ANALISIS SIFAT KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO

BAJA AISI 4140 HASIL KARBURASI PLASMA

DENGAN VARIASI TEKANAN

Disusun sebagai satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata II

pada Program Studi Magister Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh :

Yuli Supriyanto

U 100 160 015

PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2018

ASUS1

Typewritten text

ii

ASUS1

Typewritten text

iii

1

ANALISIS SIFAT KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO

BAJA AISI 4140 HASIL KARBURISING PLASMA

DENGAN VARIASI TEKANAN

Abstrak

Proses Karburising terhadap baja AISI 4140 untuk diuji kekerasan dengan metode

pengujian Vikers dan diamati struktur mikronya. Tujuan dari penelitian ini adalah

Mengetahui tingkat kekerasan dari material AISI 4140 yang telah mengalami

proses pelapisan dengan metode karburasi plasma. Sampel berupa baja AISI 4140

dipotong melintang menjadi 30 sampel uji, kemudian dilakukan pemolesan

dengan Autosol menggunakan amplas dengan ukuran 120 sampai dengan 5000

mesh. Kemudian sampel yang sudah dipoles dikarburising dengan variasi tekanan

1,2; 1;4 1,6; 1,8 dan 2,0 mBar dengan suhu serta waktu yang tetap. Kekerasan

yang terbesar atau optimum diperoleh pada tekanan 1,4 mBar. Hal ini disebabkan

laju deposisi terlalu besar tetapi laju difusi dan kelarutan secara interstisi atom

karbon pada baja AISI 4140 tidak dapat mengikuti laju deposisi maka akan terjadi

penumpukan atom karbon pada permukaan karena laju deposisi lebih besar dari

laju difusi dan kelarutan secara interstisi. Dengan demikian kekerasan permukaan

tidak naik melainkan menurun sebagai akibat menumpuknya atom karbon pada

permukaan. Pengujian terhadap struktur mikro menghasilkan bahwa lapisan tipis

terlihat di bagian luar permukaan dengan unsur karbon yang teridentifikasi sangat

tipis.

Kata Kunci : Karburising, AISI 4140, Tekanan, Kekerasan Vikers, Struktur

mikro.

Abstract

Carburizing process for AISI 4140 steel to test hardness with the method of

testing and identification of microstructure. The purpose of this study was to

determine the level of hardness from AISI 4140 material that has carried out the

coating process with the plasma carburizing method. Samples in the form of AISI

4140 steel cut into 30 samples, then polishing with Autosol using sandpaper with

sizes 120 until 5000 mesh. Then the sample that has been dipped is carburized

with various pressure from 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; and 2,0 mBar and a fixed

temperature and time. The highest highest or obtained optimally at 1.4 mBar. This

is due to a process that is faster and larger than the carbon in AISI 4140 steel can

not follow the deposition rate that will occur at the bottom of the accumulation of

carbon atoms. Thus, nothing is the same as the result of stacking carbon atoms on

the surface. Testing of the microstructure resulted in a thin layer visible on the

outside of the surface with the carbon element identified as very thin.

Keywords: Process Carburizing, AISI 4140, Pressure, Hardness of Vikers ,

microstructure

2

1. PENDAHULUAN

Teknik pengerasan permukaan merupakan suatu proses untuk meningkatkan sifat

kekerasan serta kinerja dari suatu komponen atau material.[1] Kerusakan sebuah

elemen umumnya disebabkan oleh umur pemakaian yang berlebih, sehingga

mengakibatkan kegagalan mekanis dari elemen tersebut. [2] Sifat permukaan

logam sering dimodifikasi oleh penambahan sejumlah kecil elemen paduan untuk

peningkatan permukaan kekerasan, keausan yang lebih baik dan sifat korosi.

Paduan tambahan elemen biasanya seperti karbon dan / atau nitrogen. [3]

Dalam dunia perancangan, material logam yang paling banyak digunakan

adalah baja, karena selain jenisnya yang bervariasi, bersifat kuat, ketahanan aus

yang tinggi dan sifat mampu bentuk yang tinggi, sehingga dengan sendirinya akan

meningkatkan umur pakai komponen.[4].

Unsur logam termasuk penyumbang terbanyak pembuatan komponen –

komponen mesin, salah satunya adalah baja tahan karat / Stainless Steel (SS) [5]

Baja AISI 4140 mempunyai komposisi kimia seperti C (0.38-0.43 %), Mn (0.75-

1.00 %), Si (0.20-0.35 %), Cr (0.80-1.10 %), Mo (0.15-0.25 %), P (≤0.035 %) dan

S (≤0.04 %).[6] dan [7] Material ini sifat ketahanan korosinya sangat baik namun

nilai kekerasan rendah dibandingkan baja tahan karat jenis martensitik lainnya [7]

Paduan dengan nitrogen sebenarnya menawarkan beberapa keunggulan

dibandingkan elemen paduan lainnya dalam hal sifat korosi dan

mekanis[8].Menurut Lifeng dkk 2017, baja AISI 4140 mempunyai tekstur

ultrafine dengan kekuatan ultrahigh, keuletan diperoleh melalui proses rolling

lambat dan pendinginan tanpa melalui tempering. Pengaruh rasio reduksi berjalan

lambat berkisar antara 60% hingga 90% pada mikrostruktur dan sifat mekanik

baja yang diselidiki. [9] Menurut Suprapto, dkk, agar sifat-sifat yang dibutuhkan

terpenuhi dan mudah didapatkan dengan harga yang relatif murah, maka dalam

pembuatan komponen-komponen mesin menggunakan logam yang mempunyai

sifat liat dan tangguh [10]. Proses pengerasan permukaan konvensional sudah

cukup lama dikenal, baik dengan menggunakan proses termal maupun termo-

kimia. Proses treatment permukan sendiri dilakukan dengan metode termokimia

yang merupakan suatu metode pengerasan permukaan dengan mendifusikan atom-

atom tertentu ( karbon, nitrogen atau kedua-duanya ) ke dalam permukaan

3

material. Jenis- jenis pengerasan termokimia antara lain : karburasi, cyaniding,

carbonitriding, dan nitriding.[11]

Penelitian tentang pengerasan permukaan dengan plasma carburising pernah

dilakukan oleh Dwi Priyantoro, Tjipto Sujitno, Bangun Pribadi, Zuhdi Arif Ainun

Najib. (2016) dengan judul “Perlakukan Permukaan pada Roller Rantai dengan

metode plasma Carburizing dari Campuran gas He dan CH4 pada Tekanan 1,8

Bar. Dengan hasil kekerasan permukaan roller rantai naik dari 276,05 VHN

menjadi 403,56 VHN setelah proses plasma carburizing dengan waktu perlakuan

selama 4 jam, atau terjadi kenaikan kekerasan sebesar 46,19% dari material asli.

[12].

Karburisasi plasma AISI 316L dilakukan di 480 ° C dan 400 ° C, selama 20

jam, menggunakan CH4 sebagai gas pembawa karbon menunjukkan bahwa

karbon berkembang austenit (γC), 20 μm secara mendalam, terbentuk di

permukaan setelah perlakuan 480 ° C. Karbon berkembang austenit (γC), 8 μm

secara mendalam, terbentuk di permukaan setelah perawatan 400 ° C.

[13]Karburisasi plasma oleh Semboshi, S. dkk 2015, menyimpulkan bahwa

karburisasi plasma adalah metode yang menjanjikan untuk memperbaiki sifat

permukaan paduan cair Cu-Ti yang dikeraskan. [14] Menurut Scheuer, C. J. Dkk

2013, Karburasi Plasma dengan suhu rendah dapat meningkatkan kekerasan

permukaan baja AISI 420 dengan terbentuknya lapisan luar karbida komplek

tergantung pada suhu dan waktu karburasi. [15] Menurut Yang Yang, 2017 ,

Difusi karbon dan pengerasannya pada baja M50NiL dengan proses karburasi

plasma dalam campuran aseton gas (30%) dan hydrogen (70%) pada suhu 400,

450, 500 dan 550 ° C untuk durasi masing-masing 4, 8 dan 12 jam Hasil tes

menunjukkan bahwa sementit adalah fase utama di lapisan permukaan spesimen

karburasi pada 400 dan 450 ° C, sedangkan yang di-karburisasi pada 500 dan 550

° C terutama martensit karbon pada lapisan permukaan menunjukkan kekasaran

permukaan yang lebih rendah, kekerasan permukaan yang lebih tinggi dan tingkat

keausan lebih rendah. Energi aktivasi difusi karbon ke martensit dan sementit

dihitung, masing-masing adalah 64,5 kJ · mol− 1 dan 120,7 kJ · mol− 1.[16]

Proses karburasi telah digunakan secara luas sejak lama terutama di industry

otomotif. [17] . Karburisasi adalah proses dimana karbon ditambahkan ke dalam

4

permukaan baja. Setelah karburasi, pengerasan permukaan biasanya dilakukan

dengan pendinginan cepat[18].

Penggunaan teknik karburasi plasma di bidang perlakuan termokimia

material terus meningkat dalam beberapa tahun terakhir, Proses ini untuk

meningkatkan sifat permukaan bahan yang berbeda, mengoptimalkan sifat sifat

material dan memperluas penggunaan material.[19] Dengan karburasi plasma

transfer massa lebih tinggi dapat dicapai karena sejumlah besar partikel bermuatan

dihasilkan oleh listrik membentuk fluktuasi searah ke arah katoda yang

berinteraksi langsung dengan komponen. [20]

Pencampuran antara ion yang bermuatan positif dan elektron-elektron yang

bermuatan negatif mempunyai sifat-sifat yang sangat berbeda dengan gas pada

umumnya., dan materi pada fase ini kita sebut fase plasma dan didefinisikan

sebagai gas . [21]. Keuntungan Karburasi plasma antara lain waktu pemrosesan

lebih singkat, struktur metalurgi yang berkualitas, sifat kelelahan yang lebih baik,

akurasi dalam memprediksi kedalaman kekerasan permukaan..[22] Karburasi

plasma merupakan proses peningkatan kekerasan permukaan baja yang effisien

dan ramah lingkungan. Proses karburasi plasma ini dapat membantu

menghilangkan oksida asli (Cr2O3) pada stainless steel yang menghasilkan

penghalang difusi dan mengurangi adhesi antara pelindung dan permukaan baja.

Proses karburasi plasma bersuhu rendah menghasilkan lapisan modifikasi

berkualitas tinggi serta mempunyai ketahanan aus dan korosi.[23]

2. METODE

Langkah-langkah yang dilakukan dalam preparasi sampel baja yaitu, Stainless

steel 4140 no 1 & 2 dipotong dengan ukuran diameter 3,4 cm x panjang 19,1 cm.

Baja yang telah dipotong kemudian dibubut dan dipotong kembali dengan ukuran

diameter 1,4 cm dan tebal 0,4 cm untuk dijadikan sampel.

Hasil pemolesan sampel sebanyak 30 sampel untuk proses plasma

karburasi. Tahapan pemolesan menggunakan amplas dengan ukuran Amplas 120

sampai dengan amplas 5000 sedang untuk finishing proses menggunakan kain

bludru.

5

Selanjutnya sampel sebelum di treatment dengan teknik plasma karburasi

dicuci dengan menggunakan alat ultrasonic cleaner dengan tahapan sebagai

berikut, dicuci dengan diterjen selama 30 menit digetarkan ultrasonic cleaner,

dibilas dengan air bersih digetarkan ultrasonic cleaner, dibilas dengan cairan

alkohol selama 15 menit.

Prosedur penelitian dapat dilihat pada diagram alir seperti gambar 2.1

berikut :

Gambar 3.1 Skema Diagram Alir Penelitian

Pembentukan lapisan tipis pada permukaan sampel yaitu dengan metode

karburasi plasma, secara garis besar dapat diuraikan pertama-tama memasukan

substrat yang sudah dicuci menggunakan alkohol ke dalam tabung reaktor dan

diletakkan di katoda kemudian tutup head reaktor. Setelah itu pasang kembali

tegangan tinggi pada head reaktor, lalu katup pembocor di close dan katup buang

dalam posisi open. Setelah reaktor plasma dalam keadaan tertutup rapat, maka

Mulai

Preparasi sample Substrat Baja AISI 4140

Proses karburasi plasma

Variasi Tekanan 1,2 ; 1,4; 1,6 ; 1,8 ; dan 2,0

mBar pada Suhu 450˚C dan Waktu 3 jam

Pengujian :

Kekerasan Vikers dan Struktur Mikro

(SEM)

Analisis Kekerasan Vikers

Substrat Baja AISI 4140

tanpa karburasi plasma

Substrat Baja AISI 4140

yang akan dikarburasi

plasma

Pengujian Kekerasan

Vikers

Selesai

Analisis Struktur Mikro

6

saklar utama, saklar instrumen dan saklar vakum dihidupkan. Kemudian tabung

reaktor di vakumkan menggunakan pompa rotary hingga mencapai tekanan ± 2,5

x 10-1

mbar untuk membersihkan gas-gas yang tersisa di dalam tabung, lalu

mengalirkan gas karbon kedalam tabung reaktor dan menghidupkan saklar catu

daya.

Selanjutnya mengatur tegangan hingga memenuhi nilai parameter yang

diinginkan dengan variasi tekanan yang dipakai 1,2; 1,4 ; 1,6 ; 1,8 ; dan 2,0 mBar

dengan suhu tetap 450 OC dan waktu tetap 3 jam. Langkah berikutnya adalah uji

kekerasan tes kekerasan Vickers yang dikembangkan di Inggris pada tahun 1921

sebagai alternatif yang lebih mudah untuk pengujian Brinell. Ini menggunakan

indenter standar, dan hasilnya sebagian besar kekuatan independen (meskipun ada

pertimbangan khusus untuk tes microindentation dilakukan pada kekuatan kurang

dari 200 g). indentasi. [24]. Dilanjutkan dengan tes Struktur mikro merupakan

struktur yang dapat diamati dibawah mikroskop optik. Meskipun dapat pula

diartikan sebagai hasil dari pengamatan menggunakan scanning electron

microscope (SEM). Scanning electron microscopy (SEM) telah banyak digunakan

untuk objek pencitraan dengan berbagai dimensi mulai dari milimeter hingga

nanometer. Dibandingkan dengan mikroskopi umum lainnya, SEM menawarkan

kombinasi karakteristik pencitraan yang unik termasuk resolusi lateral yang

tinggi.[25] [26].

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil penelitian dan pembahasan tentang proses pengerasan permukaan dengan

karburasi plasma didapat dari pengambilan data pengujian untuk masing-masing

contoh benda uji atau specimen, yang meliputi uji kekerasan, uji aus, uji korosi

dan uji mikrostruktur setelah melalui proses pembentukan lapisan tipis pada

permukaan specimen baja AISI 4041 dengan variasi tekanan.

Pengujian Kekerasan Vickers

Pada uji mikro Vickers menggunakan 5 titik sampel, beban indentasi

sebesar 10 gf, jarak 150 µm dan waktu pembebanan 5 detik. Pengukuran ini

dimulai dari sisi terluar dengan jarak 10 mm kemudian jarak antara titik 2 dengan

titik-titik berikutnya masing-masing 0,15 mm.

7

Grafik 3.1. Hubungan nilai kekerasan terhdap perubahan tekanan

Pada Gambar 3.1 dapat dilihat bahwa pada tekanan1,4 mBar,suhu450 oC

waktu 3 jam, kekerasan baja AISI 4140 meningkat dari 133,92 VHN menjadi

237,6 VHN tetapi kekerasannya cenderung menurun pada tekanan 1,6 mBar dan

menurun lagi pada tekanan 1,8 mBar dari 203,02 VHN menjadi 170,36 VHN..

Kemudian terjadi peningkatan kekerasan lagi pada tekanan 2,0 mBar dari 170,36

VHN menjadi 177,56 VHN. Dari hasil kekerasan yang diperoleh setelah

mengalami tekanan yang bervariasi dari 1,2 mBar samapai tekanan 2,0 mBar,

kekerasan yang terbesar atau optimum diperoleh pada tekanan 1,4 mBar.Menurut

Suprapto, dkk, hal ini disebabkan laju deposisi terlalu besar tetapi laju difusi dan

kelarutan secara interstisi atom karbon pada baja AISI 4140 tidak dapat mengikuti

laju deposisi maka akan terjadi penumpukan atom karbon pada permukaan karena

laju deposisi lebih besar dari laju difusi dan kelarutan secara interstisi. Dengan

demikian kekerasan permukaan tidak naik melainkan menurun sebagai akibat

menumpuknya atom karbon pada permukaan.[27]

Uji SEM-EDX

Untuk dapat mengetahui mekanisme perubahan nilai kekerasan yang terjadi

pada baja AIS 4140 setelah mengalami proses karburasi seperti pada grafik 3.1,

maka dilakukan pengujian struktur mikro menggunakan uji SEM. Pengujian

struktur mikro ini bertujuan terutama untuk mengetahui kedalaman difusi karbon

yang dideposisikan dan perubahan struktur akibat terbentuknya karbida hasil

133,92

237,6

203,02

170,36 177,56

0

50

100

150

200

250

1,2 1,4 1,6 1,8 2

Kek

eras

an (

VH

N)

Tekanan (Mbar)

8

reaksi karbon dengan logam induk (substrat baja). Struktur mikro setelah

dikarburasi diamati pada penampang melintangnya. Untuk pengamatan struktur

mikro penampang melintangnya dilakukan 2 pengamatan, yaitu pengamatan

pertama untuk mengamati penampang melintang bahan setelah dikarburasi pada

tekanan 1,2 mBar dan pengamatan yang kedua untuk mengamati penampang

melintang bahan setelah dikarburasi pada tekanan 2,0 mBar. Hasil pengujian

mikrograf SEM dari tampang-lintang substrat baja AISI 4140 setelah dikarburasi

ion pada tekanan 1,2 mBar dan 2,0 mBar dengan pada suhu 450 oC dan waktu

karburasi 3 jam.

Gambar 3.2. SEM dari tampang-lintang substrat baja AISI 4140 setelah dikarburasi

plasma dengan tekanan 1,2 mBar.

Gambar 3.3. SEM dari tampang-lintang substrat baja AISI 4140 setelah dikarburasi

plasma dengan tekanan 2,0 mBar pada suhu 450 oC waktu karburasi 3 jam

Substrat Baja AISI 4140

Lapisan karbon

9

Berdasarkan hasil gambar SEM untuk sampel baja AISI 4140 yang telah

mengalami proses karburasi pada tekanan 1,2 mBar dan 2,0 mBar, maka dapat

dilihat bahwa lapisan tipis terbentuk pada substrat baja AISI 4140. Pada lapisan

dengan tekanan 1,2 mBar lapisan karbida tidak terlihat dengan jelas, sedangkan

pada tekanan 2,0 mBar lapisan karbida dapat terlihat dengan jelas. Mekanisme

pembentukan lapisan tipis ini terjadai karena atom-atom besi yang terpercik

keluar dari permukaan substrat akibat tumbukan ion-ion karbon bereaksi dalam

fase gas untuk membentuk FeC yang tidak stabil, selanjutnya terkondensasi pada

permukaan substrat, melepaskan karbon dan membentuk karbida besi yang lebih

stabil. Dalam Proses pendifusian ini memanfaatkan energi listrik dan energi

termal (panas). Energi listrik digunakan untuk mengubah atom-atom karbon yang

berasal dari gas benzene (C6H6) menjadi plasma, dan sekaligus digunakan untuk

mendifusikan atom atom karbon tersebut ke dalam permukaan material. Energi

termal yang juga dapat berasal dari energi listrik akan mempercepat proses difusi

atom karbon. Dengan masuknya atom-atom karbon ke permukaan material (baja

AISI 4140) maka akan terbentuk larutan padat. Karena atom-atom karbon yang

larut mempunyai ukuran atom yang jauh lebih kecil dari pada ukuran atom besi,

maka atom-atom karbon akan masuk ke permukaan baja dan mengisi ruang-ruang

kosong di antara atom-atom besi secara interstisi, sehingga akan terbentuk larutan

padat interstisi karbon dalam besi/baja.

Gambar 3.4. SEM-EDX Spot 1 substrat baja AISI 4140 hasil karburasi plasma

untuk variasi tekanan 1,2 mbar

10

Gambar 3.5 Mikrograf SEM-EDS pada bagian permukaan substrat tekanan 1,2

mBar

Tabel 3.1. Unsur komposisi kimia Mikrograf SEM-EDS tekanan 1,2 mbar pada

bagian permukaan substrat

Element Weight % Atomic % Net Int. Error % Kratio Z R A F

C K 25.44 44.77 719.63 8.99 0.0931 1.1501 0.9236 0.3182 1.0000

O K 27.52 36.37 1366.57 8.07 0.1153 1.0981 0.9467 0.3815 1.0000

AlK 0.96 0.75 69.75 12.75 0.0057 0.9729 0.9900 0.6074 1.0049

SiK 0.86 0.64 70.63 11.75 0.0062 0.9936 0.9971 0.7211 1.0076

ClK 1.60 0.95 111.65 9.89 0.0140 0.9240 1.0159 0.9207 1.0284

FeK 43.63 16.52 713.95 3.75 0.3752 0.8270 1.0470 1.0077 1.0319

Gambar 3.6 SEM-EDS Spot 5 substrat baja AISI 4140 hasil karburasi plasma

tekanan 1,2 mBar

P = 1,2 mbar

T = 450˚

t = 3 jam

11

Gambar 3.7. Unsur komposisi kimia Mikrograf SEM-EDS tekanan 1,2 mbar,

pada substrat

Tabel 3.2. Tabel unsur komposisi kimia Mikrograf SEM-EDS tekanan 1,2 mbar,

pada substrat

Element Weight % Atomic % Net Int. Error % Kratio Z R A F

C K 4.68 18.53 110.95 11.66 0.0153 1.3331 0.8457 0.2446 1.0000

SiK 0.30 0.51 22.37 33.14 0.0021 1.1609 0.9290 0.5921 1.0078

FeK 95.02 80.96 1710.17 3.03 0.9551 0.9803 1.0053 1.0008 1.0245

Gambar 3.8. SEM-EDS tekanan 2,0 mbar pada bagian permukaan substrat

P = 1,2 mbar

T = 450˚

t = 3 jam

12

Gambar 3.9.. Mikrograf SEM-EDS tekanan 2,0 mbar pada bagian permukaan

substrat

Tabel 3.3 Unsur komposisi kimia Mikrograf SEM-EDX tekanan 2,0 mbar pada

bagian permukaan substrat

Element Weight % Atomic % Net Int. Error % Kratio Z R A F

C K 18.59 45.11 369.30 9.29 0.0697 1.2354 0.8839 0.3036 1.0000

O K 9.21 16.77 382.93 8.11 0.0475 1.1816 0.9085 0.4362 1.0000

SiK 0.83 0.87 46.66 13.75 0.0061 1.0728 0.9637 0.6772 1.0077

ClK 0.05 0.04 2.52 63.72 0.0005 0.9990 0.9852 0.8946 1.0319

FeK 71.31 37.21 835.54 3.36 0.6611 0.8994 1.0274 1.0040 1.0265

P = 2,0 mbar

T = 450˚

T = 3 Jam

t = 3 jam

13

Gambar 3.10. SEM-EDS tekanan 2,0 mbar, diambil pada bagian substrat

Gambar 3.11.. Mikrograf SEM-EDS tekanan 2,0 mbar diambil pada bagian

substrat

Tabel 3.4. Tabel unsur komposisi kimia Mikrograf SEM- tekanan 2,0 mbar, pada

temperatur 450 oC dan waktu karburasi3 jam, pada bagian substrat

Element Weight % Atomic % Net Int. Error % Kratio Z R A F

C K 6.47 24.33 116.81 10.91 0.0225 1.3250 0.8486 0.2625 1.0000

FeK 93.53 75.67 1157.90 3.06 0.9341 0.9738 1.0071 1.0011 1.0245

P = 2,0 mbar

T = 450˚

T = 3 Jam

t = 3 jam

14

Berdasarkan tabel 3.4. dapat diketahui bahwa uji EDS diambil pada bagian

permukaan substrat sehingga menghasilkan komposisi unsur besi Fe dengan

campuran C, O, Al, Si dan Cl., prosentse karbon lebih besar jika dibandingkan

dengan substrat bagian dalam dan bagian permukaan kekerasannya naik dari

121,3 HVN menjadi 237,6 HVN.[18]

4. PENUTUP

Dari analisis sifat kekerasan baja AISI 4140 hasil karburasi plasma dengan

variasi tekanan dan temperatur serta waktu yang tetap, dapat disimpulkan :

- Dari hasil kekerasan yang diperoleh setelah mengalami tekanan yang

bervariasi dari 1,2 mbar samapai tekanan 2,0 mbar, kekerasan yang terbesar

atau optimum diperoleh pada tekanan 1,4 mbar. Hal ini disebabkan laju

deposisi terlalu besar tetapi laju difusi dan kelarutan secara interstisi atom

karbon pada baja AISI 4140 tidak dapat mengikuti laju deposisi maka akan

terjadi penumpukan atom karbon pada permukaan karena laju deposisi lebih

besar dari laju difusi dan kelarutan secara interstisi. Dengan demikian

kekerasan permukaan tidak naik melainkan menurun sebagai akibat

menumpuknya atom karbon pada permukaan.[27]

- Berdasarkan hasil gambar SEM untuk sampel baja AISI 4140 yang telah

mengalami proses karburasi pada tekanan 1,2 mbar dan 2,0 mbar, maka

dapat dilihat bahwa lapisan tipis terbentuk pada substrat baja AISI 4140.

Pada lapisan dengan tekanan 1,2 mbar lapisan karbida tidak terlihat dengan

jelas, sedangkan pada tekanan 2,0 mbar lapisan karbida dapat terlihat

dengan jelas. Mekanisme pembentukan lapisan tipis ini terjadi karena atom-

atom besi yang terpercik keluar dari permukaan substrat akibat tumbukan

ion-ion karbon bereaksi dalam fase gas untuk membentuk FeC yang tidak

stabil, selanjutnya terkondensasi pada permukaan substrat, melepaskan

karbon dan membentuk karbida besi yang lebih stabil.. Sedangkan dari

pengujian EDX menghasilkan unsur besi (Fe), dengan campuran karbon (C)

dengan unsur- unsur lainnya seperti campuran Oksigen (O), Silikon (Si),

dan Klorida (Cl)

- .

15

DAFTAR PUSTAKA

[1] S. Lampman, “Introduction to surface hardening of steels,” ASM

Handbook, Vol. 4, Heat Treat., vol. 4, pp. 259–267, 1991.

[2] H. Kovacı, A. F. Yetim, O. Baran, and A. Çelik, “Fatigue crack growth

analysis of plasma nitrided AISI 4140 low-alloy steel: Part 1-constant

amplitude loading,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 672, pp. 257–264, 2016.

[3] N. Y. Pehlivanturk and O. T. Inal, “Ion/Plasma Carburizing; Theory and

Practice,” Adv. Mater. Manuf. Process., vol. 3, no. 4, pp. 551–573, 1988.

[4] Y. Irwan, “Meningkatkan kekerasan permukaan sparepart lokal kendaraan

bermotor dengan cara Karburasi Cair Karburasi.”

[5] H. Setiadi, P. Studi, M. Teknik, S. Pascasarjana, and U. M. Surakarta,

“ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK LAPISAN

NiCr-Al YANG DIBENTUK DENGAN METODE SPUTTERING PADA

BAJA ST 40,” 2018.

[6] A. Nickel and C. Moly, “High Tensile Steel – Aisi 4340,” pp. 1–2, 2012.

[7] F. M. achyarsyah. E. hidayat Widiyawati, “ANALISIS SIFAT MEKANIK

PADA MATERIAL AISI 4140 dan CREUSABRO 8000 UNTUK

APLIKASI GIGI BUCKET PRODUKSI PT. POLMAN SWADAYA,”

Tugas Akhir, vol. 01, no. 1, 2014.

[8] F. Bottoli, M. S. Jellesen, T. L. Christiansen, G. Winther, and M. A. J.

Somers, “High temperature solution-nitriding and low-temperature

nitriding of AISI 316: Effect on pitting potential and crevice corrosion

performance,” Appl. Surf. Sci., vol. 431, pp. 24–31, 2018.

[9] Ahmad, and A. Shan, “Effect of heavy warm rolling on microstructures

and mechanical properties of AISI 4140 steel,” Mater. Sci. Eng. A, vol.

704, pp. 469–479, 2017.

[10] Suprapto, Sudjatmoko, and T. Sujitno, “Pengaruh nitridasi plasma terhadap

kekerasan aisi 304 dan baja karbon rendah,” J. Iptek Nukl. Ganendra Vol.

13 No. 2 Juli 2010 93-100, vol. 13, no. 2, pp. 93–100, 2010.

[11] D. Tarwijayanto, W. Purwo Raharjo, and T. Triyono, “Pengaruh Arus dan

Waktu Pelapisan Hard Chrome Terhadap Ketebalan Lapisan dan Tingkat

Kekerasan Mikro Pada Plat Baja Karbon Rendah AISI 1026 dengan

Menggunakan CrO3 250gr/lt dan H2SO4 2,5 gr/lt pada Proses

Elektroplating,” Mekanika, vol. 11, no. Dc, pp. 109–115, 2013.

[12] B. A. Pribadi, S. Uprapto, and D. W. I. Priyantoro, “Pengerasan Permukaan

Baja St 40 Dengan Metode Carburizing Plasma Lucutan Pijar,” pp. 25–26,

2008.

16

[13] R. M. Souza, M. Ignat, C. E. Pinedo, and A. P. Tschiptschin, “Structure and

properties of low temperature plasma carburized austenitic stainless steels,”

Surf. Coatings Technol., vol. 204, no. 6–7, pp. 1102–1105, 2009.

[14] S. Semboshi, A. Iwase, and T. Takasugi, “Surface hardening of age-

hardenable Cu-Ti alloy by plasma carburization,” Surf. Coatings Technol.,

vol. 283, pp. 262–267, 2015.

[15] C. J. Scheuer, R. P. Cardoso, F. I. Zanetti, T. Amaral, and S. F. Brunatto,

“Low-temperature plasma carburizing of AISI 420 martensitic stainless

steel: Influence of gas mixture and gas flow rate,” Surf. Coatings Technol.,

vol. 206, no. 24, pp. 5085–5090, 2012.

[16] Y. Yang, M. F. Yan, S. D. Zhang, J. H. Guo, S. S. Jiang, and D. Y. Li,

“Diffusion behavior of carbon and its hardening effect on plasma

carburized M50NiL steel: Influences of treatment temperature and

duration,” Surf. Coatings Technol., vol. 333, no. October 2017, pp. 96–103,

2018.

[17] J. . Baek, Y. . Cho, D. . Kim, and K. . Lee, “Plasma carburizing process for

the low distortion of automobile gears,” Surf. Coatings Technol., vol. 131,

no. 1–3, pp. 568–573, 2000.

[18] B. Suh and W. Lee, “Surface hardening of AISI 316L stainless steel using

plasma carburizing \ IJ,” vol. 295, pp. 185–192, 1997.

[19] C. J. Scheuer, R. P. Cardoso, M. Mafra, and S. F. Brunatto, “AISI 420

martensitic stainless steel low-temperature plasma assisted carburizing

kinetics,” Surf. Coatings Technol., vol. 214, pp. 30–37, 2013.

[20] S. Li and R. R. Manory, “Effect of gas inlet positions on plasma

carburizing of AISI 1020 steel,” Surf. Coatings Technol., vol. 71, no. 2, pp.

108–111, 1995.

[21] N. Muhammad, Fisika Plasma dan Aplikasi. 2011.

[22] M. H. Jacobs, T. J. Law, and F. Ribet, “Plasma Carburiiing : Theory ;

Industrial Benefits and Practices,” Surf. Eng., vol. 1, no. 2, 1985.

[23] Y. Sun, “Response of cast austenitic stainless steel to low temperature

plasma carburizing,” Mater. Des., vol. 30, no. 4, pp. 1377–1380, 2009.

[24] “Hardness Testing,” no. May, p. 2013, 2013.

[25] J. Goldstein et al., Scanning Electron Microscopy and X-Ray

Microanalysis, Third edit., vol. 53, no. 9. 2013.

17

[26] A. Argast and C. F. Tennis, “A Web Resource for the Study of Alkali

Feldspars and Perthitic Textures Using Light Microscopy , Scanning

Electron Microscopy and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy,” J.

Geosci. Educ., vol. 52, no. 3, pp. 213–217, 2004.

[27] Suprapto and T. Sujitno, “Pengerasan permukaan baja st 42 dengan teknik

nitridasi ion,” Pros. PPI - PDIPTN 2005 Puslitbang Teknol. Maju - BATAN

Yogyakarta, 12 Juli 2005, pp. 51–63, 2005.