Pengaruh Temperatur Pemanasan Terhadap Kekerasan

Pengaruh Temperatur Pemanasan Terhadap Kekerasan dan Ketebalan Lapisan pada Chromizing Baja Karbon Rendah (Toto Rusianto dan Sigit Murdana)

Pengaruh Temperatur Pemanasan Terhadap Kekerasan dan Ketebalan Lapisan pada Chromizing Baja Karbon Rendah Toto Rusianto*) dan Sigit Murdana *) Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Sains & Teknologi “AKPRIND” Jl. Kalisasak no 28, Balapan Kotak Pos 45 E-mail: [email protected]

Abstract Chromizing one of many coats process of metal to improve physical and mechanical properties of steel, especially corrosion resistant. Cromizing process use muffle furnace, specimen was placed in ceramic cylinder that contains material coating, they are Chrome Oxide (Cr 2 O3) and substance activator Ammonium Chloride NH 4Cl, Then heated for few hours at high temperature. Atoms will diffuse to base metal. Chromium atom does not only coat base metal but it will make alloying process until deep. This coat is strong than coating by electrolytic chromium plating. Research of chromizing process takes constant variables, chrome oxide concentration 95 % and substance activator 5 % , mix of that substance amount 40 grams for once process. As material base metal is low carbon steel that dimension dimension diameter 25,4 mm and thick 20 mm. Holding time for for heating 10 hours, cooling media water. Variables inconstant the temperature are 900, 950, 1000, 1050 and 1100 0C. Result of research the hardness before chromizing process on base metal was 170 HV (Hardness Vickers) , after process the lower hardness 225 HV at heating 9000C and higher 257 HV at heating 1100 0 C. The diffusion distance Cr atoms by measurement of hardness until 230 µ m, on hardness 172 HV (where the hardness down as base metal). The higher temperature 1100 0C thickness of coat 83 µm more then lower temperature 9000C the coat 40 µm. Micro structure of base metal did did not change still ferrite, ferrite, but the grain size grew more bigger. Keywords : Chromizing, Coating, Low Carbon Steel

1. Pendahuluan 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.

87

Jurnal Teknologi Industri, Vol. VI, No. 2, April 2002: 87 - 98

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. 1.1.

Perumusan Masalah

Sehubungan dengan permasalahan yang telah disebutkan diatas maka dalam penelitian ini diusahakan untuk dapat menghasilkan lapisan-lapisan kromium pada permukaan baja yang baik. Variabel yang akan diteliti adalah pengaruh temperatur pemanasan chromizing yang mempengaruhi tebal lapisan kromium. 1.2. Maksud dan Tujuan Adapun maksud dan tujuan penelitian adalah untuk mengetahui proses chromizing secara benar sehingga penelitian ini bisa menjadi lebih untuk dikembangkan di sektor industri yang memproduksi komponen-komponen yang membutuhkan permukaan keras dan tahan korosi. Mengamati pengaruh temperatur pemanasan terhadap ketebalan lapisan kromium pada baja. 1.3. Batasan Masalah a.

b.

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 1100º C

2. 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 NH 4I. Penambahan amonium klorida dimaksudkan untuk membentuk gas aktif (Actifator ) yang membantu mempercepat proses difusi atom-atom Cr ke dalam baja. 2.1. Teori Difusi dalam Atom Difusi adalah proses berpindahnya atom-atom yang terdapat dalam suatu material. Proses ini dapat terjadi dalam keadaaan gas, cair da n padat sehingga dapat terjadi pada baja dan sistem logam lainnya Proses difusi dalam logam umumnya atom -atom yang berdifusi 88


berbentuk sebagai atom tunggal bukan dalam bentuk molekul. Hal ini disebabkan mobilitas jauh lebih tinggi dari malekul. Penyebab difusi dalam atom secara sederhana adalah bahwa atom-atom dalam benda padat selalu melompat dari satu posisi dalam suatu struktur kristal ke posisi terdekatnya. Selama proses ini berlangsung, akan selalu diperlukan adanya gradien konsentrasi antara lokasi yang satu dengan yang lainnya dan juga temperatur. Mekanisme tranport massa berlangsung dari berkonsentrasi tinggi ke berkonsentrasi rendah. Pergerakan ini akan sangat bergantung pada energi penggerak yang dimiliki oleh atom-atom dan awal proses . Sedang temperatur akan mempercepat proses perpindahan atom-atom tersebut. 2.1. 1. Mekanisme Difusi Mekanisme difusi diklasifisikan dengan cara perpindahan dan posisi yang ditempati oleh atom-atom yang berdifusi dapat dibagi menjadi tiga mekanisme difusi : 1. Mekanisme Kekosongan 2. Mekanisme Interstisi 3. Mekanisme Tukar Tempat / subtitusi

Gambar 1. Mekanisme difusi yang mungkin terjadi di dalam logam, (a) kekosongan, (b ) interstisi, (c) tukar tempat 2.1.2. Difusi Dari Padat ke Padat Dalam reaksi difusi dari bahan padat ke bahan padat kemungkinan reaksi yang terjadi ada tiga macam yaitu; Reaksi pertukaran

;

A + BX2 (gas)

Reaksi reduksi

; BX2 + H2

Penguraian panas

;

BX2

AX2 (gas) + B

(1)

2HX + B

(2)

X2 + B

(3)

Reaksi pertukaran menyatakan secara tidak langsung untuk masing-masing atom B yang diendapkan, maka perubahan dimensi dan berat pada logam A cukup kecil. Bila Atom A dan B mempunyai berat atom hampir seperti pada kasus besi dan Cr, reaksi pertukaran akan mengakibatkan perubahan dimensi dan berat yang relatif kecil karena selaput hasil difusi yang terbentuk sangat tipis. Reaksi reduksi dan penguraian panas akan menghasilkan pertambahan berat (sama dengan zat yang dilarutkan.) dan mengabaikan penambahan dimensi yang akan tergantung pada rata-rata komposisi lapisan difusi. Reaksi bila Cl dipakai zat pembawa. (1). Pergeseran tempat atom logam M dengan atom-atom logam pelapis MgCl2 + M

Mg + MCl2

(4)

89


(2). Reaksi katalis klorit pada permukaan logam pelapis dalam lingkungan yang mengandung hidrogen. MCl2 + H 2

M + 2HCl

(5)

(3). Penguraian termal gas Cl pada permukaan logam. MCl2

M + Cl2

(6)

Adalah proses perpindahan massa yang umumnya sebagai atom tunggal di dalam logam. Dalam proses difusi membutuhkan energi untuk pindah tempat disebut energi aktivasi. Energi ini didapat dengan menaikkan temperatur, sehingga atom mempunyai energi yang cukup untuk mendobrak ikatan dan melompat ke posisi yang baru. Pada proses pendifusian suhu dipertahankan dalam jangka waktu tertentu agar ada perubahan konsentrasi diantara permukaan dan mendapatkan kedalaman penembusan yang dikehendaki.(Lawrence H Van Vlack, 1984) 2.2. Difusifitas Bila atom mengisi kekosongan, maka terjadi lubang atau kekosongan baru. Kekosongan baru ini dapat diisi oleh atom lain yang berasal dari tetangga mana saja. Sebagai hasil akhir dapat dikatakan bahwa atom melakukan “gerak acak” dalam kristal. Mekanisme gerak acak dapat diterapkan pada atom karbon yang bergerak diantara atom besi dari sisipan yang satu keposisi sisipan berikutnya.Kemampuan chromizing adalah kemampuan baja menyerap kromium. Faktor-faktor utama yang mempengaruhi chromizing komposisi baja karbon, waktu chromizing, aktivitas kromium, temperatur dan strukturmikro. a. Komposisi baja karbon Karbon mempunyai daya ikat yang besar dengan kromium untuk membentuk karbida. Sebaliknya pada baja karbon rendah ketebalan lapisan kromium akan semakain tipis. Diagram keseimbangan untuk besi – karbon – kromium sangat komplek karena kromium membentuk karbida. Salah satu karbidanya adalah Cr 3C yang mirip Fe3C, tetapi dengan adanya besi dapat menghasilkan Fe 2CrC atau Cr 2FeC dan ditulis (Fe,Cr) 3C. Karbida lain yang lebih komplek yaitu (Fe,Cr)7C3 yang sangat besar pengaruhnya membatasi daya larut kromium dalam Fe austenit. b. Kedalaman Difusi Pengaruh kedalaman difusi atom-atom tertentu dirumuskan seperti : X = 2 Dt

(7)

Dari rumus ini ditunjukkan bahwa untuk pemanasan pada suhu konstan , maka semakin lama waktu proses chromizing akan semakin tebal lapisannya. c. Aktivitas Kromium Aktivitas kromium adalah salah satu faktor utama yang memerlukan pengontrolan selama chromizing. Sedangkan sesuai dengan hukum difusi yang berlaku, derajad penetrasi logam ditentukan oleh temperatur dan kadar kromium yang bertambah pada lapisan luar baja. Dalam pack chromising , aktivitas kromium dapat dikontrol oleh zat aktivator yaitu kadar NH4Cl yang dipertahankan pada sekitar 2-5 %. Dari reaksi-reaksi kimia yang terjadi selama proses chromizing dapat diketahui bahwa bila kadar NH4CL berkurang akan mengurangi aktivitas chromium karena gas HCl yang mengikat Cr menjadi CrCl2 akan berkurang pula. Suatu aktivitas kromium yang tinggi dapat dicapai dengan menaikkan temperatur, sehingga penguraian NH4Cl akan tinggi. Pemanasan dengan volume konstan pada ruangan tertutup akan

90


meningkatkan tekanan dalam ruang yang diakibatkan aktivitas kromium akan meningkat pula. d. Koefisien Difusi Temperatur chromizing mempunyai efek kedalaman chromizing. Temperatur chromizing yang lebih rendah menurunkan kemampuan difusi kromium. . Koefisien Difusi dirumuskan seperti persamaan : D = Do × exp (-Q /RT)

(8)

Dengan demikian naiknya temperatur akan meningkatkan koefisien difusi. Akibat naiknya temperatur menyebabkan kedalaman lapisan kromium bertambah, sesuai persamaan (7). Dimana kedalaman difusi akan ditentukan oleh koefisien difusi dan lamanya proses difusi. e. Temperatur Temperatur proses akan memberikan pengaruh terhadap koefisien difusi. Dengan meningkatnya temperatur pemanasan akan mingkatkan pula koefisien difusi sehingga akan memberikan efek kedalaman difusi dari atom-atom Cr. Ketebalan lapisan maupun dalamnya atom yang berdifusi akan sangat ditentukan oleh temperatur, oleh karena itu pengaruh temperatur digunakan sebagai variabel dalam penelitian ini.Temperatur khromising yang lebih rendah menurunkan kedalaman khromising, karena temperatur mempengaruhi kecepatan difusi. 3. Proses Penelitian Chromizing 3.1. Diagram alir penelitian Jalannya penelitian agar dapat terarah dibuat diagram alir penelitian seperti gambar 2. Logam Dasar

Pengujian Awal uji Komposisi Kimia uji Kekerasan Vickers Struktur Mikro

Persiapan material Pemotongan Pengamplasan Pencucian

Proses Pelapisan Difusi Pack Difusion Coating Powder : Cr 2O3 & NH 4Cl Waktu pemanasan 10 jam Variabel Temperatur pemanasan = 900, 950, 1000, 1050, 1100oC

Pengujian Akhir uji Kekerasan Vickers pengukuran tebal Lapisan Struktur Mikro

Data dan Pembahasan

Kesim ulan

Gambar 2. Diagram alir penelitian

3.2. 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 91


Amonium klorida (NH4Cl) sebagai aktivator pelapis disamping itu juga agar cara penelitian dapat efisien, efektif dan ekonomis. • •

Perhitungan media chromizing adalah sebagai berikut : Cr 2O3 : NH4Cl = 38 gram : 2 gram 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 Si = 0,055 V < 0,001

C = 0,118 Cu < 0,004 Al < 0.002

Mn = 0,375 Ni = 0,026 W = 0,046

P = 0,017 Cr = 0,021 Co = 0,007

S = 0,015 Mo < 0.004 Nb = 0.006

4. Hasil Penelitian dan Pembahasan 4.1. 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)

(9)

Reaksi pembentukan garam kromium 6HCl+ 2Cr (pack) CrCl3 + 2Cr (pack)

2CrCl3 + 3H2(g) 3CrCl3

(10) (11)

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 : • ( displacemen reactio ) 2CrCl3 + 3 Fe •

(13)

CrCl3 (g) + 2CrFe (alloy)

(14)

2CrFe(alloy) + Cl 2 (g)

(15)

2CrFe(alloy) + 2HCl(g)

(16)

(discomposision reaction ) 2CrCl (g) + 2Fe(substrat)

•

3CrFe(alloy) + 2CrCl3(g)

(disproporsional reaction ) 3CrCl (g) + 2Fe (substrat)

•

(12)

( displacemen reaction ) 3FeCl2(g) + 5Cr (pack)

•

2CrFe (alloy) + FeCl2

(Reduction reaction ) 2CrCl (g) + H2 (g) (substrat)

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. 92


4.2. 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 oC 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.

260 250

) V H240 ( n a 230 s a r e 220 k e K

255

257

1050

1100

248 234 225

210 200 900

950

1000

Temperatur ( C )

Gambar 3. Pengaruh Tempertur pemanasan terhadap Kekerasan Permukaan Lapisan Pengujian pada kondisi permukaan lapisan hingga ke material dasar. Hasil pe ngujian 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, 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.

93


Tabel 2. Distribusi kekerasan lapisan (coating) Jarak

Kekerasan Setelah Chromising (HV)

Pe ng ukur an

Se bel um

T = 9 00 C

T = 9 50 C

T = 1 00 0 C

T = 1050 C

T = 1 10 0 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

300.00

250.00

H n a s a200.00 r e k e K

150.00

100.00 0.03

0.06

0.09

0.12

0.18

0.23

Jarak Pengukuran (mm) Bahan awal

Temp = 900 C

temp = 950 C

Temp = 1000 C

Temp = 1050

Temp = 1100

Gambar 4. Distribusi kekerasan terhadap jarak pengukuran dari permukaan lapisan hingga benda uji (base metal) bagian dalam 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). 94


4.3. Pengukuran Ketebalan Lapisan Hasil pengukuran ketebalan lapisan pada lapisan yang terbentuk pada permukaan dangan variabel temperatur pemanasan. Tabel 3. Ketebalan lapisan (coating) Sampel No.

Temperatur chromising (°C)

1 2 3 4 5

Ketebalan lapisan (mm)

900 950 1000 1050 1100

0,04 0,051 0,063 0,07 0,083

0.09

) 0.08 m 0.07 m ( 0.06 n a0.05 is p0.04 a L0.03 l a b0.02 e t

0.01 0 900

950

1000

1050

1100

Temperatur ( T )

Gambar 5. Grafik Pengaruh Temperatur Terhadap Tebal Lapisan yang Terbentuk Pada proses chromizing didapat bahwa dengan semakin tinggi temperatur pemanasan akan mengakibatkan tebal lapisan (coating) meningkat. Hal ini disebabkan karena dengan temperatur yang lebih tinggi memberikan penambahan reaksi yang lebih besar terhadap energi aktifasi fraksi atom , sehingga desosiasi NH4Cl akan semakin tinggi. Pemanasan dengan volume konstan pada ruangan tertutup akan meningkatkan tekanan dalam ruangan meningkat sehingga aktivitas kromium meningkat pula. Dengan meningkatnya aktifasi unsurunsur maka dekomposisi pembentukan logam Cr pada lapisan menjadi bertambah besar . Hal ini terlihat pada pemanasan 1100 oC, tebal lapisan tertinggi yaitu 0,083 mm (83 µm) Peningkatan ketebalan dapat dilihat pada Gambar 5. 4.4. Pengujian Metalografi Pengujian metalografi dilakukan untuk melihat perubahan yang terjadi akibat proses chromizing sehingga dapat melihat struktur lapisan (coating) yang terbentuk serta perubahan struktur yang ada. Dengan mengamati struktur pada setelah proses khromisng material dasarnya tidak mengalami perubahan struktur, terdiri ferit berwarna terang dan perlit yang berwarna bintik hitam. Pada struktur mikro terjadi perubahan besar butir, dikarenakan adanya pemanasan akan menyebabkan butir-butir menjadi lebih besar. Hal ini dikenal dengan pertumbuhan butir pada temperatur tinggi. Lapisan kromium yang terbentuk kurang 95


mengkilap dan terbentuk banyak rongga seperti terlihat jelas pada struktur mikro pemanasan temperatur 950 °C. Setelah memperhatikan beberapa hal selama proses chromizing berjalan, dapat dianalisa hal ini dapat terjadi karena beberapa hal diantaranya. a. Bahwa untuk menguraikan senyawa Oksid diperlukan lingkungan nitrogen atau hidrogen. Kebutuhan hidrogen yang diharapkan dari terurainya NH 4Cl dan udara yang ada dalam pack ( 70 % H2) tidak mencukupi. Sehingga kemungkinan yang terjadi oksid yang sudah terurai akan mengikat kembali dengan Cr dan sebagian gas Cr yang sudah bereaksi dengan gas Cl yang sudah terbentuk. Sebagian oksida akan membentuk oksida yang terjebak diantara ikatan Cr dan Cl sehingga ikut menempel pada permukaan bersama dengan krom. Hal ini mengakibatkan permukaan buram dan kekerasan yang terbentuk tidak terlalu tinggi b. Kemungkinan lain yang mungkin adalah terjadinya pengumpalan pada Cr 2O3 .Karena pada waktu pengambilan material yang chromizing terlihat media krom masih terlihat mengumpal. Kemungkinan reaksi chromizing terjadi pada awal proses sebelum terjadi pengumpalan selanjutnya justru terjadi oksidasi sehingga lapisan krom bercampur dengan terak. Sehingga peningkatan kekerasannya kecil dan lapisannya buram.

(a). base metal

(c) Temperatur 950 oC

96

(b) Temperatur 900 oC

(d) Temperatur 1000 oC


(e) Temperatur 1050 oC

(f) Temperatur 1100 oC

Gambar 6. Foto Struktur mikro dan lapisan hasil proses chromizing dengan variasi temperatur perbesaran 200 x 5. Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan antara lain : 1. 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. 2. Kedalaman difusi atom-atom Cr berdasarkan pengukuran kekerasan dapat mencapai 230 µm.(dimana kekerasan mulai menurun menyamai logam induknya). 3. 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. 4. Struktur mikro bahan setelah proses relatif tetap tidak mengalami perubahan, yaitu tetap ferit. Tatapi mengalami perubahan besar butir yaitu semakin besar. 5.2. Saran Penelitian proses chromizing perlu dikembangkan lebih lanjut cara cara chromizing yang lebih efisien dengan dengan menggunakan bahan media kromium yang lain serta bahan penyedia gas hidrogen atau nitrogen dan juga perlu diperhatikan juga terjadinya pengumpalan bahan chromizing sehingga dapat dihasilkan lapisan yang merata dan peningkatan kekerasannya tinggi. Perlu dilakukan pengujian ketahanan terhadap korosi, hal ini didasari bahwa sifat lapisan kromium adalah selain meningkatkan kekerasan juga mempunyai sifat tahan terhadap korosi.

97


Daftar Pustaka __________, ASM HAND BOOK, 1992,Vol 3 Mettallograpy and Microstructure , ASM International __________, ASM HAND BOOK, 1992,Vol 3, Phase and Struktur Alloy , ASM International __________, ASM HAND BOOK, 1992,Vol 5, Surface Engginering, ASM International Avner Sidney H, 2th edition,1974, Introduction to Physical Metallurgy , Mc Graw-hill Book Company Karl, Erik Thelning, 1984, Steel and Its Heat treatment, 2nd ed, Butteworth & Company, London Kennet R. T. , John Chamberlain, 1991, Korosi Untuk Mahasiswa Sains dan Rekayasawan , Gramedia PT, Jakarta Krauss G, 1990, Steels Heat Treatment and Processing Principles , ASM International Lawrence. H. Va. Vlack–Sriati Djaprie , 1983, Ilmu dan Teknologi Bahan, Erlangga PT, Edisi Keempat R E Smallman, 1991, Metalurgi Fisik Modern, Gramedia PT, Edisi Empat Jakarta Rollasan, E. C, 1985, Metallurgy for Engineers , fourth edition, English Language Book Society, Surdia, Tata., Shinroko Saito, 1991, Pengetahuan Bahan Teknik , cetakan ke 3, PT. Pradnya Paramita, Jakarta

98

Pengaruh Temperatur Pemanasan Terhadap Kekerasan

Recommend Documents