PENGARUH PERLAKUAN PANAS CASE …...library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id ii PENGARUH PERLAKUAN PANAS CASE HARDENING PADA ALUMINIUM PADUAN SERI 7075 TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id


i

PENGARUH PERLAKUAN PANAS CASE HARDENING

PADA ALUMINIUM PADUAN SERI 7075

TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

FEBRI BUDI DARSONO

NIM. I 1412036

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2017







MOTTO

“Musuh yang paling berbahaya di atas dunia ini adalah penakut dan bimbang. Teman yang

paling setia, hanyalah keberanian dan keyakinan yang teguh.”

FEBRI BUDI DARSONO



ii

PENGARUH PERLAKUAN PANAS CASE HARDENING

PADA ALUMINIUM PADUAN SERI 7075

TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO

Febri Budi Darsono

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta 57126

Email: [email protected]

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan case

hardening pada aluminium 7075 terhadap sifat mekanik dan struktur mikro, metode

yang digunakan dalam proses case hardening yaitu dengan pack carburizing. Variasi

yang dilakukan pada proses pack carburizing berupa variasi suhu solution heat

treatment (SHT) 3500C, 400

0C, 450

0C, dan 500

0C dengan waktu tahan selama 2 jam,

pemanasan menggunakan oven pemanas smoergen, kemudian dilakukan quenching.

Pengujian pada aluminium 7075 dilakukan sebelum perlakuan dan sesudah perlakuan

case hardening dengan variasi suhu SHT, pengujian yang dilakukan yaitu uji

kekerasan vickers menggunakan HWMMT-X7, uji kekuatan tarik ASTM B557-84

menggunakan SANS UTM, uji mikro dan makro struktur, uji XRD menggunakan

Rigaku Benchtop, uji SEM-EDS menggunakan JEOL JSM-6510 LA.

Hasil penelitian menunjukan kekerasan dan kekuatan tarik aluminium 7075

tanpa perlakuan sebesar 59,1 VHN dan 235,7 Mpa. Setelah perlakuan case

hardening didapatkan nilai kekerasan sebesar 94, 120.7, 141.3, dan 145.9 VHN.

Nilai kekuatan tarik sebesar 321.7, 410, 480, dan 538,3 Mpa. Struktur mikro yang

terbentuk pada proses case hardening yaitu berupa fasa Al-Fe-Cu, Mg2Si, dan

CuAl2. Hasil menunjukkan kenaikan suhu SHT pada proses pack carburizing dapat

meningkatkan kekuatan tarik, penyebab peningkatan nilai kekerasan dikarenakan

terbentuknya fasa Al4C3 pada permukaan aluminium, perbedaan struktur mikro pada

suhu SHT 3500C dengan 500

0C, batas butir (Mg2Si) lebih sedikit terbentuknya jika

dibandingkan dengan material suhu SHT 5000C.

Kata kunci: Aluminum 7075, SHT, Pack Carburizing, XRD, SEM-EDS



iii

THE EFFECT OF CASE HARDENING TREATMENT

ON ALUMINUM 7075 TOWARD ITS

MECHANICAL PROPERTIES AND MICRO STRUCTURE

Febri Budi Darsono

Mechanical Engineering Department

Faculty of Engineering, Sebelas Maret University

Surakarta 57126, Indonesia

Email: [email protected]

Abstract

This research was aimed at figuring out the effect of case hardening treatment

on aluminum 7075 toward its mechanical properties and micro structure. Pack

carburizing was the method used in this process. It was conducted in 2 hours of

holding time in various solution heat treatment (SHT): 3500C, 400

0C, 450

0C, and

5000

C using smoergen oven, which was then followed by quenching. Several tests to

see the effect of the treatment were done before and after the treatment, namely:

Vickers hardness test using HWMMT-X7, tensile test ASTM B557-84 using SANS

UTM, micro and macro structure test, XRD test using Rigaku Benchtop, and SEM-

EDS test using JEOL JSM-6510 LA.

The result showed that the hardness and tensile of aluminum 7075 before

treatment were 59.1 VHN and 235.7 Mpa. After the treatment was given, its hardness

values were 94.0, 120.7, 141.3, and 145.9 VHN. The tensile strengths were 321.7,

410.0, 480.0, and 538.3 Mpa. Micro structure formed on case hardening treatment,

such as phase Al-Fe-Cu, Mg2Si, and CuAl2. The result showed that SHT temperature

rise in pack carburizing process increased the tensile strength, while the increase of

the hardness value is due to the formation of Al4C3 phase on the aluminum surface.

Different of micro structure formed on SHT 3500C and 500

0C, grain boundary area

(Mg2Si) on SHT 3500C smaller than SHT 500

0C.

Keywords: Aluminum 7075, SHT, Pack Carburizing, XRD, SEM-EDS



iv

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah

melimpahkan rahmat serta hidayah-NYA kepada penulis, sehingga dapat

menyelesaikan laporan skripsi ini.

Penyusunan laporan skripsi ini guna memenuhi syarat untuk kelulusan gelar

sarjana teknik. Dalam penyelesaian laporan skripsi ini, penulis telah banyak

memperoleh dukungan serta bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung

maupun tidak langsung. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat:

1. Dr.Eng Syamsul Hadi, M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin

Universitas Sebelas Maret dan sebagai dosen Penasehat Akademik.

2. Teguh Triyono, S.T, M.Eng selaku pembimbing I tugas akhir Skripsi.

3. Dr. Eko Surojo, M.T selaku pembimbing II tugas akhir Skripsi.

4. Dr. Triyono, S.T, M.T, Wibowo, S.T, M.T, dan Dr. Nurul Muhayat, S.T, M.T

selaku dosen penguji tugas akhir Skripsi.

5. Seluruh Dosen dan Staff karyawan Program Studi Teknik Mesin Universitas

Sebelas Maret.

6. Kedua Orang Tua tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun

materiil, serta do’a yang tiada henti-hentinya, serta adik saya yang membantu

saya dalam pengiriman sampel pengujian.

7. Teman – teman kelas Teknik Mesin Non Reguler angkatan 2013 yang telah

memberikan banyak bantuan dan semangat.

8. Semua pihak yang turut membantu selama pelaksanaan dan penyusunan laporan

skripsi yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.



v

Dalam penulisan laporan skripsi ini, penulis menyadari bahwa laporan skripsi

ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu masukan dan saran sangat penulis

harapkan demi perbaikan dan kemajuan dimasa mendatang. Semoga laporan skripsi

ini bermanfaat bagi kita semua, Amin.

Surakarta, Agustus 2017

Penulis



vi

DAFTAR ISI

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

ABSTRAK ............................................................................................................. ii

ABSTRACT ........................................................................................................... iii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv

DAFTAR ISI .......................................................................................................... vi

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

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

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... x

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

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

1.2. Rumusan Masalah .......................................................................... 3

1.3. Batasan Masalah ............................................................................. 4

1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................ 4

1.5. Manfaat Penelitian .......................................................................... 4

1.6. Sistematika Penulisan ..................................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................ 6

2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................ 6

2.2. Dasar Teori ..................................................................................... 11

2.2.1. Klasifikasi Aluminium ....................................................... 11

2.2.2. Perlakuan Panas Pada Aluminium ...................................... 13

2.2.3. Pengerasan Permukaan (Case Hardening) .......................... 16

2.3. Pengujian Spesimen ....................................................................... 18

2.3.1. Pengujian Kekerasan Mikro Vickers .................................. 18

2.3.2. Pengujian Tarik .................................................................. 19

2.3.3. Pengujian Struktur Mikro ................................................... 20

2.3.4. Pengujian Struktur Makro .................................................. 20

2.3.5. Pengujian XRD ................................................................... 21

2.3.6. Pengujian SEM-EDS ........................................................... 22

BAB III METODE PENELITIAN ......................................................................... 23

3.1. Tempat Penelitian ........................................................................... 23

3.2. Bahan Penelitian.............................................................................. 23

3.3. Alat Penelitian ................................................................................ 26

3.4. Alat Pengujian ................................................................................ 30

3.5. Langkah Kerja Penelitian ................................................................ 32

3.6. Diagram Alir Penelitian ................................................................. 38

BAB IV DATA & ANALISIS ............................................................................... 39

4.1. Data Pengujian dan Analisis Struktur Mikro ................................. 39

4.2. Data Pengujian dan Analisis Kekerasan Material .......................... 44

4.3. Data Pengujian dan Analisis kekuatan Tarik ................................. 47

BAB V PENUTUP ................................................................................................. 52

5.1. Kesimpulan .................................................................................... 52

5.2. Saran ............................................................................................... 52

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 53

LAMPIRAN ............................................................................................................ 55



vii

DAFTAR TABEL

1. Tabel 1.1. Sifat mekanik paduan aluminium 7075 ....................................... 2

2. Tabel 1.2. Kekuatan tarik aluminium 7075 .................................................. 3

3. Tabel 2.1. Macam Heat treatment pada aluminium 7075 ............................. 8

4. Tabel 2.2. Perbandingan kekuatan tarik pada variasi perlakuan Al 7075 .... 9

5. Tabel 2.3. Klasifikasi paduan aluminium tempaan ...................................... 11

6. Tabel 2.4. Klasifikasi perlakuan bahan ......................................................... 12

7. Tabel 2.5. Komposisi aluminium 7075 ........................................................ 12

8. Tabel 2.6 Sifat fisik aluminium 7075 .......................................................... 12

9. Tabel 2.7. Perlakuan panas aluminium 7075 ................................................ 13

10. Tabel 2.8. Klasifikasi media quenching ....................................................... 15

11. Tabel 2.9. Komposisi kimia untuk media quenching berupa larutan garam . 15

12. Tabel 2.10. Jenis Case Hardening ................................................................ 16

13. Tabel 2.11. Karakteristik uji kekerasan miko vickers .................................. 18

14. Tabel 3.1. Perincian jumlah spesimen pada pengujian ................................ 24

15. Tabel 3.2. Perincian kode variasi perlakuan spesimen untuk uji kekerasan

Struktur mikro dan XRD ............................................................ 24

16. Tabel 3.3. Perincian kode variasi perlakuan spesimen untuk uji tarik ......... 24

17. Tabel 4.1. Hasil pengujian komposisi kimia ............................................... 39

18. Tabel 4.2. Angka kekerasan pada Al-7075 tanpa perlakuan ....................... 44



viii

DAFTAR GAMBAR

1. Gambar 2.1. Hasil uji XRD pada variasi pemfokusan penembakan plasma.. 6

2. Gambar 2.2. Hasil uji kekerasan mikro pada variasi pemfokusan

penembakan plasma ................................................................... 6

3. Gambar 2.3. Hasil XRD pada aluminium yang di plasma elektrolisis ......... 7

4. Gambar 2.4. Koefisien gesek pada aluminium yang di plasma elektrolisis .. 7

5. Gambar 2.5. Perbandingan kekuatan tarik pada variasi perlakuan SHT ....... 9

6. Gambar 2.6. Perbandingan kekerasan pada variasi perlakuan SHT .............. 10

7. Gambar 2.7. Perbandingan kekuatan tarik pada variasi T6 .......................... 10

8. Gambar 2.8. Heat treatment duralumin, quenching nitrate-nitrite (20oC) ..... 14

9. Gambar 2.9. Skema pack carburizing ........................................................... 17

10. Gambar 2.10. Holding time kedalaman karbon pada carbon steel ................ 17

11. Gambar 2.11. Deformasi disebabkan oleh beban tarik .................................. 19

12. Gambar 2.12. Karakteristik spektra x-ray...................................................... 21

13. Gambar 2.13. Rumus Bragg .......................................................................... 22

14. Gambar 3.1. Material aluminium untuk uji kekerasan. ................................. 23

15. Gambar 3.2. Spesimen uji kekuatan tarik (ASTM B557-84). ....................... 23

16. Gambar 3.3. Bahan kimia nitrat ..................................................................... 25

17. Gambar 3.4. Bahan kimia nitrit ..................................................................... 25

18. Gambar 3.5. CaCO3 ....................................................................................... 26

19. Gambar 3.6. BaCO3 ....................................................................................... 26

20. Gambar 3.7. NaCO3 ....................................................................................... 26

21. Gambar 3.8. Campuran arang & grafit .......................................................... 26

22. Gambar 3.9. Smit smoergen electric furnace ................................................ 27

23. Gambar 3.10. Borel electric furnace ............................................................ 27

24. Gambar 3.11. Hand jig saw .......................................................................... 28

25. Gambar 3.12. Mesin milling mikron wf2 ...................................................... 28

26. Gambar 3.13. Jangka sorong mitutoyo. ......................................................... 29

27. Gambar 3.14. Kertas amplas. ........................................................................ 29

28. Gambar 3.15. Maxtech temp mt 4 ................................................................ 30

29. Gambar 3.16. Wadah untuk pack carburizing .............................................. 30

30. Gambar 3.17. Alat uji kekerasan .................................................................. 31

31. Gambar 3.18. Alat uji struktur mikro ........................................................... 31

32. Gambar 3.19. Alat uji tarik ........................................................................... 32

33. Gambar 3.20. Diagram alir penelitian .......................................................... 38

34. Gambar 4.1. Foto struktur mikro Al 7075 non perlakuan ............................ 39

35. Gambar 4.2. Foto struktur mikro Al 7075 perlakuan (a) T6 SHT 5000C,

(b) Case Hardening SHT 5000C, (c) T6+Case Hardening

SHT 5000C .............................................................................. 40

36. Gambar 4.3. Spektrum XRD material T6 dengan SHT 5000C ..................... 41

37. Gambar 4.4. Spektrum XRD material case hardening dengan SHT 5000C . 42

38. Gambar 4.5. Foto struktur mikro Al 7075 Case Hardening

(a) jarak tepi 0,25 mm, (b) jarak tepi 0,75 mm, (c) jarak tepi

1,25 mm, dan (d) jarak tepi 1,75 mm ...................................... 42

39. Gambar 4.6. Foto struktur mikro Al 7075 perlakuan case hardening SHT

3500C ....................................................................................... 43



ix

40. Gambar 4.7. Partikel Al4C3 Aluminium 7075 case hardening SHT 5000C 43

41. Gambar 4.8. Grafik VHN Al 7075 T6 dengan variasi suhu SHT ................. 44

42. Gambar 4.9. Grafik VHN Al 7075 case hardening dengan variasi

suhu SHT .................................................................................... 45

43. Gambar 4.10. Pemetaan unsur hasil SEM EDS Al 7075 CH SHT 5000C . .. .46

44. Gambar 4.11. Grafik VHN Al 7075 T6+case Hardening

dengan variasi suhu SHT 5000C .............................................. .46

45. Gambar 4.12. Grafik VHN pada RM, T6, case Hardening,

& T6+Case Hardening (pada jarak tepi 0,25 mm,

suhu SHT 5000C) . .................................................................. .. 47

46. Gambar 4.13. Grafik kekuatan tarik pada perlakuan T6, case hardening

& T6+case hardening dengan variasi suhu SHT .................... 48

47. Gambar 4.14. Grafik elongasi pada perlakuan T6,

case hardening & T6+case hardening dengan variasi

suhu SHT .................................................................................... 49

48. Gambar 4.15. Grafik % elongasi pada material T6,

case hardening & T6+case hardening ....................................... 49

49. Gambar 4.16. Grafik kekuatan tarik pada material T6,

case hardening & T6+case hardening ...................................... 50

50. Gambar 4.17. Foto makro patahan aluminium 7075 CH SHT 3500C ........... 50

51. Gambar 4.18. Foto makro patahan aluminium 7075 CH SHT 5000C ........... 51



x

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Soaking time media quenching terhadap tebal material ..................... 56

Lampiran 2. Ukuran spesimen pengujian tarik ASTM B557 ................................. 58

Lampiran 3. Data Pengujian Spektrometer ............................................................. 59

Lampiran 4. Data Pengujian Kekerasan Mikro Vickers ......................................... 60

Lampiran 5. Data Pengujian XRD .......................................................................... 62

Lampiran 6. Data Pengujian Kekuatan Tarik .......................................................... 66

Lampiran 7. Perhitungan Elongasi .......................................................................... 69

Lampiran 8. Pengujian EDS .................................................................................... 70

Documents

PENGARUH PERLAKUAN PANAS CASE …...library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id ii PENGARUH PERLAKUAN PANAS CASE HARDENING PADA ALUMINIUM PADUAN SERI 7075 TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR