MAKALAH SURFACE HARDENING fixx.doc

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas cinta kasih dan karunia-Nya penulis

dapat menyelesaikan tugas ini tepat pada waktunya dengan judul “Proses Pengerjaan Logam Surface

hardening” disusun dalam rangka memenuhi tugas mata kuliah ILMU BAHAN DAN

PENGERJAAN LOGAM semester ganjil 2015/2016 .Dalam kesempatan ini penulis juga ingin

mengucapkan rasa terimakasih kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis selama

pengerjaan sehingga selesai pada waktunya, adapun berbagai pihak adalah sebagai berikut :

1. Irfan Syarif, ST. MT.

2. Mahasiswa Jurusan Teknik Sistem Perkapalan

Penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat kepada berbagai pihak umumnya dan mahasiswa

walaupun penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Penulis menyadari

kekurangan dan keterbatasan kemampuan, wawasan dan pengalaman yang penulis miliki. Untuk itu

penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak demi perbaikan laporan

ini untuk selanjutnya. Akhir kata penulis ucapkan terimakasih.

Surabaya, 1 Januari 2016

Penulis

ANDRI INDRIAWAN 4214100088 I

Ilmu Bahan dan Pengerjaan Logam [ME 141306]

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL............................................................................................................................................

KATA PENGANTAR ......................................................................................................................................... i

DAFTAR ISI ...................................................................................................................................................... ii

BAB I　 PENDAHULUAN..................................................................................................................................

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

I.2. Perumusan Masalah..................................................................................................................................1

I.3. Tujuan.......................................................................................................................................................1

I.4. Manfaat.....................................................................................................................................................2

BAB II　 PEMBAHASAN.................................................................................................................................

II.1 Tujuan dan manfaat dan manfaat proses surface hardening......................................................3

II.2 Proses Pengerjaan dengan surface hardening............................................................................3

II.3 Keuntungan dan Kelebihan proses surface hardening.............................................................13

II.4 Aplikasi proses surface hardening di industri..........................................................................13

BAB III　 PENUTUP..........................................................................................................................................

III.1 Kesimpulan............................................................................................................................................15

DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................................................................16

ANDRI INDRIAWAN 4214100088 II


BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Proses laku panas khususnya surface hardening dilakukan untuk meningkatkan sifat tahan aus. Pengerasan dilakukan dengan cara memanaskan baja sampai daerah austenit lalu mendinginkan dengan cepat sehingga terbentuk martensit yang keras.

Dalam pemakaian suatu elemen mesin atau perkakas seringkali diperlakuakan permukaan logam yang keras dengan bagian inti yang lebih lunak dan tangguh. Permukaan yang keras tersebut dapat diperoleh dengan cara pengerasan permukaan (case hardening). Flame hardening merupakan salah satu metode yang bertujuan meningkatkan kekerasan permukaan. Sehingga disini saya akan membahas tentang Surface hardening (Pengerasan Permukaan).

1.2 Perumusan Masalah

Dari latar belakang diatas dapat dilakuakan perumusan masalah yaitu:

1. Apa tujuan dan manfaat proses dari surface hardening?

2. Bagaimana proses pengerjaan dengan surface hardening?

3. Apa saja keuntungan dan kekurangan dari proses surface hardening?

4. Apa saja aplikasi proses surface hardening di industri?

1.3 Tujuan

. 1. Mengetahui tujuan dan manfaat proses dari surface hardening.

2. Mengetahui proses pengerjaan dengan surface hardening.

3. Mengetahui keuntungan dan kekurangan dari proses surface

Hardening.

4. Mengetahui aplikasi proses surface hardening di industri.

ANDRI INDRIAWAN 4214100088 1


1.4 Manfaat

1. Mahasiswa dapat mengetahui tujuan dan manfaat proses dari surface

Hardening.

2. . Mahasiswa dapat mengetahui proses pengerjaan dengan surface

Hardening.

3. . Mahasiswa dapat mengetahui saja keuntungan dan kekurangan dari

proses surface hardening.

4. Mahasiswa dapat mengetahui aplikasi proses surface hardening di

Industri.



BAB II

PEMBAHASAN

II. 1 Tujuan dan Manfaat Surface Hardening

Pengerasan permukaan adalah sebuah metode yang digunakan untuk memperbaiki sifat material, namun hanya pada permukaannya saja. Jadi,pada bagian dalam material tetap memiliki sifat yang sama seperti sebelumnya. Contohnya :Kita menginginkan baja AISI 1020 tidak hanya ulet saja, namun juga keras. Maka kita Melakukan surface hardening, sehingga diperoleh permukaan yang keras, namun bagian dalamnyatetap lunak.

Tujuan dari surface hardening yaitu:

1. Untuk meningkatkan kekuatan.

2. Untuk meningkatkan Ketangguhan.

3. Meningkat sifat tahan aus.

4. Untuk Meningkatkan sifat tahan korosi.

II.2 Proses Pengerjaan Surface hardening

Ada 5 cara yang banyak dilakukan dalam Case Hardening :

1. Carburising

2. Nitriding

3. Cyaniding/ carbonitriding

4. Pengerasan api (flame hardening)

5. Pengerasan induksi (induction hardening)

Tiga yang teratas dengan merubah komposisi kimia, dua cara berikutnya

dengan membuat martensit hanya pada permukaan saja (shallow hardening methods,

syarat kadar karbon tidak kurang dari 0.30%)

1. CARBURISING

Cara paling murah dan metode paling sering yang digunakan dalam pengerasan

permukaan. dilakukan Pada baja dengan keuletan tinggi, yang memiliki kadar

karbon =< 0.2%.



Karena kadar karbon rendah maka harus ditambah dengan mendifusikan karbon

melalui permukaannya sehingga mampu dikeraskan dengan quenching

(pembentukan martensit).

Tahapan carburising :

a. Penembahan carbon

b. Pengerasan

a. Penembahan karbon (carburising)

Pemanasan pada temperatur cukup tinggi di lingkungan yang mengandung

karbon aktif dimana atom karbon berdifusi ke dalam baja sampai kadar tertentu &

kedalaman tertentu

Selanjutnya proses quenching

Ada 3 cara penambahan karbon (carburising):

i. Solid carburising,

ii. gas carburising,

iii. liquid carburising

i. Solid carburising

Benda kerja dimasukkan dalam suatu kotak ditimbun dengan

carburising compound, kotak ditutup (kedap udara), dipanaskan sampai 900-

950oC selama beberapa jam, kotak dikeluarkan dari dapur, dibiarkan dingin,

dibongkar & benda kerja dibersihkan kemudian dipanaskan kembali untuk

pengerasan (quenching).

Carburising compound

Berupa serbuk arang kayu/coke 70-80%, barium/natrium karbonat20-

25%, kalsiumkarbonat2,5-3,5%. Selama pemanasan udara yang terperangkap

dalam kotak akan bereaksi dengan arang menjdi CO:

2C + O2 -----> 2CO

Selanjutnya CO akan berdissosiasi menjadi karbon aktif(C.at) yang dapat

berdifusi ke dalam baja:

2CO -----> CO2 + C.at

(C.at) ini adalah atom karbon aktif, yang dapat berdifusi ke dalam baja, karbon

aktif pada carburisingcompound berfugsi sebagai energizer atau activator yang



mempercepat proses carburising yaitu dengan menghasilkan sejumlah CO2

dari reaksi dekomposisinya:

BaCO3 ----> BaO+ CO2

Yang kemudian bereaksi dengan carbon membentuk CO.

Karena pada temperatur tinggi baja mampu melarutkan banyak karbon maka

dalam waktu singkat permukaan baja akan menyerap karbon hingga mencapai

batas jenuhnya.

Mengingat bahwa bagian dalam baja hanya mengandung sedikit

karbon maka karbon akan berdifusi masuk lebih kedalam. Tebal lapisan

permukaan yang mengalami penambahan karbon(case depth) ini tergantung

pada temperatur pemanasan dan panjangnya holding time pada temperatur

pemanasan itu.

ii. Gas Carburising

Baja dipanaskan dalam dapur dengan atmosfernya banyak

mengandung gas CO dan/atau gas hydrokarbon yang sudah berdekomposisi

pada temperatur carburising (900-950 C) akan berdekomposisi menghasilkan

(C.at) yang nantinya berdifusi ke dalam baja

Reaksi dekomposisinya:

2CO <----> C.at + CO2

CH4 <----> C.at + H2

CO + H2 <----> C.at + H2O

Diffusion Period

Pada gas carburising lapisan hypereutektoid dapat dihilangkan dengan

memberikan suatu diffusion period yaitu dengan menghentikan aliran gas

carburising tetapi mempertahankan temperatur pemanasan.

Dengan demikian karbon akan berdifusi lebih kedalam dan merata pada

lapisan kulit. Benda kerja akan lebih bersih sehingga dapat langsung diquench,

sehingga dapur lebih efisien



iii. Liquid Carburising

Pemanasan dilakukan dalam saltbath yang tadi campuran sodium

cyanide (NaCN) atau potassium cyanide (KCN) yang berfungsi sebagai

carburising agent yang aktif, dengan sodium carbonat (Na2CO3) yang berfungsi

sebagai energiser.

4 NaCN + 2O2 ----> 4 NaCNO

4 NaCNO ----> 2NaCN + Na2CO3 + CO + 2 N.at

2 CO ----> CO2 + C.at

Terlihat bahwa selain atom carbon, atom nitrogen juga ikut berdifusi

ke dalam baja. Nitrogen ini bereaksi membentuk nitrida yang juga keras.

Tebal kulit pengerasan (case depth) juga tergantung pada kandungan cyanide

dalam saltbath (biasanya digunakan campuran dengan 40-50% NaCN),

sedangkan selama pemakaian kandungan cyanide ini terus berkurang, karena

itu secara periodik komposisi saltbath harus selalu diperiksa/dipertahankan

konstan.

b. Pengerasan (Quenching)

Setelah lapisan kulit mengandung cukup karbon, proses dilanjutkan

dengan pengerasan (quenching) untuk mencapai kekerasan yang tinggi &

tempering, untuk mengurangi kegetasan & tegangan sisa yang berlebihan.

Pada pack carburising quenching dilakukan setelah pemanasan kembali, tetapi

pada gas & liquid carburising quenching dapat dilakukan langsung sesudah

pemanasan untuk penambahan karbon.

Saat carburising baja dipanaskan pada temperatur cukup tinggi di daerah

austenit, sehingga kemungkinan terjadi pertumbuhan butir yang berlebihan

coarse grained steel

Jika langsung diquench maka material menjadi getas/terdistorsi.

Baja yang mengandung unsur paduan dapat mencegah terjadi nya

pertumbuhan butir fine grained steel(yang dapat langsung diquench)



2. NITRIDING Nitriding dilakukan dengan memanaskan baja di dalam dapur dengan atmosfer yang

mengandung atom nitrogen aktif yang akan berdifusi ke dalam baja dan bereaksi

dengan unsur dalam membentuk nitrida.

Nitrida yang terbentuk sangat keras dan stabil, nitrigen aktif diperoleh dari gas

amonia yang bila dipanaskan pada temperatur nitriding (500-600C) akan

berdissosiasi menjadi nitrogen aktif dan gas hidrogen:

2 NH3 ------> 2 N.at + 3 H2

Pada dasarnya smua baja dapat dinitriding, tetapi hasil yang baik akan

diperoleh bila baja mengandung unsur paduan yang membentuk nitrida (nitride

forming element) seperti aluminium, chrom atau molybden.

Benda kerja dimasukkan dalam dapur yang kedap udara, gas amonia dialirkan

secara kontinyu selama proses pemanasan pada temperatur 500-600C.

Proses nitriding berlangsung lama (bisa dalam beberapa hari). Kekerasan

yang dihasilkan sangat tinggi (sehingga tidak perlu quenching) sehingga benda kerja

terhindar dari distorsi, retak atau tegangan sisa. Nitrida yang terbentuk sangat stabil,

kekerasannya tidak berubah selama pemanasan walaupun sampai dengan suhu 600C.

Walaupun proses nitriding berlangsung lama sekali tetapi tebal kulit yang

terjadi tipis sekali. Baja untuk dinitriding tidak boleh terlalu lunak (>= 0,3-0,4%C)

agar mampu mendukung kulit yang sangat tipis tadi.

Benda kerja setelah dinitriding disarankan tidak dilakukan proses machining (selain

polishing/lapping). Baja hasil nitriding mempunyai sifat tahan aus yang sangat baik,

mempunyai sifat tahan terhadap kelelahan dan juga tahan terhadap korosi.

3. CYANIDING & CARBONITRIDINGCyaniding menyerap karbon dan nitrogen dengan perbandingan yang lebih

seimbang. Proses cyaniding merupakan modifikasi liquid carburising, proses dengan menggunakan saltbath tetapi dengan konsentrasi garam cyanide yang lebih rendah dan temperatur pemanasan yang lebih rendah, sehingga diffusi nitrogen cukup banyak.

Saltbath mengandung 25-45% NaCN pada 550-600C dan holdingtime 5-30men didapatkan kulit (case) yang sangat tipis (0.02-0.04mm). Kulit tipis ini tahan aus dan kekerasan sangat tinggi, sering dilakukan terhadap baja perkakas (HSS, high speed steel).



Pada cyaniding komposisi saltbath dan temperatur pemanasan sangat berpengruh

terhadap tebal dan kompss kimia dari kulit. Dengan temperatur pemanasan makin

tinggi dan kandungan NaCN dalam saltbath yang makin rendah akan menghasilkn

case depth yang makin besar, dan kadar karbon dari kulit yang makin tinggi (kadar

nitrogen makin rendah)

Untuk proses yang menghasilkn kulit dengan kadar karbon yang cukup tinggi (>0.4%C)

perlu dilakukan quenching dan tempering.

Corbonitriding merupakan modifikasi proses gas carburising, dengan menggunakan

campuran gas-gas tadi karbonmonoksida dan gas hidrokarbon yang diperkaya dengan

gas amonia. Sehingga yang berdifusi tidak hanya karbon tetapi juga nitrogen, proses

berlangsung dengan temperatur yang lebih rendh.

Kekerasan yang dihasilkan dari cyaniding ataupun carbonitriding (sesudah quenching)

akan lebih stabil daripada yang diperoleh dari carburising, lebih tahan terhadap

pemanasan, tidak mudah menjadi lunak karena pemanasan.

4. FLAME HARDENING Pada flame hardening dan induction hardening komposisi kimia dari

permukaan benda kerja tidak berubah. Pengerasan dilakukan dengan

memanaskan hanya bagian permukaan. Flame hardening dilakukan dengan

menyembulkan api dengan intensitas tinggi ke permukaan, biasanya api dari

brander oxyacetylene (sehingga sebelum panas sempat menjalar ke bagian

dalam di bagian permukaan sudah mencapai temperatur austenitising,

kemudian segera diquench. Sehingga bagian permukaan terbentuk martensit

sedang di bagian dalam tetap seperti semula.

Benda kerja (baja) harus mempunyai hardenability yang memadai

kadar karbonnya (0,3-0,6%C) Proses sederhana (manual), menggunakan

welding torch (brander las oxyasetylen), permukaan dipanaskan sampai

temperatur austenitising kemudian dicelupkn dalam air/minyak. Hanya bisa

untuk ukuran benda kerja kecil. Kekerasan kulit terutama tergantung pada

kadar karbon dari baja, sedangkan tebal kulit tergantung pada seberapa tebal

bagian permukaan yang mengalami pemanasan sampai menjadi austenit dan

didinginkan dengan laju pendinginan kritis. Pada proses pemanasan

tergantung intensitas pemanasan, jarak permukaan benda kerja dengan



brander, lamanya pemanasan, kecepatan gerakan antara brander dan benda

kerja.

Gambar Flame Hardening





5. INDUCTION HARDENING Pada prinsipnya

sama dengan flame hardening, hanya saja pemanasan ditimbulkan oleh arus

induksi yang terjadi karena adanya medan magnet yang berubah-ubah dengan

sangat cepat (di sekitar konduktor yang dialiri arus listrik akan timbul medan

magnet yang besar dan arahnya tergantung pada besar dan arah arus yang

mengalir). Arus induksi ini akan menimbulkan panas, karena arus induksi ini

terjadi di permukaan maka panas akan terjadi di permukaan (panas yang timbul

akan sangat intens jika arus induksi ditimbulkan oleh arus bolak-balik dengan

frekwensi tinggi.

Untuk menimbulkan pemanasan yang merata pada permukaan maka benda

kerja diletakkan di dekat koil yang dialiri arus bolak-balik frekwensi tinggi. Tebal

kulit tergantung pada tebalnya permukaan yang mengalami pemanasan sampai ke

temperatur austenit sebelum diquench. Baja yang di-induction hardening akan

memperlihatkan distorsi lebih sedikit daripada yang diquench dari dapur. Baja

yang telah diquench & ditemper dapat dikeraskan dengan kulit yang sangat tipis

dan kekerasan yang cukup tinggi.



6.



II.3 Keuntungan dan Kekurangan Proses Surface Hardening

Keuntungan:

1. Permukaan logam yang dibentuk lebih keras.

2. Lebih ekonomis dalam pembuatan.

3. Sifat aus yang dimiliki logam lebih kuat.

4. Logam akan lebih tangguh.

5. Tidak memerlukan pengawasan kerja yang ketat.

Kerugian :

Sedangkan kerugian dari metode ini adalah kurang cocoknya metoda ini untuk diterapkan pada benda kerja dengan ukuran kecil dan benda kerja harus bebas dari tegangan (Gruber dan Schonmetz, 1977).

II.4 Aplikasi Proses surface Hardening di Industri

1. Pembuatan logam di pandai besi.

2. Pembuatan alat pertanian



3. Industri peralatan dapur



BAB III

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Pengerasan permukaan adalah sebuah metode yang digunakan untuk memperbaiki sifat material, namun hanya pada permukaannya saja. Jadi,pada bagian dalam material tetap memiliki sifat yang sama seperti sebelumnya. Contohnya :Kita menginginkan baja AISI 1020 tidak hanya ulet saja, namun juga keras. Maka kita Melakukan surface hardening, sehingga diperoleh permukaan yang keras, namun bagian dalamnyatetap lunak.

Tujuan dari surface hardening yaitu:

1. Untuk meningkatkan kekuatan.

2. Untuk meningkatkan Ketangguhan.

3. Meningkat sifat tahan aus.

4. Untuk Meningkatkan sifat tahan korosi.

Ada 5 cara yang banyak dilakukan dalam Case Hardening :

1. Carburising

2. Nitriding

3. Cyaniding/ carbonitriding

4. Pengerasan api (flame hardening)

5. Pengerasan induksi (induction hardening)

Keuntungan: 1. Permukaan logam yang dibentuk lebih keras. 2. Lebih ekonomis dalam pembuatan. 3. Sifat aus yang dimiliki logam lebih kuat. 4. Logam akan lebih tangguh.



5. Tidak memerlukan pengawasan kerja yang ketat.Kerugian :

Sedangkan kerugian dari metode ini adalah kurang cocoknya metoda ini untuk diterapkan pada benda kerja dengan ukuran kecil dan benda kerja harus bebas dari tegangan (Gruber dan Schonmetz, 1977).

Aplikasi di bidang industri yaitu:- Pembuatan logam di pandai besi- Pembuatan peralatan dapur- Pembuatan peralatan pertanian, dll.

DAFTAR PUSTAKAhttp://www.slideshare.net/mn_hidayat/surface-hardening

http://081993038562.blogspot.co.id/2014/11/proses-pengerasan-permukaan-surface.html

http://wira-atmawijaya.blogspot.co.id/2010/03/proses-pengerasan-permukaan-surface.html

https://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiz9ouZnIXKAhWJJI4KHUd3BfsQFggvMAM&url=http%3A%2F%2Feprints.ums.ac.id%2F10096%2F1%2FD200050106.pdf&usg=AFQjCNGDtvGs01_H9nAHK9eKxz-gCfe3UA&bvm=bv.110151844,d.c2E






http://wira-atmawijaya.blogspot.co.id/2010/03/proses-pengerasan-permukaan-surface.html

http://081993038562.blogspot.co.id/2014/11/proses-pengerasan-permukaan-surface.html

http://www.slideshare.net/mn_hidayat/surface-hardening

Documents

MAKALAH SURFACE HARDENING fixx.doc