipedia.org/wiki/Polycrystalline

http://en.wikipedia.org/wiki/Amorphous

http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon

http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_fiber

http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanofibers

http://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_filament

http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube

http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon_dioxide

http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon-germanium

http://en.wikipedia.org/wiki/Tungsten

http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon_nitride

http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Silicon_oxynitride&action=edit&redlink=1

http://en.wikipedia.org/wiki/Titanium_nitride

25

Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical of

properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material merupakan ketahanan

material terhadap gaya penekanan atau deformasi dari material lain yang lebih

keras. Yang menjadi prinsip dalam suatu uji kekerasan adalah terletak pada

permukaan material pada saat permukaan material tersebut diberi perlakuan

penekanan sesuai dengan parameter (diameter, beban, dan waktu).

2.11.1 Uji Kekerasan Metode Vickers (HV/VHN)

Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan

kekerasan suatu material dalam yaitu daya tahan material terhadap indentor intan

yang cukup kecil dan mempunyai bentuk geometri berbentuk pyramid seperti

ditunjukkan pada gambar 2.23 (a) dan (b). Beban yang dikenakan juga jauh lebih

kecil dibanding dengan pengujian rockwell dan brinel yaitu antara 1 sampai

1000gram. Angka kekerasan Vickers (HV) didefinisikan sebagai hasil bagi

(koefisien) dari beban uji (F) dengan luas permukaan bekas luka tekan (injakan)

dari indentor (diagonalnya) (A) yang dikalikan dengan sin (136°/2).

Gambar 2.23 (a) Ilustrasi Penekanan Pengujian Vickers

(b) Bentuk Identor Vickers

Sumber: (Material Teknik 2nd session page 6)

Rumus untuk menentukan besarnya nilai kekerasan dengan metode vikers yaitu:

26

……………………………………………………..…(2.1)

………………….………………………………….…(2.2)

…………………………………………………….….(2.3)

Keterangan :

HV = Angka Kekerasan Vickers

F = Beban (kgf)

d = Diagonal (mm)

27

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Jenis Penelitian

Jenis penelitian dalam tugas akhir ini adalah experiment yang bertujuan

untuk meningkatkan angka kekerasan material bushing sehingga perlu dilakukan

surface treatment dengan plasma karburasi dan post-tretament.

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian

Tempat pelaksanaan penelitian ini di Workshop Teknik Mesin Alat Berat

Politeknik Negeri Balikpapan, Jl. Soekarno Hatta Km.8 pada bulan Mei.

3.3 Persiapan Alat dan Bahan

Persiapan alat dan bahan ini dilakukan utnuk mempermudah mendapatkan

kondisi dan hasil yang baik, antara lain:

a. Alat

Mesin uji Vickers untuk mengetahui nilai kekerasan material

Mesin karburasi untuk melapisi specimen dengan gas karbon

Mesin gerinda duduk (potong) untuk memotong material

Mesin potong frais/milling untuk membagi beberapa bagian

material setelah dipotong dengan mesin Gerinda

Mesin pemoles (Polisher) digunakan agar memperoleh permukaan

spesimen yang rata

b. Bahan

Bushing Undercarriage CAT Dozer D10T

Kertas Amplas No. 100,200,400,800,1000,1500,2000 untuk

meratakan permukaan spesimen

Alcohol 95% untuk membersihkan bagian permukaan

Autosol digunakan pada saat penyelesaian dengan kain velvet

Kain velvet (kain beludru) untuk mengkilapkan permukaan

spesimen

28

Larutan resin dan katalis digunakan agar mempermudah proses

pengamplasan dan pemolesan.

3.4 Diagram Alir Penelitian

Metode penelitian tugas akhir yang dilakukan penulis bertujuan untuk

memperoleh kemudahan dalam proses penelitian dan penyusunan tugas akhir

dimana mengacu pada diagram alir. Diagram alir dutunjukan pada gambar 3.1.

29

N

Y

Gambar 3.1 Flow Chart Penelitian

analisa dan pembahasan data

Kesimpulan dan saran

Studi pustaka

Parameter

sesuai dengan

kondisi alat

Mulai

Raw material

Penentuan parameter pelapisan

Persiapan bahan uji

Proses pelapisan

Uji kekerasan Vickers

selesai

Parameter proses post-treatment:

1. Tekanan: 1 mbar

2. Waktu: 4 jam

3. Suhu: 300

30

3.5 Persiapan Benda Uji

Demi kelancarnya penelitian ini perlu dilakukan persiapan benda uji agar

hal-hal yang tidak diinginkan tidak terjadi, hal yang dibutuhkan meliputi:

1. Mempersiapkan benda yang akan diuji sesuai dengan kebutuhan yaitu

Material Bushing Unercarriage D10T.

2. Melakukan pembagian komponen material bushing undercarriage yang

digunakan sebagai sampel pengujian dengan cara memotong

menggunakan gerinda potong, kemudian komponen dipotong menjadi

beberapa bagian kecil menggunakan mesin Frais/milling. Pemotongan

dilakukan secara hati–hati agar tidak terjadi perubahan struktur akibat

panas yang timbul saat memotong, dan tidak terjadi perubahan bentuk

spesimen akibat beban alat potong.

3. Melakukan pembingkaian, proses pembingkaian ditunjukkan pada gambar

3.2. Proses ini sering digunakan untuk material uji yang mempunyai

dimensi yang lebih kecil. Dalam pemilihan media pembingkaian haruslah

sesuai dengan jenis material yang akan digunakan. Pembingkaian haruslah

memiliki kekarasan yang cukup dan tahan terhadap distorsi fisik akibat

panas yang dihasilkan pada saat proses pengamplasan. Proses

pembingkaian ini bertujuan untuk mempermudah pengamplasan dan

pemolesan. Bahan yang digunakan dalam pembingkaian adalah campuran

larutan Resin dan Katalis.

Gambar 3.2 Pembingkaian dengan campuran larutan Resin dan Katalis

Sumber: (Dokumen Pribadi)

4. Melakukan pengamplasan pada permukaan material yang akan di uji,

pengamplasan dilakukan dengan menggunakan mesin poles ditunjukkan

31

pada gambar 3.3 (c), dari amplas kasar sampai amplas halus seperti di

tunjukkan pada Gambar 3.3 (a). Untuk mendapatkan hasil yang maksimal

hal-hal yang harus di perhatikan dalam pengamplasan adalah air yang

mengalir pada pengamplasan harus cukup sebagai media pendinginan.

5. Proses pemolesan bertujuan untuk menghasilkan permukaan material uji

yang benar-benar rata dan sangat halus pemukaannya hingga tampak

mengkilap tanpa ada goresan pada material uji. Pemolesan dilakukan

dengan menggunakan kain Velvet (Beludru) yang diolesi larutan autosol

metal polish. Ditunjukkan pada gambar 3.3 (b).

(a) (b)

(c)

Gambar 3.3 Bagian (a) Pengamplasan

Bagian (b) Polishing menggunakan kain bludru (Velvet)

Bagian (c) Mesin Poles


6. Setelah dilakukan pemolesan, benda kerja dibersihkan menggunakan

cairan alcohol 95% dengan tisu, kemudian setelah bersih komponen di

32

packing dan di bungkus menggunakan tisu lalu di masukkan ke plastik klip

dalam keadaan vakum di tunjukkan pada Gambar 3.5. Dengan tujuan agar

tidak terjadi kontaminasi dengan udara bebas yang dapat membuat sampel

uji korosi, sehingga berpotensi mengganggu proses maupun hasil

pengujian.

Gambar 3.4 Packing komponen


3.6 Pengujian Kekerasan (Mikro Vickers)

Pengujian kekerasan mikro vickers merupakan suatu pengujian yang

digunakan untuk mengetahui nilai kekerasan dari suatu material dengan

menggunakan beban di bawah 1 Kgf , kekerasan dapat didefinisikan sebagai

ketahanan suatu material terhadap deformasi permanen oleh penekanan.

Kekerasan dapat diukur dengan cara pengujian, Dalam pengujian kekerasan

dilakukan dengan menggunakan alat kekerasan Vickers (Vickers Hardness Tester)

Uji kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya

berbentuk bujur sangkar. Pengujian pada penelitian ini sebanyak 2 kali meiputi:

1. Pengujian mikro Vickers sebelum material mengalami treatment dengan

indikator beban 500 gf dan penekanan selama 10 detik. Pengujian di

lakukan pada material dengan potongan melintang, agar dapat di ketahui

nilai kekerasaan base metal material bushing undercarriage. Pengujian

mikro vickers dilakukan di Lab. Pengujian Mesin Politeknik Negeri

Balikpapan (POLTEKBA).

2. Pengujian mikro Vickers sesudah material mengalami carburizing dengan

indikator beban 50 gf (gram force) dan penekanan selama 10 detik.

33

Pengujian mikro vickers dilakukan di Lab. Badan Tenaga Nuklir (Batan)

Yokyakarta, mesin penguji kekerasan ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Mesin Penguji Kekerasan (Mikro Vickers)


3.7 Membersihkan Benda Uji Dengan Ultrasonic Cleaner

Ultrasonic cleaner adalah alat untuk membersihkan kontaminasi seperti

kotoran,minyak,polisihing. Penggunaan alat ini adalah dengan cara merendamkan

material/komponen yang akan dicuci/dibersihkan dengan cairan alkohol 95%

kemudian menggunakan gelombang suara berfrekuensi tinggi yaitu sekitar 18

kHz. Gambar wadah ultrasonic cleaner bisa dilihat pada gambar 3.6.

34

Gambar 3.6 Wadah Ultrasonic Cleaner


3.8 Pelapisan Material Uji Dengan Plasma Carburizing dan Post-

Treatment

1. Proses pelapisan plasma carburizing

Setelah material dibersihkan, kemudian benda uji dimasukkan dalam tabung plasma

carburizing. Alat plasma ditunjukkan pada gambar 3.7. Proses pelapisan

dilakukan di Lab. Bahan Tenaga Nukir (BATAN) Yogyakarta. Prinsip dari

metode ini adalah, masuknya atom-atom gas terioniasi (plasma) ke dalam

material karena adanya pengaruh medan yang diionisasikan berasal dari

gas alam hidrokarbon seperti CH4 dan gas mulia He sebagai gas

penghantar proses plasma. Gas tersebut dialirkan ke dalam tabung lucutan

(kondisi vakum), dimana komponen/material yang akan dikeraskan

diletakkan pada elektroda bawah (katoda) dalam tabung tersebut. Karena

adanya beda potensial yang terpasang diantara 2 elektroda, maka gas-gas

karbon akan terionisasi. Ion-ion karbon tersebut karena adanya pengaruh

medan listik akan menumbuk permukaan material dan ion karbon tadi

melapisi bagian permukaan material sedangkan gas mulia tadi hanya

sebagai penghantar saja untuk memadatkan dan menghasilkan lapisan

karbon.

2. Proses post-treatment terhadap lapisan karbon

Setelah lapisan karbon tadi terbentuk pada permukaan kemudian

dilanjutkan dengan proses post-treatment menggunakan gas mulia yaitu

argon. Gas tersebut dialirkan ke dalam tabung lucutan (kondisi vakum),

dimana komponen/material yang akan dikeraskan diletakkan pada

35

elektroda bawah (katoda) dalam tabung tersebut. Karena adanya beda

potensial yang terpasang diantara 2 elektroda, maka gas mulia akan

terionisasi. Ion-ion tersebut karena adanya pengaruh medan listik akan

menumbuk permukaan material tersebut, kemudian memadatkan lapisan

karbon yang telah terbentuk sebelumnya. Sehingga menghasilkan

kekerasan permukaan material yang lebih baik.

Gambar 3.7 Alat Plasma CVD


36

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian

Penelitian yang dilakukan dalam tugas akhir ini bertujuan utnuk

mengetahui pengaruh karburasi plasma terhadap katakteristik kekerasan pada

komponen bushing pada track link. Penelitian yang dilakukan berupa pengujian

yang meliputi kekerasan mikro Vickers, proses pelapisan plasma karburasi, dan

pengujian setelah proses karburasi plasma yaitu post-treatment. Parameter

pengujian sampel bushing dilakukan meliputi sampel raw material, sampel

setelah proses karburasi plasma dan sampel saat dilakukan pengujian post-

treatment dalam bentuk data-data angka kekerasan.

4.1.1 Pengujian Kekerasan Mikro Vickers Pada Raw Material

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui angka kekerasan yang terdapat

pada specimen dengan menggunakan alat mikro Vickers sebelum material

mengalami treatment dengan indikator beban 500 gf dan penekanan selama 10

detik. Pengujian dilakukan pada material dengan potongan melintang, ditunjukkan

pada gambar 4.1, agar dapat diketahui nilai kekerasaan base metal material

bushing undercarriage. Adapun hasil pengujian kekerasan yang terdapat pada

specimen seperti yang terlihat pada tabel 4.1 hubungan nilai kekerasan pada raw

material terhadap kedalamn benda uji.

Gambar 4.1 Potongan sampel pengujian


37

No Kedalaman benda uji

(10³µm) Beban

penekanan 500

gf dan dwell

time 10 s

Satuan Angka

kekerasan

1 3

VHN

362.7

2 6 332.7

3 8 323.3

4 11 314.3

5 14 325.7

Table 4.1 Hubungan Angka Kekerasan Terhadap Kedalaman Benda Uji

(Raw Material)

Gambar 4.2 menunjukkan hasil uji kekerasan raw material terhadap

kedalaman benda uji. Berdasarkan gambar 4.2 tersebut terlihat bahwa angka

kekerasan dipermukaan sisi luar lebih tinggi dibandingkan dengan angka

kekerasan dibagian inti dengan angka kekerasaan sisi luar 362,7 VHN sementara

angka kekerasaan bagian inti 314,3 VHN. Karena angka kekerasan bagian sisi

luar lebih tinggi dibandingkan dengan bagian inti ini mewujudkan bahwa

komponen bushing telah mengalami suatu treatment pada permukaan.

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Angka Kekerasan Terhadap Kedalaman Benda Uji

(Raw Material)

4.1.2 Pengujian Kekerasan Mikro Vickers pada Lapisan Karbon

Berdasarkan hasil pengujian kekerasan mikro vickers pada sampel setelah

dilakukan proses pelapisan ditunjukkan pada table 4.2 dan gambar 4.3 terkait

grafik hubungan angka kekerasan terhadap kedalaman benda uji. Beban

38

penekanan sebesar 50 gf dan dengan waktu penekanan 10 detik dan lama waktu

pelapisan selama 4 jam.

No Kedalaman benda uji (10³µm) Beban

penekanan 500

gf dan dwell

time 10 s

Satuan Angka

kekerasan

1 3

VHN

1035.8

2 6 1027.3

3 8 1032.2

4 11 1033.6

5 14 1032.9

Tabel 4.2 Hubungan Angka Kekerasan Terhadap Kedalaman Benda Uji setelah

dilakukan pelapisan plasma carburizing

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Angka Kekerasan Terhadap Kedalaman Benda Uji

Pada Lapisan Karbon

4.1.3 Pengujian Mikro Vickers Lapisan Karbon Terhadap Post-Treatment

Berdasarkan hasil pengujian kekerasan mikro vickers pada sampel setelah

dilakukan proses pelapisan ditunjukkan pada table 4.3 dan gambar 4.4 terkait

grafik hubungan angka kekerasan terhadap waktu post-treatment. Beban

penekanan sebesar 50 gf dan dengan waktu penekanan 10 detik dan waktu post-

treatment selama 30 menit.

39

No Waktu Post-Treatment (menit) Beban

penekanan 500

gf dan dwell

time 10 s

Satuan Angka

kekerasan

1 0

VHN

1035.8

2 10 1139.4

3 20 1307.0

4 30 1743.2

Tabel 4.3 Hubungan Angka Kekerasan Lapisan Karbon Terhadap Waktu Post-

Treatment

Setelah melalui proses plasma carburizing, dimana hasil ditunjukkan pada

gambar 4.4 angka kekerasan meningkat setelah dilakukan proses carburizing

dengan angka kekerasan pada permukaan dengan 1035.8 VHN dibandingkan

pada raw material dengan angka kekerasan 362,7 VHN. Dengan adanya proses

post-treatment menjadikan kekuatan lapisan lebih meningkat. Terbukti pada

waktu 30 menit kekerasan menjadi lebih tinggi dengan angka 1743,2 VHN.

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Angka Kekerasan Terhadap Waktu Post-Treatment

Pembentukan lapisan karbon terjadi melalui proses difusi. Ilustrasi proses

ditunjukkan pada gambar 4.5. Dengan adanya pendifusian atom-atom membentuk

ikatan dipermukaan karena sebagian dari atom-atom (Cu) berpindah ke (Ni) dan

begitu pula sebaliknya. karena itulah fenomena difusi menjadikan lapisan

carburizing terbentuk.

40

Gambar 4.5 Mekanisme Difusi

(a) Pasangan difusi tembaga-nikel Setelah perlakuan panas suhu tinggi,

menunjukkan zona difusi paduan.

(b) Representasi skematik lingkaran Cu (lingkaran berwarna merah) dan atom

Ni (lingkaran abu-abu) lokasi di dalam perpindahan atom.

(c) Konsentrasi dari Tembaga dan nikel sebagai fungsi posisi berseberangan.

Sumber: (Fundamental Of Materials Science Chapter 6)

Efek post-treatment memanfaatkan gas mulia dengan adanya arus, kecepatan

perpindahan elektron dari anoda ke katoda, atom-atom akan terdorong dan

menumbuk permukaan kemudian merapatkan/memadatkan gas karbon yang telah

terlapisi. Ilustrasi proses tumbukan ditunjukkan pada gambar 4.4. Efek tumbukan

dalam ilustrasi ini merujuk pada proses shot peening ditunjukkan pada gambar

4.5. proses dimulai dengan menembakkan permukaan oleh sebuah bola baja kecil

yang disebut media shot. Ini menghasilkan indentasi kecil atau lesung di

permukaan shot peening ini berfungsi untuk merapatkan dan memadatkan lapisan

karbon yang telah terbentuk sebelumnya. Hal inilah yang menyebabkan angka

kekerasan menjadi meningkat terhadap angka kekerasan pada lapisan karbon.

Gambar 4.6 Sketsa Tumbukan Ion Terhadap Permukaan


41

Gambar 4.7 Ilustrasi Shot Peening

Sumber: (mecpl.com)

Proses terbentuknya lapisan memanfaatkan gas metana dan helium sebagai

penghantar proses plasma dengan adanya arus, karena adanya beda potensial

antara elektron anoda dan katoda, atom-atom akan terdorong dan menumbuk

permukaan kemudian merapatkan/memadatkan gas karbon pada metana kemudian

helium hanya sebagai gas penghantar untuk memadatkan lapisan permukaan,

dikarenakan gas mulia tidak dapat menempel/mengendap pada material logam.

Berdasarkan data-data yang diperoleh diatas dapat dilihat bahwa perubahan nilai

kekerasan yang terjadi pada specimen disebabkan beberapa faktor yang

mempengaruhinya, diantaranya pemanfaatan gas metana dan helium yang

digunakan pada proses plasma carburizing. Gas karbon pada metana memberikan

sumbangan dalam mempercepat proses peresapan unsur karbon kedalam baja hal

tersebut disebabkan gas metana pada suhu austenit cepat terurai. Sehingga proses

difusi dan penyerapan karbon ke dalam lapisan luar baja terjadi lebih cepat dan

lebih lama pada waktu tahan selama 4 jam, serta efek post-treatment dengan

menggunakan gas argon mampu memadatkan lapisan karbon sebelumnya dan

ketebalan lapisan carburizing semakin tinggi yang mengakibatkan nilai kekerasan

baja tersebut meningkat.

42

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan data yang diperoleh selama melakukan penelitian, maka dapat

disimpulkan antara lain:

1. Proses pelapisan carburizing secara plasma chemical vapor depotision

(CVD) mampu menghasilkan angka kekerasan permukaan sebesar 1035,8

VHN. Lapisan yang terbentuk lebih keras dari pada raw material yang

hanya sebesar 362,7 VHN.

2. Lapisan carburizing yang telah terbentuk mampu ditingkatkan melalui

proses post-treatment. Lapisan carburizing meningkat dengan angka

kekerasan 1743,2 VHN setelah dilakukan proses post-treatment.

5.2 Saran

1. Selain mendapatkan hasil angka kekerasan perlu juga dilakukan pengujian

laju keausan, dikarenakan sifat kekerasan identik dengan ketahan aus.

2. Perlu dilakukan pengamatan Scanning Electronic Microscope (SEM)

bertujuan untuk melihat lapisan karbon dan ketebalan yang sudah

terbentuk.

3. Perlu juga dilakukan Energy Dispensive Spectroscopy (EDS) untuk

mengetahui apakah terbentuk unsur karbon pada permukaan.

DAFTAR PUSTAKA

Shinn Shyong Tzeng., dkk., (2010) “Pengaruh plasma nitrogen post-treatment

pada lapisan karbon seperti berlian sintetis oleh plasma RF yang

meningkatkan deposisi uap kimia” dalam: Journal Diamond and Related

Materials 19 Hal: 783-786

Shinn Shyong Tzeng., dkk., (2011) “Karakterisasi permukaan dan sifat

nanopartikel dari lapisan karbon seperti berlian sintetis oleh plasma RF

yang meningkatkan deposisi uap kimia” dalam: Journal Thin Solid Film

519 Hal: 4870-4873

Dwi Priyantoro., dkk., (2016) “Perlakuan permukaan pada roller rantai dengan

metode plasma carburizing dari campuran gas he dan ch4 pada tekanan

1,8 mbar” dalam: Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 12, No. 2 Hal: 71-74

Setiyana B. (2008) “Pengaruh teknologi system plasma lucutan pijar terhadap

tingkat pengerasan permukaan logam” dalam: Jurnal Momentum, Volume

4, No. 1 Hal: 43-47

Handbook Fundamental Of Materials Science and Engineering “Diffusion”

Chapter 6, Hal 146-147

www.Google.co.id/Hongwoo-machinery-product-range/Image

www.Google.co.id/Bestindustrial.com/Image

www.Google.co.id/S3amazonaws.com/Physicalvapourdeposition

www.Google.co.id/Propertiesofmaterialsandtesting-page02(pdf)

www.Batan.go.id (Dokumentasi pengujian laboraturium 2014)

www.Google.co.id/ belajar.kemdikbud.go.id

www.Google.co.id/ undip.ac.id/BAB_II(pdf)

http://www.google.co.id/Hongwoo-machinery-product-range/Image

http://www.google.co.id/Bestindustrial.com/Image

http://www.google.co.id/S3amazonaws.com/Physicalvapourdeposition

http://www.google.co.id/Propertiesofmaterialsandtesting-page02(pdf)

pengaruh waktu post-treatment lapisan karbon...

Documents