pembahasan khusus

7/16/2019 pembahasan khusus

http://slidepdf.com/reader/full/pembahasan-khusus-5634f94ccc7e9 1/10

C. Pembahasan khusus

Pengerasan baja karbon rendah dengan proses Chromizing

Baja karbon banyak digunakan dalam alat-alat industri dan alat-alat mekanis

karena baja karbon banyak diproduksi dan harganya memang relatif lebih murah

dan juga memenuhi syarat teknis tetapi kelemahan dari baja karbon adalah mudah

terkorosi. Salah satu cara untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah proses

pelapisan dengan cara mendifusikan atom-atom logam pelapis ke dalam logam

utama dan karena temperatur proses yang cukup tinggi maka atom-atom logam

pelapis yang berdifusi ke dalam logam utama membentuk larutan padat dan

senyawa logam lainya. Proses ini disebut dengan diffusion coating atau pelapisan

difusi. Proses pelapisan difusi ada bermacam-macam yaitu ; Nitriding (pelapisan

dengan nitrida), Carburising (pelapisan dengan karbon), Calorising (pelapisan

dengan aluminium), Chromising (pelapisan dengan khrom). Pada proses Nitriding

dan Karburising biasanya digunakan untuk mendapatkan lapisan permukaan yang

keras.

Proses chromizing selain meningkatkan mampu keras juga untuk

meningkatkan ketahanan terhadap serangan korosi suatu logam dan meningkatkan

ketahanan aus logam. Baja karbon yang dilapisi khrom akan tahan korosi sebab

lapisan kromium bereaksi dengan oksigen membentuk selaput tipis kromium

oksida yang sangat stabil dan akan melindungi logam yang berada di dalamnya

sehingga terhadap serangan korosi berikutnya. Pada proses chromizing hasil yang

optimum banyak dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain temperatur

pemanasan dan lama pemanasan.



A. Chromizing

Pengertian secara umum chromizing adalah pelapisan logam kromium

kepermukaan permukaan benda utama. Pelapisan logam kromium dapat

dilakukan dengan cara plating atau biasa dikenal dengan elektroplatting dan

dengan difusi. Pelapisan dengan difusi akan lebih kuat dibanding dengan cara

elektroplatting. Pelapisan yang dilakukan dengan elektroplatting hanya akan

terjadi ikatan adhesi, antar permukaan logam dasar dan logam pelapisnya,

sehingga kekuatan lapisan tidak terlalu kuat. Sedang pelapisan dengan proses

chromising akan terjadi proses difusi atom kromium ke logam dasar.

Sehingga lapisan permukaan akan sangat kuat dan terjadi proses alloying

( perpaduan dua buah antara ogam dasar dan logam yang melapisi). Proses

pack chromising pada prinsipnya sama dengan proses pack carburizing. Pada

proses ini bahan baja yang akan dilapis dibungkus dalam bubuk yang

mengandung Kromium (Cr 2O3) dan bahan garam halida seperti NH4CL,

NH4Br dan NH4I. Penambahan amonium klorida dimaksudkan untuk

membentuk gas aktif (Actifator) yang membantu mempercepat proses difusi

atom-atom Cr ke dalam baja.

B. Proses Penelitian Chromizing

Pada penelitian chromizing baja variabel yang dibuat konstan adalah :

Konsentrasi kromium 95%, konsentrasi aktivator NH4Cl 5%., jumlah

campuran bahan-bahan yang diisikan kedalam silinder (wadah) untuk sekali

proses sebanyak 40 gram. Jenis material logam dasar ( base metal )dan ukuran

benda uji : baja karbon rendah dengan ukuran diameter 25,4 mm dan tebal 20



mm. Lama pemanasan 10 jam., dengan media pendingin air.Sedangkan

variabel yang tidak konstan adalah : Temperatur pemanasan dibuat bervariasi

900, 950, 1000, 1050 dan 1100ºC

1. Diagram alir penelitian

Jalannya penelitian agar dapat terarah dibuat diagram alir

penelitian seperti gambar 1.

Gambar 1. Diagram alir penelitian

2. Persiapan Media Chromizing

Untuk menentukan ukuran sampel dan tabung baja harus

memperhitungkan kebutuhan bahan-bahan media chromizing yang

diperlukan. Hal ini penting karena perlu mempertimbangkan mahalnya

bubuk kromium oksida (Cr 2O3) sebagai sumber pelapis dan Amonium

klorida (NH4Cl) sebagai aktivator pelapis disamping itu juga agar cara

penelitian dapat efisien, efektif dan ekonomis.

a. Perhitungan media chromizing adalah sebagai berikut :

Pengujian Awaluji Komposisi Kimiauji Kekerasan VickersStruktur Mikro

Persiapan materialPemotonganPengamplasanPencucian

Proses Pelapisan DifusiPack Difusion CoatingPowder : Cr

2O

3& NH

4Cl

Waktu pemanasan 10 jamVariabel Temperaturpemanasan

= 900, 950, 1000, 1050,1100oC

Pengujian Akhiruji Kekerasan Vickerspengukuran tebal LapisanStruktur Mikro

Data dan Pembahasan Kesimpulan

LogamDasar



Cr 2O3 : NH4Cl = 38 gram : 2 gram

b. Material dasar (base metal) ; Baja karbon rendah St37 dengan

komposisi kimia sebagai berikut:

Tabel 1. Prosentase Komposisi Material Dasar (Base Metal) St 37

Fe = 99,31 C = 0,118 Mn = 0,375 P = 0,017 S = 0,015

Si = 0,055 Cu < 0,004 Ni = 0,026 Cr = 0,021 Mo < 0.004

V < 0,001 Al < 0.002 W = 0,046 Co = 0,007 Nb = 0.006

3. Hasil Penelitian dan Pembahasan

a. Tahapan Pembentukan Logam Pelapis

Reaksi yang terjadi dalam campuran kromium dan amonium

klorida selama proses difusi adalah sebagai berikut :

Reaksi Penguraian NH4Cl

NH4Cl (s) NH3(g) + HCl(g)

Reaksi pembentukan garam kromium

6HCl+2Cr (pack) 2CrCl3 + 3H2(g)

CrCl3 + 2Cr (pack) 3CrCl3

Reaksi peresapan kromium pada pemukaan baja. Reaksi yang

terjadi berupa reaksi pertukaran tempat (subtitusi difusion ) yang

menyebabkan terjadinya pelepasan atom-atom kromium dengan reaksi

sebagai berikut :

a) displacemen reactio

2CrCl3 + 3 Fe 2CrFe (alloy) + FeCl2

b) displacemen reaction

3FeCl2(g) + 5Cr (pack) 3CrFe(alloy) + 2CrCl3(g)

c) disproporsional reaction

3CrCl (g) + 2Fe (substrat) CrCl3 (g) + 2CrFe (alloy)

d) discomposision reaction



2CrCl (g) + 2Fe(substrat) 2CrFe(alloy) + Cl2 (g)

e) Reduction reaction

2CrCl (g) + H2 (g) (substrat) 2CrFe(alloy) +2HCl(g)

Proses reaksi tersebut terjadi dalam bejana tertutup dan berlangsung terus seiring

dengan waktu pemanasan, konsentrasi kromium. Bila unsur kromium ditambahkan

pada baja karbon, maka atom karbon dan atom besi berkoordinasi dengan atom

kromium sehingga kadar karbon eutektoid dan temperatur eutektoid berubah.

kromium menaikkan temperatur eutektoid karena kromium berbentuk BCC (body

centered cubic), sehingga merupakan penstabil ferit dalam baja. Kromium dalam

baja akan larut dalam bentuk Tukar Tempat ( subtitusion ), selain itu juga akan

membentuk karbida krom. Cr yang berdisfusi adalah pada persamaan (6) dan (7)

yaitu CrFe sebagai logam paduan.

4. Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan menggunakan Mikro Hardness Tester.

Pengujian kekerasan pada permukaan lapisan (coating) hasil pengujian

kekerasan lihat pada gambar 3, pada permukaan lapisan terlihat bahwa

setelah proses chromizing kekerasan tertinggi yaitu pada pemanasan 1100

o

C sebesar 257 HV dibanding sebelum chromizing yaitu pada base metal

sebesar 170 .Pengaruh temperatur terhadap kekerasan permukaan lapisan

akan meningkat dengan naiknya temperatur. Kenaikan tersebut

dikarenakan temperatur yang tinggi akan meningkatkan koefisien difusi

dari atom-atom. Dengan meningkatnya kemampuan difusi suatu atom

maka akan semakin banyak atom-atom Cr yang berdifusi. Cr yang



berdifusi masuk menyebabkan logam menjadi sebuah logam paduan pada

permukaan. Adanya unsur paduan dilakukan dengan proses difusi dengan

sendirinya akan meningkatkan kekerasan logam. Karena peningkatan

kekerasan suatu logam dapat dilakukan dengan penambahan unsur paduan.

Adanya atom-atom asing menyebabkan terjadinya distorsi pada daerah

dimana atom-atom tersebut berada. Distorsi dengan sendirinya akan

meningkatkan kekerasan logam.

Gambar 2. Pengaruh Tempertur pemanasan terhadap Kekerasan Permukaan

Lapisan

Pengujian pada kondisi permukaan lapisan hingga ke material dasar. Hasil

pengujian kekerasan yang dilakukan pada lapisan (coating) sampai ke material

dasar (base metal) dengan interval jarak ; 0,03 mm ; 0,06 mm ; 0,09 mm ; 0,12

mm ; 0,18 mm dan 0,24 mm seperti terlihat pada tabel 2.

Dari hasil pengujian kekerasan terhadap kedalaman proses difusi atom-atom

adalah pada bagian yang paling tepi mempunyai kekerasan yang lebih tinggi,

selanjutnya pada pengujian di titik yang lebih dalam kekerasannya menurun,

257255

248

234

225

200

210

220

230

240

250

260

900 950 1000 1050 1100

Temperatur ( C )

K e k e r a s a n ( H V )



terlihat pada Gambar grafik 4. Ini terjadi karena pada daerah yang dekat dengan

permukaan konsentrasi kromiumnya lebih besar dibandingkan dengan bagian

dalam, dimana konsentrasinya turun. Dengan turunnya konsentrasi atom-atom Cr

maka dengan sendirinya akan menurunkan kekerasan. Indikasi pengaruh

perubahan kekerasan ini dapat dijadikan pedoman berapa jauh atom-atom Cr

dapat berdifusi ke dalam base metalnya.

Tabel 2. Distribusi kekerasan lapisan (coating)

Jarak Kekerasan Setelah Chromising (HV)

Pengukuran Sebelum T = 900 C T = 950 C T = 1000 C T = 1050 C T = 1100 C

(mm) Chromising t = 10 jam t = 10 jam t = 10 jam t = 10 jam t = 10 jam

0.03 168.60 193.30 243.80 229.40 243.80 222.40

0.06 172.20 175.20 234.10 224.90 220.60 218.40

0.09 166.40 165.70 176.00 211.20 202.40 212.20

0.12 187.80 160.90 163.36 188.10 188.10 184.70

0.18 179.10 154.40 160.90 163.36 188.10 181.50

0.23 177.50 152.50 162.30 167.80 177.50 172.20

Gambar 3. Distribusi kekerasan terhadap jarak pengukuran dari permukaan

lapisan hingga benda uji (base metal) bagian dalam

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

0.03 0.06 0.09 0.12 0.18 0.23

e e r a s a n

Jarak Pengukuran (mm)

Bahan awal Temp = 900 C temp = 950 C

Temp = 1000 C Temp = 1050 Temp = 1100



Dari struktur mikro yang ada dapat dilihat bahwa pada temperatur yang

lebih tinggi tebal lapisan yang terbentuk lebih tebal. Hal disebabkan karena pada

temperatur yang lebih tinggi akan mempunyai kecepatan difusi yang lebih cepat.

Berdasar ketentuan bahwa persamaan (8). Dengan meningkatnya temperatur akan

meningkatkan koefisien difusi.

Dari rumus diatas jika temperatur pemanasan dinaikkan, dengan koefisien

difusi, panas jenis dan konstanta gas yang konstan maka harga difusifitas (D)

mengalami peningkatan. Dengan naiknya difusisitas, sedangkan waktu

pemanasannya konstan perubahan tebal lapisan akan ditentukan dari peningkatan

difusisitas. Semakin besar difusisitas maka kedalam difusi menjadi lebih besar,

hal ini dapat dilihat dari persamaan (7).

(a). base metal (b) Temperatur 900oC



(c) Temperatur 950 oC (d) Temperatur 1000 oC

(e) Temperatur 1050 oC (f) Temperatur 1100 oC

Gambar 4. Foto Struktur mikro dan lapisan hasil proses chromizing dengan

variasi temperatur perbesaran 200 x

5. Kesimpulan

Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan antara lain :

a. Harga kekerasan rata-rata permukaan juga meningkat, sebelum

proses chromizing kekerasan rata-rata permukaan adalah 170 HV,

setelah chromizing kekerasan rata-rata terendah diperoleh pada

pemanasan dengan temperatur 900°C sebesar 225 HV dan kererasan



yang paling tinggi dihasilkan pada pemanasan dengan temperatur

1100°C sebesar 257 HV.

b. Kedalaman difusi atom-atom Cr berdasarkan pengukuran kekerasan

dapat mencapai 230 μm.(dimana kekerasan mulai menurun menyamai

logam induknya).

c. Semakin tinggi temperatur pemanasan dengan waktu yang konstan

maka tebal lapisan kromium yang terbentuk lebih tebal, untuk

temperatur pemanasan 9000C terbentuk lapisan setebal 40 μm dan

temperatur pemanasan 11000C terbentuk lapisan setebal 83 μm.

d. Struktur mikro bahan setelah proses relatif tetap tidak mengalami

perubahan, yaitu tetap ferit. Tatapi mengalami perubahan besar butir

yaitu semakin besar.

pembahasan khusus

Documents