karburisasi baja ss316 menggunakan arang sekam … · karbon. baja ss316 dapat ditingkatkan...

KARBURISASI BAJA SS316 MENGGUNAKAN ARANG

SEKAM PADI DAN ARANG KAYU SENGON

BAMBANG ADHI JATMIKO

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2013

ABSTRAK

BAMBANG ADHI JATMIKO. Karburisasi Baja SS316 Menggunakan

Arang Sekam Padi dan Arang Kayu Sengon. Dibimbing Oleh IRZAMAN

dan BAMBANG SUGENG.

Karburisasi atau carburizing adalah cara pengerasan permukaan dengan

memanaskan logam (baja) di atas suhu kritis dalam lingkungan yang mengandung

karbon. Baja SS316 dapat ditingkatkan kekerasannya tetapi tanpa mengurangi

keuletan lapisan di dalamnya dengan metode karburisasi padat. Arang kayu

sengon dan arang sekam padi dipilih karena kandungan karbonnya yang cukup

besar. Dari hasil struktur mikro mikroskop optik terlihat pada SS316 hasil

karburisasi terbentuk lapisan karbida sesuai yang diharapkan. Hasil XRD

menunjukkan adanya senyawa karbida pada sampel yang dikarburisasi yaitu

FexCy dan CrxCy. Senyawa oksida (FexOy) dapat terbentuk selama proses

karburisasi jika isolasi sampel selama proses karburisasi kurang optimal.

Kata Kunci: Karburisasi, SS316, kekerasan, arang kayu sengon, arang sekam padi

LEMBAR PENGESAHAN

Judul : Karburisasi Baja SS316 Menggunakan Arang Sekam Padi dan

Arang Kayu Sengon

Nama : Bambang Adhi Jatmiko

NIM : G74080007

Departemen : Fisika

Disetujui

Pembimbing I Pembimbing II

(Dr. Ir. Irzaman, M.Si) (Drs. Bambang Sugeng, M.T.)

NIP. 19630708 199512 1001 NIP. 19630122 1985110 1 001

Diketahui

Kepala Bagian Fisika Terapan

(Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si)

NIP. 19660907 199802 1006

KARBURISASI BAJA SS316 MENGGUNAKAN ARANG SEKAM PADI

DAN ARANG KAYU SENGON

BAMBANG ADHI JATMIKO

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains pada

Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2013

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bekasi pada tanggal 8

Februari 1991, sebagai putra bungsu dari dua

bersaudara dari pasangan Suryadi dan Rusminah.

Penulis menyelesaikan pendidikan di TK

Gandasari Bekasi dari tahun 1995-1996, kemudian

meneruskan pendidikan di SDN Pulo Gebang 04

Jakarta dari tahun 1996-2002, kemudian melanjutkan ke SMPN 172 Jakarta dari

tahun 2002-2005 dan melanjutkan pendidikan ke SMAN 12 Jakarta dari tahun

2005-2008. Penulis diterima Jurusan Fisika Institut Pertanian Bogor pada tahun

2008 melalui jalur USMI.

Selama menempuh pendidikan di Institut Pertanian Bogor Penulis aktif

diberbagai organisasi dan kepanitiaan diantaranya sebagai ilustrator Koran

Kampus IPB periode 2008-2010, Ketua Departemen Komunikasi dan Informasi

Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) IPB 2010, Staf Kementerian Komunikasi

dan Informasi BEM KM IPB 2011, Editor BEMedia 2011, Ketua Pelatihan

Jurnalistik LK IPB 2011, Ketua Physics Gathering 2010, Ketua Divisi Logistik

dan Transportasi Kompetisi Fisika 2011, Staf Acara Open House Fisika 2010, dan

Staf Journalistic Fair IPB 2009

Penulis juga meraih berbagai prestasi baik akademik maupun non-

akademik diantaranya Juara I IPB Sineaste Award 2009, Juara II Lomba Inovasi

Teknologi Lingkungan ITS 2012, Makalah Terbaik I Greentechnology ITB 2010,

Grand Finalis Greentechnology ITB 2010, Grand Finalis HI-Great Himatitan

Unibraw 2012, PKMM 2010, dan PKMP 2012.

KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan

rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan usulan penelitian

yang berjudul Karburisasi pada Baja SS316 Menggunakan Arang Sekam dan

Arang Kayu.

Skripsi ini disusun sebagai hasil penelitian yang dilaksanakan pada bulan

September 2011 – April 2012 dan merupakan salah satu syarat untuk

memperoleh gelar sarjana pada Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan

Ilmu pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Tak lupa penulis ingin

mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Allah SWT karena berkat rahmat dan kuasa-Nya lah skripsi ini dapat

terselesaikan

2. Orang tua, kakak, dan keluarga besar penulis atas segala do’a, dukungan dan

motivasi yang diberikan selama penyelesaian perkuliahan dan penelitian

3. Bapak Irzaman, Bapak Bambang Sugeng, Bapak Sulistioso dan Bapak

Anthonius Sitompul yang selalu membimbing dan membantu selama

penyelesaian penelitian.

4. Bapak Hanedi DS selaku editor yang telah membantu memperbaiki penulisan

skripsi ini.

5. Bapak Akhirrudin Maddu dan Bapak Faozan Ahmad selaku penguji kolokium,

seminar, dan sidang sarjana.

6. Bapak Firman, Bapak Jun, Mas Iyan, Ibu Grace dan seluruh staf Departemen

Fisika IPB atas bantuannya selama perkuliahan.

7. Rekan satu tim penelitian, Rifka Dina Putri, Hezti Wiranata, dan Hening Pram

Pradityo atas apa yang sudah kita alami bersama selama proses pengerjaan

penelitian.

8. Sahabat-sahabat sejak Tingkat Persiapan Bersama hingga saat ini, Muhammad

Wahyu Hidayat, Winahyu Hapsari, Rustiana Imala Putri, Iqbal Syukri, Septhia

Rachmawati, Ammar Asy’ari dan teman-teman kelas B06 semua untuk semua

kesan-kesan yang tak terlupakan.

9. Sahabat-sahabat di Koran Kampus IPB, kak Dina Berina, kak Agus

Surachman, kak Iqbal Kusnandarsyah, kak Auliyaul Hafizoh, Ryan Iga

Septiawan, dan kru Korpus lainnya untuk segala pengalaman dan

pembelajaran yang dapat diambil selama di Korpus IPB.

10. Sahabat-sahabat Fisika Angkatan 45, Aminah Balfas, Anggi Maniur,

Hardiyanti, Ari Widjonarko, Ella Rahmadani, Khafit Pratama, Epa Rosidah

Apipah, Nissa Sukmawati, Ahmad Khakim, Rizki Adistya dan semua teman-

teman atas semua kesan-kesan yang telah dilewati selama tiga tahun belajar

bersama.

Akhir kata, Penulis menyadari bahwa usulan penelitian ini masih jauh dari

sempurna, sehingga kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan

demi kemajuan aplikasi hasil penelitian yang dikembangkan ini.

Bogor, April 2012

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ........................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................... viii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................... ix

PENDAHULUAN ........................................................................................................... 1

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

Tujuan Penelitian .................................................................................................... 1

Rumusan Masalah ................................................................................................... 1

Hipotesis ................................................................................................................. 1

TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................................. 1

Karburisasi .............................................................................................................. 1

Arang....................................................................................................................... 2

Baja SS316 .............................................................................................................. 3

Difusi....................................................................................................................... 3

XRD (X-Ray Diffraction) ........................................................................................ 4

Uji Kekerasan.......................................................................................................... 4

Uji kekerasan Vickers ....................................................................................... 5

BAHAN DAN METODE ................................................................................................ 5

Waktu dan Tempat ................................................................................................. 5

Alat dan Bahan ........................................................................................................ 5

Metode Penelitian ................................................................................................... 6

Persiapan sampel ............................................................................................... 6

Pemotongan.................................................................................................... 6

Pengamplasan ................................................................................................ 6

Proses karburisasi.............................................................................................. 6

Mounting dan etsa ............................................................................................. 6

Karakterisasi ..................................................................................................... 7

Uji XRD ......................................................................................................... 7

Uji energy dispersive spectroscopy (EDS) .................................................... 7

Uji mikrostruktur ........................................................................................... 7

Uji kekerasan ................................................................................................. 7

HASIL DAN PEMBAHASAN........................................................................................ 7

Hasil Karburisasi .................................................................................................... 7

XRD ........................................................................................................................ 7

Uji Mikrostruktur .................................................................................................... 11

Uji EDS ................................................................................................................... 13

Uji Kekerasan.......................................................................................................... 13

KESIMPULAN DAN SARAN........................................................................................ 14

Kesimpulan ............................................................................................................. 14

Saran ....................................................................................................................... 14

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 14

LAMPIRAN ..................................................................................................................... 16

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Komposisi kimia arang kayu sengon ................................................................. 5

Tabel 2. Komposisi kimia baja SS316 ............................................................................. 6

Tabel 3. Parameter kisi fase karbida dan base metal ....................................................... 20

Tabel 4. Data hasil EDS ................................................................................................... 24

Tabel 5. Data uji kekerasan baja SS316 hasil karburisasi ............................................... 25

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Difusi vakansi ................................................................................................ 6

Gambar 2 Difusi intertisi ................................................................................................ 7

Gambar 3 Difraksi sinar X oleh bidang kristal ............................................................... 9

Gambar 4 Diagram alir penelitian ................................................................................... 12

Gambar 5 Ilustrasi karburisasi ........................................................................................ 13

Gambar 6 Sampel SS316 yang telah dikarburisasi pada temperatur 850oC selama 5 jam

menggunakan media arang kayu .................................................................... 16


menggunakan media arang kayu .................................................................... 17


menggunakan media arang sekam ................................................................. 17


menggunakan media arang sekam ................................................................. 17


menggunakan media arang kayu .................................................................. 18


menggunakan media arang kayu .................................................................. 18


menggunakan media arang sekam ............................................................... 18


menggunakan media arang sekam ............................................................... 19


menggunakan media arang kayu. Difusi karbon sejauh 214.3 µm .............. 21




menggunakan media arang sekam. Difusi karbon sejauh 195.9 µm ........... 22




menggunakan media arang kayu. Tidak nampak penetrasi karbon pada

gambar.......................................................................................................... 22







Gambar 22 Uji kekerasan Vickers .................................................................................. 25

viii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Penghitungan difusifitas karbon .................................................................. 31

Lampiran 2. Data JCPDS ................................................................................................. 34

Lampiran 3. Penghitungan parameter kisi ....................................................................... 40

ix

1

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Dalam dunia industri, dibutuhkan bahan-

bahan yang memiliki kualitas yang baik.

Misalnya memiliki kekuatan tarik, kekerasan

dan ketahanan tempa yang tinggi sehingga

produk yang terbuat dari logam tersebut awet

dan tahan lama.

Untuk meningkatkan kualitas permukaan

logam dapat dilakukan surface treatment. Pada

dasarnya perlakuan pada permukaan dapat

dilakukan dengan dua cara, yang pertama

dengan menambah unsur sehingga mengubah

komposisi kimianya (nitridasi, karburisasi, dan

karbonitridasi), sedangkan yang kedua dengan

cara mengubah fase atau struktur kristalnya

melalui pemanasan pada temperatur tertentu

yang kemudian diikuti dengan pendinginan

cepat ataupun lambat, tergantung fase atau

struktur yang diinginkan.

Karburisasi yaitu proses pemberian atau

penambahan kandungan karbon yang lebih

banyak pada bagian permukaan dibanding

dengan dinding bagian dalam, sehingga

kekerasan permukaannya lebih meningkat.

Sedang pada bagian dalamnya diharapkan masih

memiliki keuletan atau keliatan. Atas dasar

tersebut maka penulis mengambil topik

penelitian “Karburisasi pada baja SS316

menggunakan arang sekam padi dan arang kayu

sengon”

Alasan penggunaan arang sekam padi dan

kayu sengon karena kedua arang tersebut mudah

didapat dilingkungan sekitar dan harganya

relatif murah bagi masyarakat. Variasi

temperatur karburisasi yang digunakan adalah

850 oC dan 950

oC Penentuan temperatur ini

berdasar bahwa karburisasi paling optimal pada

temperatur 900-950 oC.

1 Peneliti menggunakan

temperatur optimal serta temperatur di

bawahnya untuk dijadikan variasi dalam

penelitian ini. Hal ini untuk melihat apakah

benar temperatur 900-950 oC temperatur yang

optimal untuk proses karburisasi, sehingga akan

diketahui temperatur yang terbaik untuk proses

karburisasi.

Tujuan

1. Melakukan karburisasi pada permukaan

baja SS316 menggunakan arang sekam padi

dan arang kayu sengon.

2. Mempelajari ketebalan lapisan karbida,

fase, dan kekuatan baja SS316 yang telah

dikarburisasi.

Rumusan Masalah

1. Apakah lamanya proses karburisasi

mempengaruhi kekerasan permukaan yang

dihasilkan?

2. Adakah kerugian yang dihasilkan dari

proses karburisasi menggunakan arang

sekam padi dan arang kayu sengon?

Hipotesis

1. Kedalaman penetrasi karbon bergantung

pada variasi waktu, temperatur, dan

konsentrasi karbon

2. Selama proses karburisasi sifat-sifat pada

logam bisa berubah dikarenakan perubahan

struktur mikro dan penambahan komposisi

kimia.

TINJAUAN PUSTAKA

Karburisasi

Karburisasi atau carburizing adalah cara

pengerasan permukaan dengan memanaskan

logam (baja) di atas temperatur kritis dalam

lingkungan yang mengandung karbon. Baja

pada temperatur sekitar temperatur kritis (850-

950 oC) memiliki daya larut karbon yang

tinggi.2 Karbon diabsorpsi ke dalam logam

membentuk larutan padat karbida besi dan pada

lapisan luar memiliki kadar karbon yang tinggi.

Bila cukup waktu, atom karbon akan

mempunyai kesempatan untuk berdifusi ke

bagian dalam baja. Tebal lapisan tergantung dari

waktu dan temperatur yang digunakan.3

Berdasarkan media yang memberikan karbon,

secara umum ada tiga macam metode dalam

proses karburisasi yaitu karburisasi padat (solid

carburizing) adalah suatu cara karburisasi yang

menggunakan bahan karbon berbentuk padat,

karburisasi cair (liquid carburizing), adalah

2

suatu cara karburisasi dengan menggunakan

bahan karbon berbentuk cair, dan karburisasi

gas (gas carburizing) adalah suatu cara

karburisasi dengan menggunakan bahan karbon

berbentuk gas.4

Karburisasi yang hanya menggunakan arang

akan menggunakan oksigen dari atmosfer yang

berada di sekitarnya. Oksigen mengalami reaksi

dengan arang selama proses pemanasan dan

menghasilkan campuran yang banyak

mengandung CO2 yang kembali bereaksi dengan

arang5. Persamaan reaksinya adalah sebagai

berikut CO2 + C → 2CO (1)

Akibat semakin tingginya temperatur

pemanasan maka CO akan lebih banyak

terbentuk dari pada CO2. Pada permukaan baja

CO terpecah menjadi sebagai berikut

2CO → CO2 + C (2)

Banyaknya atom-atom karbon yang terdifusi

menjadikan kerapatan permukaan subtrat

meningkat, sehingga kekerasan meningkat.

Atom-atom karbon yang masuk dalam

permukaan subtrat mempunyai ukuran atom

yang lebih kecil dibanding jarak antar atom Fe

dan akan menempati ruang di antara atom Fe

secara interstisi (pengisian rongga kosong pada

ikatan antar atom). Bila energi cukup, atom-

atom karbon ini bergerak ke interstisi berikutnya

dan pada temperatur tinggi gerakannya akan

meningkat. Kehadiran atom karbon ini

mengakibatkan terhambatnya gerakan dislokasi.

Gerakan dislokasi yang lambat mengakibatkan

peningkatan kekerasan.3

Proses karburisasi telah dikembangkan

sedemikian rupa menggunakan teknologi

canggih, misalnya metode karburisasi cair

sistem vakum untuk pembuatan roda gigi helix6.

Karburisasi padat yang merupakan metode

yang paling sederhana masih digunakan pada

industri-industri kecil di Indonesia. Misalnya

untuk penyepuhan pisau yang memanfaatkan

arang baterai bekas.7

Berbagai usaha telah dilakukan untuk

memperbaiki proses karburisasi padat dengan

menambahkan energizer atau bahan pengaktif

seperti barium karbonat8,9

, natirum karbonat10,11

dan kalsium karbonat12

.

Arang

Arang adalah substansi hitam berpori dengan

kandungan karbon tinggi yang dibuat dari

pemanasan kayu dan bahan organik. Ciri

morfologi arang adalah berwarna hitam, ringan,

mudah hancur, dan meyerupai batu bara.13

Arang sekam (kuntan) adalah sekam bakar

yang berwarna hitam yang dihasilkan dari

pembakaran sekam yang tidak sempurna, dan

telah banyak digunakan sabagai media tanam

secara komersial pada sistem hidroponik.

Komposisi arang sekam paling banyak

ditempati oleh SiO2 yaitu 52% dan C sebanyak

31%. Komponen lainnya adalah Fe2O3, K2O,

MgO, CaO, MnO, dan Cu dalam jumlah relatif

kecil serta bahan organik. Karakteristik lain

adalah sangat ringan, kasar sehingga sirkulasi

udara tinggi karena banyak pori, kapasitas

menahan air yang tinggi, warnanya yang hitam

dapat mengabsorbsi sinar matahari secara

efektif, pH tinggi (8,5 – 9,0).14

sedangkan untuk

komposisi arang kayu sengon adalah:

Tabel 1. Komposisi kimia arang kayu sengon15

.

Parameter Kandungan

pH (H2O) 8,00

pH(KCl) 8,00

C – Organik, % 55,00

N – Kjeldahl, % 0,10

C/N 131,00

P Potenisal (HCL 25%, P2O5),

ppm

290,60

K Potensial (HCL 25%, K2O),

mg/100 g

18,00

P – tersedia (Bray P2O5), ppm 69,00

K – tersedia (Morgan K2O), ppm 133,00

Mg (1 N NH4Oac, pH 7.0

ekstraksi) me/100 g

8,00

Ca (1 N NH4Oac, pH 7.0

ekstraksi) me/100 g

28,00

K (1 N NH4Oac, pH 7.0

ekstraksi) me/100 g

17,00

Na (1 N NH4Oac, pH 7.0

ekstraksi), me/100 g

2,00

Total (1 N NH4Oac, pH 7.0

ekstraksi) me/100 g

55,00

Kejenuhan basa, % >100,00

KCl 1N, H+, me/100 g 0,00

http://id.wikipedia.org/wiki/Batu_bara

3

Baja SS316

Tabel 2. Komposisi kimia baja SS316.

16

Unsur Persentasi massa (%)

Karbon 0,08

Mangan 2,00

Fosfor 0,04

Kromium 16,00 – 18,00

Nikel 10,00 – 14,00

Molibdenum

Besi

2,00 – 3,00

69,88

Stainless steel adalah salah satu logam

campuran besi yang dirancang untuk level

ketahanan tinggi terhadap korosi. Efek ini

ditimbulkan karena sebagian besar campuran

terdiri atas kromium tetapi juga mungkin

ditambahkan berbagai elemen lain misalnya

molibdenum dan nikel.16

Baja SS316 merupakan logam campuran

antara besi dengan kromium, karbon, nikel dan

molibdenum dengan susunan seperti Tabel 2.

SS316 dipilih karena merupakan stainless

steel austenit yang banyak digunakan pada

industri minyak dan gas seperti untuk pipa,

bejana tekan, tangki untuk makanan, industri

kimia dan obat-obatan. Stainless steel ini

mempunyai ketahanan creep dan oksidasi pada

temperatur tinggi baik, ketangguhan pada

temperatur kriogenik baik dan bersifat non-

magnetik.17

Difusi

Difusi merupakan perpindahan atom dari

satu tempat ke tempat lainnya dari bagian

berkonsentrasi tinggi ke bagian yang

berkonsentrasi rendah. Perbedaan konsentrasi

yang ada pada dua larutan disebut gradien

konsentrasi. Difusi terus terjadi hingga seluruh

partikel tersebar luas secara merata atau

mencapai keadaan kesetimbangan dimana

perpindahan molekul tetap terjadi walaupun

tidak ada perbedaan konsentrasi.

Gambar 1 Difusi vakansi

Gambar 2 Difusi intertisi

Tipe difusi material padat ada dua macam

yaitu: self-diffusion dan inter-diffusion. Self-

diffusion adalah perpindahan pada satu jenis

bahan, sedangkan inter-diffusion adalah

perpindahan antara dua atau lebih jenis bahan

yang berbeda.18

Sedangkan mekanisme difusi

terbagi menjadi dua macam, yaitu difusi vakansi

dan difusi intertisi. Difusi vakansi adalah

mekanisme perpindahan atom karena ada

kekosongan tempat. Kekosongan ini kemudian

diisi oleh atom lain, seperti pada Gambar 1.

Difusi intertisi adalah mekanisme perpindahan

atom karena gerakan atom dalam rongga atom

seperti diilustrasikan pada Gambar 2.

Kemampuan difusi masing-masing atom

berubah dengan naiknya temperatur karena

adanya penambahan energi atom untuk bergetar

dan memutuskan ikatan atomnya, sehingga

sejumlah kecil atom akan berpindah dalam kisi.

Energi yang diperlukan untuk pindahnya sebuah

atom dikenal dengan istilah energi aktivasi.

Parameter difusi yang utama meliputi

temperatur dan waktu. Parameter tersebut akan

mempengaruhi presentasi, kedalaman, maupun

profil distribusi konsentrasi atom-atom gas

reaktif didalam material target. Kedalaman

difusi atom-atom pada material dapat ditentukan

dengan Persamaan 3.19

(3)

D adalah koefisien difusi sebagai fungsi

temperatur yang nilainya dapat dihitung melalui

Persamaan 4

http://id.wikipedia.org/wiki/Kesetimbangan

4

(4)

(4)

Keterangan:

x : kedalaman atom yang berdifusi (m)

D : koefisien difusi (m s-2

)

Do : koefisien difusi mula-mula (m s-2

)

t : waktu proses perlakuan (s)

Q : energi aktivasi difusi (J mol-1

)

R : konstanta gas (8,314 J mol-1

K-1

)

T : temperatur (K)

XRD (X-Ray Diffraction)

Eksperimen difraksi sinar-X yang pertama

dilakukan oleh Herren Friedrich dan Knipping

menggunakan kristal tembaga sulfat dan

berhasil memberikan hasil pola difraksi pertama

yang kemudian menjadi induk perkembangan

difraksi sinar-X selanjutnya.20

Pola difraksi sinar-X tertentu dapat

digunakan dalam analisis kualitatif (identifikasi

fase) dan kuantitatif material. Pada waktu suatu

material dikenai sinar-X, maka intensitas sinar

yang ditransmisikan lebih rendah dari intensitas

sinar datang.

Hal ini disebabkan oleh adanya penyerapan

material dan juga penghamburan oleh atom-

atom dalam material tersebut. Berkas sinar-X

yang dihamburkan tersebut ada yang saling

menghilangkan karena fasenya berbeda dan ada

juga yang saling menguatkan karena fasenya

sama. Berkas sinar-X yang saling menguatkan

itulah yang disebut sebagai berkas difraksi.

Hukum Bragg merupakan rumusan matematika

tentang persyaratan yang harus dipenuhi agar

berkas sinar-X yang dihamburkan tersebut

merupakan berkas difraksi. Berkas sinar-X

monokromatik yang datang pada permukaan

kristal dipantulkan, dan pantulan terjadi hanya

jika sudut datangnya mempunyai sudut tertentu.

Berikut di bawah ini ditampilkan skema sinar

datang dan sinar pantul sinar-x oleh bidang

kristal.21

Berkas sinar pantul saling berinterferensi

pada detektor dan terjadi interferensi konstruktif

hanya jika perbedaan lintasan antara sinar 1 dan

sinar 2 sama dengan kelipatan bulat dari panjang

gelombangnya:

Gambar 3 Difraksi sinar-X oleh bidang kristal21

2d sin θ = nλ (5)

Keterangan:

d : jarak bidang kristal (m)

θ : sudut difraksi (o)

n : orde difraksi (n =1,2,3,...),

λ : panjang gelombang sinar-X (λ ≅ 0,1

nm)

Persamaan ini disebut sebagai hukum Bragg.

Pantulan Bragg hanya terjadi pada gelombang

dengan panjang gelombang kurang dari sama

dengan 2d, dan itulah sebabnya cahaya tampak

tidak dapat digunakan dalam hal ini. Sudut θ

yang ditentukan berdasarkan Persamaan 5,

pada jarak antar bidang d dan λ tertentu

merupakan sudut terjadinya pantulan. Pada

sudut yang lain, berkas sinar pantul saling

berinterferensi destruktif satu sama lain,

sehingga pantulan efektifnya nol. Data yang

diperoleh dari pengukuran difraksi adalah sudut

difraksi 2 dan intensitasnya pada sudut pantul

yang sesuai. Pantulan n = 1,2,3...berturut-turut

disebut pantulan orde pertama, orde ke-2, orde

ke-3, dan seterusnya. Semakin tinggi orde

pantulan semakin rendah intensitas pantulnya.

Istilah difraksi lebih banyak dipakai dalam hal

ini dari pada pantulan, sehingga sebutan

lazimnya ”difraksi sinar-X”.21

Uji Kekerasan

Kekerasan bukanlah sifat dasar material

tetapi berkaitan dengan sifat elastis dan plastis

bahan. Kekerasan didefinisikan sebagai

resistansi terhadap tekukan,dan ditetapkan

dengan pengukuran kedalaman dari tekukan

permanen.22

Ketika diberikan sebuah gaya,

semakin kecil tekukan, artinya makin keras

materialnya. Harga kekerasan yang diperoleh

5

dari uji tertentu berlaku hanya sebagai

perbandingan antar material dan perlakuan. Uji

kekerasan banyak digunakan untuk kontrol

kekuatan bahan. Perlakuan dan pengerjaan

panas biasanya merubah kekerasan.

Macam- macam uji kekerasan :

• Uji kekerasan Rockwell

• Uji kekerasan Brinell

• Uji kekerasan Vickers

• Uji kekerasan Knoop

Uji kekerasan Vickers

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 piramid. Beban yang

dikenakan juga jauh lebih kecil dibanding

dengan pengujian Rockwell dan Brinell yaitu

antara 1 sampai 1000 gram.

Angka kekerasan Vickers (HV) didefinisikan

sebagai hasil bagi dari beban uji (F) dengan luas

permukaan bekas luka tekan (injakan) dari

indentor (diagonalnya) (A) yang dikalikan

dengan sin (136°/2). Rumus untuk menentukan

besarnya nilai kekerasan dengan metode Vickers

yaitu :

(6)

(7)

(8)

Keterangan:

HV : angka kekerasan Vickers

F : beban (kg)

d : diagonal (mm)

BAHAN DAN METODE

Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan

September 2011 sampai November 2012 di

Laboratorium Biofisika, Departemen Fisika IPB

dan BATAN, Puspiptek, Serpong.

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan pada penelitian

adalah mesin grinding, furnace, alat XRD merk

Shimadzu, mesin EDS Zeiss EVO 50,

mikroskop optik Nikon 270825, crucible, dan

spatula.

Bahan-bahan yang digunakan dalam

penelitian ini adalah baja SS316 ukuran

panjang 15 mm, lebar 15 mm, dan tebal 1 mm

sebanyak 24 buah, cairan resin, larutan

campuran HCl + HNO3 + air, arang kayu

sengon 69,12 g, dan arang sekam 69, 12 g.

6

Metode Penelitian

Gambar 4 Diagram alir penelitian

Persiapan sampel

Pemotongan

Tahap awal persiapan adalah pemotongan

sampel yang dibuat berbentuk persegi dengan

panjang sisi 1,5 cm dan ketebalan 1 mm

Gambar 5 Ilustrasi karburisasi

22

Pengamplasan

Setelah dipotong sampel diamplas. Tahap

pertama pengamplasan dan dilanjutkan tahap

kedua pemolesan. Keduanya menggunakan alat

yang dinamakan mesin grinding dan dialiri air

agar tidak terjadi gesekan yang menyebabkan

panas antara sampel dengan amplas.

Proses karburisasi

Karburisasi menggunakan arang yang telah

dihaluskan sehingga berbentuk butiran serbuk.

Arang yang telah dihaluskan tersebut kemudian

disimpan dalam wadah gelas yang terbuat dari

tanah merah (crucible), dan sampel yang sudah

disiapkan disimpan didalamnya yang kemudian

dipanaskan menggunakan alat furnace.

Karburisasi ini dilakukan dengan pemvariasian

temperatur 850°C dan 950°C selama 3 dan 5

jam. Setelah selesai sampel didinginkan

kemudian dibungkus rapi dan siap untuk

dilakukan pengujian-pengujian. Ilustrasi proses

karburisasi arang seperti pada Gambar 5.

Mounting dan etsa

Tahap ini merupakan tahap akhir dari

persiapan sampel, hanya saja proses

pengerjaannya dilakukan setelah sampel

7

dikarburisasi. Mounting adalah proses pelapisan

sampel menggunakan cairan resin agar sampel

dapat dengan mudah dilihat penampang

lintangnya pada saat akan uji struktur mikro

menggunakan mikroskop optik. Sedangkan etsa

adalah proses pencelupan penampang baja

SS316 pada larutan campuran HCl + HNO3 +

air dengan perbandingan 1:1:1 untuk melihat

batas butir pada baja

Setelah sampel dilakukan mounting

kemudian dilakukan etsa selama 10 detik lalu

langsung dibilas dengan air agar tidak terjadi

over etsa. Jika terjadi over etsa sampel diamplas

ulang karena sampel yang over etsa membuat

sampel terlihat terkorosi sehingga batas butir

yang ingin ditampilkan tidak begitu jelas

terlihat. Adapun under etsa yakni batas butir

yang diinginkan masih tidak terlihat. Jika hal ini

terjadi cukup melakukan etsa ulang hingga

terlihat batas butir yang diinginkan.

Karakterisasi

Uji XRD

Pengujian sampel dengan x-ray diffraction

yang kemudian diamati pola difraksi yang

terbentuk untuk mengidentifikasi senyawa

lapisan karbida yang terbentuk pada permukaan

sampel. Karakterisasi ini menggunakan alat

XRD merk Shimadzu.

Uji energy dispersive spectroscopy (EDS)

Sampel yang telah di XRD kemudian

dilapisi resin dan dilakukan etsa untuk

dikarakterisasi menggunakan EDS.

Karakterisasi EDS bertujuan untuk mengetahui

unsur apa saja yang terkandung pada sampel.

Alat yang digunakan adalah mesin EDS merk

Zeiss tipe EVO 50

Uji mikrostruktur

Pengujian sampel yang sudah dilapisi resin

dan dilakukan etsa kemudian siap untuk diamati

struktur mikronya dengan menggunakan

mikroskop optik dengan model Nikon 270825

Uji kekerasan

Uji kekerasan menggunakan metode

Vickers. Metode Vickers menggunakan

penetrator dengan ujung prisma, dan kemudian

diberikan beban. Sampel diletakkan pada

landasan rata, diarahkan pada posisi penekanan.

Selanjutnya dilakukan pembebanan sebesar 0,10

kg kemudian diukur bekas jejak diameter prisma

yang nampak dipermukaan baja yang

menentukan tingkat kekerasan dari sampel

tersebut.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Karburisasi

Karburisasi dilakukan pada variasi

temperatur 850 oC dan 950

oC, variasi waktu

tiga dan lima jam, serta variasi penggunaan

arang sekam padi dan arang kayu sengon.

Berdasarkan hasil karburisasi dihasilkan baja

SS316 yang berwarna hitam di bagian

permukaannya. Karburisasi dilakukan untuk

menghasilkan lapisan besi karbida (FexCy) atau

krom karbida (CrxCy).

XRD

Dalam penelitian ini karakterisasi XRD

dilakukan untuk menganalisis fase apa saja yang

terbentuk setelah dilakukan karburisasi. Untuk

menentukan fase karbida dari setiap sampel

dilakukan perbandingan dengan setiap puncak

dari C0,09Fe1,91, Cr23C, Fe2C, dan fase base metal

dari baja SS316. Setelah dilakukan analisis fase

terhadap fase-fase tersebut ternyata didapatkan

hasil beberapa puncak yang bukan merupakan

puncak dari fase-fase tersebut, kemudian

dilakukan analisis fase dengan membandingkan

puncak setiap sampel dengan puncak fase

oksida yaitu Fe3O4 dan Fe2O3. Pola difraksi yang

dicocokkan dengan sampel berasal dari

database joint comittee on powder diffraction

standards (JCPDS). Berikut adalah pola XRD

dari delapan sampel yang telah dikarburisasi

Base metal

8

Gambar 6 Sampel SS316 yang telah dikarburisasi pada temperatur 850oC selama 5 jam menggunakan

media arang kayu sengon (C0,09Fe1,91)


media arang kayu sengon (Cr23C6, Fe2C)


media arang sekam padi


menggunakan media arang sekam padi

111

200

Base metal

Base metal

Base metal

Base metal

9


menggunakan media arang kayu sengon


menggunakan media arang kayu sengon (C0,055Fe1,945)





10

Pola difraksi dari seluruh sampel

menunjukkan bahwa logam yang paling dominan

muncul adalah Fe dan Cr. Hal ini sesuai dengan

literatur yang menyebutkan bahwa baja SS316

paling banyak mengandung kedua unsur tersebut.

Arang mengandung unsur karbon yang dapat

berikatan dengan baja membentuk senyawa

karbida (FexCy, CrxCy) Senyawa inilah yang

dapat meningkatkan kekerasan pada permukaan

baja. Berdasarkan pola difraksinya, baik arang

kayu maupun arang sekam dapat membentuk

senyawa karbida pada sampel.

Selain senyawa karbida terbentuk juga

senyawa oksida (FexOy, CrxOy) pada sebagian

sampel. Hal ini disebabkan oleh proses oksidasi

yang terjadi selama dilakukan karburisasi. Proses

oksidasi kemungkinan terjadi karena

pengisolasian sampel selama dikarburisasi

kurang sempurna sehingga sampel berikatan

dengan udara didalam furnace. Sampel SS316

yang telah dikarburisasi menggunakan arang

kayu sengon sebagian besar menunjukkan adanya

senyawa karbida yang murni. Sampel yang

dikarburisasi pada temperatur 850oC selama 5

jam menggunakan media arang kayu sengon

menunjukkan adanya senyawa karbida yaitu

C0,09Fe1,91, untuk karburisasi pada waktu dan

arang yang sama tetapi menggunakan temperatur

950oC, terdapat dua macam senyawa karbida

yaitu Cr23C6, Fe2C, sampel SS316 yang telah

dikarburisasi pada temperatur 950oC selama 3

jam menggunakan media arang kayu sengon

terdapat senyawa karbida C0,055Fe1,945.

Sedangkan untuk sampel yang dikarburisasi

menggunakan media arang sekam padi, senyawa

yang terbentuk bukanlah senyawa karbida murni,

misalnya CrC2O4 dan Fe2O2CO3. Perbedaan

senyawa yang terbentuk, karena reaksi-reaksi

kimia berlangsung dengan laju yang berbeda-

beda. Ada reaksi yang berlangsung sangat cepat

dan ada reaksi yang berlangsung dengan lambat,

oleh karena itu terdapat perbedaan senyawa yang

terbentuk antara sampel yang dikarburisasi pada

waktu tiga jam dan sampel yang dikarburisasi

pada waktu lima jam. Sedangkan perbedaan

senyawa yang terbentuk antara sampel yang

dikarburisasi menggunakan arang sekam padi

dan arang kayu sengon karena komposisi pada

kedua jenis arang tersebut berbeda, sehingga

menghasilkan senyawa yang berbeda pula.

Pola difraksi untuk baja dengan proses

karburisasi selama tiga jam dan temperatur 850 oC baik menggunakan media arang kayu sengon

maupun arang sekam padi menunjukkan

kejanggalan, yaitu tidak terbentuknya senyawa

karbida maupun oksida. Pola difraksi yang

nampak hanya menunjukkan pola difraksi pada

baja SS316 murni, yaitu Cr0.19Fe0.7Ni0.11.

Berdasarkan teori difusifitas, kedalaman difusi

atom pada suatu material dipengaruhi oleh

temperatur dan waktu, oleh karena itu,

kemungkinan pada sampel tersebut kedua

parameter tersebut tidak cukup memadai untuk

mendifusikan karbon ke dalam permukaan baja.

Berikut perhitungan parameter kisi dari fase-fase

yang terbentuk. Metode perhitungan terlampir

Tabel 3. Parameter kisi fase karbida dan base metal

No Senyawa Struktur Parameter kisi Literatur

a b c a b c

1 Cr23C6 Kubus 10,65 10,65

2 Cr0.19Fe0.7Ni0.11 Kubus 3,60 3,59

3 C0.09Fe1.91 Tetragonal 1,49 1,64 2,85 2,98

4 C0.055Fe1.945 Tetragonal 1,40 2,04 2,86 2,94

5 Fe2C Tetragonal 2,65 2,62 2,75 4,35

11

Uji Mikrostruktur

Sampel yang telah dilakukan mounting

kemudian dilakukan etsa dengan larutan

campuran HNO3 + HCl + air hingga terlihat

batas butirnya jika diamati dengan mikroskop

optik. Batas butir yang tampak kehitaman pada

bagian pinggir baja merupakan parameter

kedalaman difusi karbon yang menembus

permukaan baja.

Gambar 14 Sampel SS316 yang telah

dikarburisasi pada temperatur

850 oC selama 5 jam

menggunakan media arang

kayu sengon. Difusi karbon

sejauh 214,30 µm



950 oC selama 5 jam



sejauh 225,60 µm



850 oC selama 5 jam


sekam padi. Difusi karbon

sejauh 195,90 µm



950 oC selama 5 jam



sejauh 305,50 µm

12



850 oC selama 3 jam


kayu sengon. Tidak nampak

penetrasi karbon pada gambar



950 oC selama 3 jam



sejauh 148,50 µm



850 oC selama 3 jam



sejauh 105,40 µm



950 oC selama 3 jam



sejauh 137,20 µm

Bagian dalam baja yang tidak terkena

karburisasi secara umum menampakkan pola

austenit baja tahan karat. Secara umum

kedalaman difusi karbon yang terbentuk

berkisar antara 100,00 - 305,50 µm, sedangkan

berdasarkan perhitungan menggunakan

Persamaan (3) dan (4), kedalaman karbon yang

berdifusi berkisar antara 463,10 – 1113,38 µm.

Berdasarkan hasil perhitungan didapat

perbedaan nilai koefisien difusifitas antara baja

SS316 dengan baja FCC murni tanpa campuran.

Baja SS316 merupakan baja stainless steel yang

memiliki unsur-unsur tambahan didalamnya,

13

sehingga proses difusi atom dari luar baja

menjadi lebih sulit, terlihat dari hasil

perhitungan yang menunjukkan bahwa koefisien

difusifitas pada baja SS316 bernilai lebih kecil

daripada baja FCC murni tanpa campuran.

Sampel yang dikarburisasi lebih lama (lima jam)

menunjukkan hasil difusi karbon yang lebih

dalam. Sedangkan ditinjau dari segi

temperaturnya semakin tinggi temperatur

semakin dalam pula difusi karbon yang terjadi.

Kedua hal tersebut sesuai dengan teori difusi

yang bergantung kepada dua parameter tersebut.

Seperti pada hasil XRD, Sampel SS316 yang

telah dikarburisasi pada temperatur 850 oC

selama 3 jam menggunakan media arang kayu

sengon tidak menampakkan hasil karburisasi.

Metode penghitungan terdapat pada lampiran.

Uji EDS

Berdasarkan hasil uji EDS pada sampel baja

SS316 yang dikarburisasi pada temperatur 950o

C dengan waktu lima jam dan penggunaan arang

sekam padi, terbukti bahwa baja yang telah

dikarburisasi mengandung karbon. Selain

karbon, baja yang telah dikarburisasi tersebut

juga mengandung oksigen, sesuai dengan hasil

XRD yang telah dilakukan.

Tabel 4. Data hasil EDS

Elemen

Komposisi

normal

(% berat)

Komposisi atom (%

atom)

Kromium 32,99 18,94

Oksigen 30,00 55,96

Besi 20,57 10,99

Mangan 9,79 5,32

Nikel 2,20 1,12

Karbon 2,33 5,79

Kalsium 1,14 0,85

Silikon 0,99 1,05

Uji Kekerasan

Gambar 22 Uji kekerasan Vickers

Pengujian kekerasan dilakukan

menggunakan metode Vickers. Sampel diberi

beban menggunakan indentor berbentuk

piramida. Setelah ditekan selama sepuluh detik

terlihat bekas jejak indentor pada permukaan.

Berdasarkan jejak indentor tersebut dapat

ditentukan tingkat kekerasan suatu bahan.

Berikut contoh gambar hasil uji kekerasan yang

telah dilakukan

Pada Tabel 5 dapat dilihat perbedaan nilai

kekerasan pada struktur asli baja SS316 dengan

lapisan yang terbentuk pada bagian luar baja

SS316. Jejak 2 pada Tabel 5 adalah struktur

dalam baja sedangkan jejak 1 dan 3 pada Tabel

5 adalah jejak pada lapisan yang terbentuk.

Sampel yang di uji hanya tiga buah karena

hanya ketiga sampel tersebut yang kedalaman

lapisannya dapat terlihat saat dilakukan

pengujian. Dari Tabel 5 terlihat bahwa

kekerasan lapisan hasil karburisasi meningkat

antara 34-60 HV dibandingkan dengan lapisan

asli baja SS316. Tingkat kekerasan bahan

berbanding lurus dengan peningkatan

kedalaman lapisan hasil lapisan karburisasi.

14

Tabel 5. Data uji kekerasan baja SS316 hasil karburisasi

Sampel Jejak d (mm) HV

SS316, Arang Kayu, 850oC, 5 jam

1 0,10 174,76

2 0,12 140,19

3 0,10 178,20

SS316, Arang Kayu, 950oC, 5 jam

1 0,10 185,40

2 0,12 140,19

3 0,10 197,05

SS316, Arang Sekam, 950oC, 5 jam

1 0,09 214,36

2 0,12 137,78

3 0,10 197,05

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan,

dapat ditarik beberapa kesimpulan, antara lain

proses karburisasi padat dapat menghasilkan

lapisan karbida pada sampel SS316. Selain

lapisan karbida, lapisan oksida juga dapat

terbentuk selama proses karburisasi, oleh karena

itu dibutuhkan proses isolasi sampel yang lebih

baik.

Variasi dari kedalaman lapisan karbida dan

oksida yang terbentuk bergantung pada waktu

dan temperatur karburisasi, sesuai dengan teori

difusifitas pada Persamaan 3 dan Persamaan 4.

Kedalaman difusi yang terjadi pada penelitian

ini berkisar antara 100-300,5 µm, dengan

penambahan nilai kekerasan sekitar 34-60 HV

Saran

Pada penelitian selanjutnya, dapat dilakukan

karburisasi stainless steel menggunakan arang

jenis lain ataupun sumber karbon jenis lain

untuk mengetahui keefektifan berbagai macam

sumber karbon untuk metode karburisasi.

DAFTAR PUSTAKA

1. Sofiyyudin AA. 2007. Pengaruh temperatur

carburizing menggunakan media arang

batok kelapa terhadap kekerasan dan

ketahanan aus roda gigi baja AISI 141

[skripsi]. Semarang: Fakultas Teknik,

Universitas Negeri Semarang.

2. Gupta J. 2009. Mechanical and Wear

Properties of Carburized Mild Steel

Samples. Rourkela: National Institute of

Technology.

3. Pribadi B, Suprapto, Dwi P. 2008.

Pengerasan permukaan baja st 40 dengan

metode carburizing plasma lucutan pijar. Di

dalam: Bijaksana M, editor. Seminar

Nasional IV SDM Teknologi Nuklir;

Yogyakarta, 15 Jul 2008. Yogyakarta:

Badan Tenaga Nuklir Nasional. hlm 35-39.

4. Djaprie S. 1990. Ilmu dan Teknologi

Bahan, Edisi V. Jakarta: Erlangga.

5. Thelning K. 1967. Handbook of Steels.

Stewart C, penerjemah. New York: Mc.

Graw Hill Inc. Terjemahan dari: Bofors

Handbok: Vӓrmebehandling av Stål.

6. Poor R, Verhoff S. 2002. New technology

is the next step in vacuum carburizing.

Industrial Heating. Oktober 2002: 50.

7. Arbintarso E. 2003. Penggunaan media

arang baterai untuk meningkatkan kualitas

karburisasi pada industri pembuatan pisau.

Di dalam: Suprapto, editor. Prosiding

Seminar Nasional Aplikasi Sains dan

Teknologi; Tangerang, 18 Okt 2003.

Tangerang: Institut Sains & Teknologi

AKPRIND. hlm 15-23.

8. Suryanto H, Malau V, Samsudin. 2003.

Pengaruh penambahan barium karbonat

pada media karburisasi terhadap

karakteristik kekerasan lapisan karburisasi

15

baja karbon rendah. Di dalam: Sarwono,

editor. Prosiding Seminar Nasional Teknik

Mesin; Malang, Okt 2003. Malang:

Universitas Brawijaya. hlm 69-72.

9. Tiwan, Mujiyono. 2005. Pengaruh

penambahan barium karbonat (BaCO3),

temperatur dan lama pemanasan terhadap

peningkatan kekerasan baja karbon rendah

pada proses karburising dengan media

serbuk tempurung kelapa. Universitas

Negeri Yogyakarta, siap terbit.

10. Mujiyono, Soemowidagdo AL. 2005.

Pemanfaatan natrium karbonat sebagai

energizer pada proses karburising untuk

meningkatkan kekerasan baja karbon

rendah. Universitas Negeri Yogyakarta,

siap terbit.

11. Sudarsono, Ferdian D, Soedarsono JW.

Pengaruh media celup dan waktu tahan

pada karburisasi padat baja AISI SAE 1522.

Di dalam: Suprapto, editor. Prosiding

Seminar Nasional Aplikasi Sains dan

Teknologi; Tangerang, 18 Okt 2003.

Tangerang: Institut Sains & Teknologi

AKPRIND. hlm 30-41.

12. Soemowidagdo AL. 2005. Kalsium

karbonat sebagai energizer pada proses

karburising untuk meningkatkan kekerasan

baja karbon rendah. Universitas Negeri

Yogyakarta, siap terbit.

13. Kambewa P, Bennet M, Killy S, Todd J.

2007. Charcoal--The Reality: a Study of

Charcoal Consumption, Trade and

Production. London: International Institute

for Environment and Development.

14. Istiqomah S. 2006. Menanam Hidroponik.

Jakarta: Azka Press.

15. Iskandar H, Kresno D, Santoso. 2005. Cara

Pembuatan Arang Kayu: Alternatif

Pemanfaatan Limbah Kayu oleh

Masyarakat. Bogor: Center for

International Forestry Research.

16. Henkel DP. 2002. Structure and Properties

of Engineering Materials. New York:

McGraw-Hill, Inc.

17. Jujur IN. Optimalisasi fasilitas pemurnian

pabrik feronikel Pomalaa untuk

menghasilkan stainless steel. Di dalam:

Ramadan AW, editor. Prosiding Seminar

Teknologi untuk Negeri 2003, Vol. I;

Jakarta, 4 Jan 2003. Jakarta: Badan

Penelitian dan Pengembangan Terpadu. hlm

183-190.

18. Febriantoko BW. 2008. Studi variasi

temperatur terhadap kuat mekanik

sambungan antara baja dengan tembaga

pada proses furnace brazing [skripsi].

Surakarta: Fakultas Teknik, Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

19. Smith W.F. 1993. Structure and Properties

of Engineering Alloy. New York: Mc. Graw

Hill Inc.

20. Anwar DPN. 2010. Pengaruh beban dan

waktu kontak antara rotor disk dan kanvas

rem (lining pad) pada steel brake pesawat

terbang tipe BOEING 737 –

200/300/400/500 [skripsi]. Depok: Fakultas

Teknik, Universitas Gunadarma.

21. Darminto. 2008. Pengantar Kristalografi

dan Difraksi Kristal. Surabaya: LPPM ITS.

22. Yunus AD. 2008. Struktur dan Sifat

Material. Jakarta: Universitas Darma

Persada.

23. Bakran HF. 2011. Pengaruh nitridasi

terhadap laju korosi pada baja KS01

[skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian

Bogor.

24. Kuswanto B. 2010. Pengaruh perbedaan

ukuran butir arang tempurung kelapa

barium karbonat terhadap peningkatan

kekerasan permukaan material baja st 37

dengan proses pack carburizing [tesis].

Semarang: Program Pascasarjana,

Universitas Diponegoro.

16

LAMPIRAN

17

Lampiran 1. Penghitungan difusifitas karbon

Difusi karbon (C) pada besi (Fe) berstruktur FCC berdasarkan literatur

Do = 2,00 x 10-5

m/s2

Q = 142.000 J/mol

Untuk T = 850 oC = 1123 K

Untuk waktu 3 jam,

Untuk waktu 5 jam,

Untuk T = 950 oC = 1223 K

Untuk waktu 3 jam,

18

Lanjutan Lampiran 1

Untuk waktu 5 jam,

Penghitungan difusifitas baja SS316 berdasarkan hasil kedalaman difusi karbon

pada penelitian

Untuk waktu = 5 jam dan temperatur = 950 oC, didapatkan nilai x = 305,5 µm,

Untuk waktu = 3 jam dan temperatur = 950 oC, didapatkan nilai x = 148,5 µm,

19

Lanjutan Lampiran 1

20

Lampiran 2. Data JCPDS

21

Lanjutan Lam piran 1.

Lanjutan Lampiran 2

22

Lanjutan Lampiran 2

Lanjutan Lampiran 2

23

Lanjutan Lampiran 2

24

Lanjutan Lampiran 2

25

Lanjutan Lampiran 2

Lampiran 3. Penghitungan parameter kisi

26

Cr23C6

Puncak no. 1 2 3 4 5

2ө 14,395000 41,460000 48,265000 54,382000 56,550000

Ө 7,197500 20,730000 24,132500 27,191000 28,275000

Sin ө 0,125290 0,353965 0,408848 0,456958 0,473704

Sin2 ө 0,015698 0,125291 0,167157 0,208811 0,224395

Sin2 ө/2 0,007849 0,062645 0,083578 0,104405 0,112198

Sin2 ө/3 0,005233 0,041764 0,055719 0,069604 0,074798

Sin2 ө/4 0,003924 0,031323 0,041789 0,052203 0,056099

Sin2 ө/5 0,000314 0,025058 0,033431 0,041762 0,044879

Sin2 ө/6 0,002616 0,020882 0,027859 0,034802 0,037399

Sin2 ө/8 0,001962 0,015661 0,020895 0,026101 0,028049

Sin2 ө/9 0,001744 0,013921 0,018573 0,023201 0,024933

Sin2 ө/10 0,001570 0,012529 0,016716 0,020881 0,022440

Sin2 ө/11 0,001427 0,011390 0,015196 0,018983 0,020400

Sin2 ө/12 0,001308 0,010441 0,013930 0,017401 0,018700

Sin2 ө/13 0,001208 0,009638 0,012858 0,016062 0,017261

Sin2 ө/14 0,001121 0,008949 0,011940 0,014915 0,016028

Sin2 ө/16 0,000981 0,007831 0,010447 0,013051 0,014025

Sin2 ө/17 0,000923 0,007370 0,009833 0,012283 0,013200

Sin2 ө/18 0,000872 0,006961 0,009286 0,011601 0,012466

Sin2 ө/19 0,000826 0,006594 0,008798 0,010990 0,011810

Sin2 ө/20 0,000785 0,006265 0,008358 0,010441 0,011220

Sin2 ө/21 0,000748 0,005966 0,007960 0,009943 0,010685

Sin2 ө/22 0,000714 0,005695 0,007598 0,009491 0,010200

Sin2 ө/24 0,000654 0,005220 0,006965 0,008700 0,009350

Sin2 ө/25 0,000628 0,005012 0,006686 0,008352 0,008976

Sin2 ө/26 0,000604 0,004819 0,006429 0,008031 0,008631

Sin2 ө/27 0,000581 0,004640 0,006191 0,007734 0,008311

Sin2 ө/28 0,000561 0,004475 0,005970 0,007458 0,008014

Sin2 ө/29 0,000541 0,004320 0,005764 0,007200 0,007738

Sin2 ө/30 0,000523 0,004176 0,005572 0,006960 0,007480

Sin2 ө/32 0,000491 0,003915 0,005224 0,006525 0,007012

Sin2 ө/33 0,000476 0,003797 0,005065 0,006328 0,006800

Lanjutan Lampiran 3

27

Puncak no. 1 2 3 4 5

Sin2 ө/34 0,000462 0,003685 0,004916 0,006141 0,006600

Sin2 ө/35 0,000449 0,003580 0,004776 0,005966 0,006411

Sin2 ө/36 0,000436 0,003480 0,004643 0,005800 0,006233

Sin2 ө/37 0,000424 0,003386 0,004518 0,005644 0,006065

Sin2 ө/38 0,000413 0,003297 0,004399 0,005495 0,005905

Sin2 ө/40 0,000392 0,003132 0,004179 0,005220 0,005610

Sin2 ө/41 0,000383 0,003056 0,004077 0,005093 0,005473

Sin2 ө/42 0,000374 0,002983 0,003980 0,004972 0,005343

Sin2 ө/43 0,000365 0,002914 0,003887 0,004856 0,005218

Sin2 ө/k 3,007197 24,002090 32,022380 40.002070 42,987640

h2+k

2+l

2 3,000000 24,000000 32,000000 40,000000 43,000000

h k l 1 1 1 4 2 2 4 4 0 6 2 0 5 3 3

Maka parameter kisi untuk Cr23C6 adalah 10,65

Base Metal

Puncak nomor 1 2

2ө 43,560000 50,740000 Ө 21,780000 25,370000 Sin ө 0,371044 0,428464 Sin2 ө 0,137673 0,183580 Sin2 ө/2 0,068837 0,091790 Sin2 ө/3 0,045891 0,061193 Sin2 ө/4 0,034418 0,045895 Sin2 ө/k 3,000075 4,000431 H2+k2+l2 3 4 H k l 1 1 1 2 0 0

Maka parameter kisi untuk Cr23C6 adalah 3,60

28

Lanjutan Lampiran 3

C0.09Fe1.91

H k l

2

2

Sin2

2

Sin2

2

sin

2

sin

2

sin

2

1 0 1

43

.59

21.

795 1 1 1 1 1

0.475400792

0.13

7854

4.75

4008

22.6

0059

4.75

4008

4.75

4008

0.137853894

0.137853894

0.655358505

1 1 0

44

.45

22.

225 2 4 0 0 0

0.490401279

0.14

3069

4.90

4013

24.0

4934 0

9.80

8026

0.286138164 0

0.701612607

0 0 2

62

.22

31.11 0 0 4

16 0

0.782771452

0.26

6961

7.82

7715

61.2

7311

31.3

1086 0 0

1.06784433

2.089695142

2 0 0

65

.08

32.54 4

16 0 0 0

0.82246215

0.28

9324

8.22

4622

67.6444 0

32.8

9849

1.157295188 0

2.379578722

7

21 5

17 1

2.571035673

0.83

7208

25.7

1036

175.

5674

36.0

6487

47.4

6052

1.581287246

1.205698224

5.826244976

C0.055Fe1.945

H k l

2

2

Sin22

Sin2 2

sin2

sin2 sin2

1 0 1

44.

302

22.1

51 1 1 1 1 1

0.48

7819

0.14

2166

4.87

8188

23.7

9672

4.87

8188

4.87

8188

0.14

2166

0.14

2166

0.6935

11622

1 1 0 44.

417 22.2085 2 4 0 0 0

0.489825

0.142867

4.898254

23.9929 0

9.796509

0.285735 0

0.699801218

0 0 2

62.

68

31.3

4 0 0 4

1

6 0

0.78

9356

0.27

052

7.89

356

62.3

0829

31.5

7424 0 0

1.08

2081

2.1353

66938

3 5 5

1

7 1

1.76

7

0.55

5553

17.6

7

110.

0979

36.4

5243

14.6

747

0.42

7901

1.22

4246

3.5286

79778

Fe2C

H k l 2ϴ ϴ 2

2

Sin22

Sin2 2

sin2

sin2

sin2

0 1 1

37,

93

18,9

66 1 1 1 1 1

0,053

713

0,0136

14

0,53

7134

0,288

513

0,537

134

0,53

7134

0,01

3614

0,01

3614

0,007

312

0 2 0

41,

98

20,9

94 4

1

6 0 0 0

0,831

116

0,7054

77

8,31

1164

69,07

5445

0,000

000

33,2

4465

6

2,82

1909

0,00

0000

5,863

337

1 1 1

42,

61

21,3

05 2 4 1 1 2

0,960

725

0,4009

11

9,60

7253

92,29

9309

9,607

253

19,2

1450

6

0,80

1822

0,40

0911

3,851

651

7

2

1 2 2 3

1,845

555

1,1200

02

18,4

5555

1

161,6

63268

10,14

4387

52,9

9629

6

3,63

7344

0,41

4524

9,722

301

28

29

Lanjutan Lampiran 3

Ketiga senyawa tersebut berdasarkan literatur merupakan senyawa dengan bentuk

kristal tetragonal, oleh karena itu untuk menghitungnya dapat menggunakan metode

Cohen.

Diketahui menurut persamaan Bragg,

dan pada tetragonal, jarak antara bidang d

dengan penggabungan kedua rumus tersebut didapatkan

Untuk memperoleh nilai parameter kisi menggunakan hubungan,

akan diperoleh bentuk

keterangan:

= h2 + k

2

= l2

= 10 sin22

A = D/10

B = 2/(4c

2)

C = 2/(4a

2)

30

Lanjutan Lampiran 3

Nilai A,B, dan C dapat diketahui dari persamaan

nilai A,B, dan C dari persamaan tersebut dapat diselesaikan dengan menggunakan

metode Cramer. Kemudian dapat dicari nilai parameter kisi a dan c menggunakan

rumus

a = Cu/(2C)

c = Cu/(2B)

karburisasi baja ss316 menggunakan arang sekam … · karbon. baja ss316 dapat ditingkatkan...

Documents