TUGAS AKHIR

ANALISA STRUKTUR MIKRO DAN TINGKAT KEKERASAN

LOGAM BAJA HASIL HOT ROLLING DENGAN

PENAMBAHAN KARBON ARANG TEMPURUNG KELAPA

DENGAN MESH 40,50,60

Tugas Akhir Ini Disusun Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar

Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh :

RIZKI DWI ARDIKA

NIM: D200 181 023

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2020

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN Jl.A.Yani Pabelan Kartasura Tromol Pos I Telp (0271) 717417 Pos 57102

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR

Berdasarkan Surat Keputusan Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta

Nomor 116/II/2019 tanggal 19 Agustus 2019 tentang Pembimbing Tugas Akhir

dengan ini:

Nama : Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T.

Pangkat / Jabatan : Pembimbing

Sebagai Pembimbing Tugas Akhir memberikan soal tugas akhir kepada

mahasiswa:

Nama : Rizki Dwi Ardika

No Induk : D200181023

Jurusan/Semester : Teknik Mesin/8

Judul/Topik : ANALISA STRUKTUR MIKRO DAN TINGKAT

KEKERASAN LOGAM BAJA HASIL HOT ROLLING

DENGAN PENAMBAHAN KARBON ARANG

TEMPURUNG KELAPA DENGAN MESH 40,50,60..

Rincian Soal/Tugas : Melakukan proses pengerolan, pengujian kekerasan dan

pengujian struktur mikro suatu logam.

Demikian soal tugas akhir ini dibuat untuk dapat dilaksanakan sebagaimana

mestinya.

Surakarta, 05 September 2019

Pembimbing

Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T.

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir berjudul “Analisa Struktur Mikro dan Tingkat

Kekerasan Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan Penambahan

Karbon Arang Tempurung Kelapa Dengan Mesh 40,50,60“ telah

disetujui oleh pembimbing tugas akhir untuk dipertahankan di depan

dewan penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana S-1 pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta .

Dipersiapkan oleh

Nama : RIZKI DWI ARDIKA

NIM : D200 181 023

Disetujui pada

Hari :

Tanggal :

Dosen Pembimbing

Tugas Akhir

Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T.

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir berjudul “Analisa Struktur Mikro dan Tingkat

Kekerasan Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan Penambahan

Karbon Arang Tempurung Kelapa Dengan Mesh 40,50,60“ telah

dipertahankan di depan dewan penguji sebagai syarat untuk memperoleh

gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh

Nama : RIZKI DWI ARDIKA

NIM : D200 181 023

Disahkan pada

Hari :

Tanggal :

Dewan Penguji

1. Ketua : Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T. (……………)

2. Anggota 1 : Ir. Sunardi Wiyono, M.T. (……………)

3. Anggota 2 : Ir. Bibit Sugito, M.T. (……………)

Mengetahui

Dekan

Fakultas Teknik

Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D

Ketua Jurusan

Teknik Mesin

Ir. Subroto, M.T.

v

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : RIZKI DWI ARDIKA

NIM : D 200 181 023

Fakultas/ Jurusan : Teknik/ Teknik Mesin

Judul : Analisa Struktur Mikro dan Tingkat Kekerasan

Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan

Penambahan Karbon Arang Tempurung Kelapa

Dengan Mesh 40,50,60.

Menyatakan bahwa Tugas Akhir ini merupakan karya tulis yang

penulis buat sendiri sebagai syarat memperoleh gelar sarjana S-1 pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta, kecuali beberapa sumber kutipan dan ringkasan yang telah

penulis cantumkan sebagaimana mestinya dalam karya tulis ini.

Surakarta, Januari 2020

Yang menyatakan

Rizki Dwi Ardika

vi

HALAMAN MOTTO

“Hai orang-orang yang beriman, bersabarlah kamu dan kuatkanlah

kesabaranmu dan tetaplah bersiap siaga dan bertaqwalah kepada Allah

supaya kamu menang”

(Q.S Ali-Imran : 200)

“Dan masing-masing orang memperoleh derajat-derajat (seimbang)

dengan apa yang dikerjakannya. Dan Tuhanmu tidak lengah dari

apa yang mereka kerjakan”

(QS. Al An’am : 132)

“Kemudian apabila kamu telah membulatkan tekad, maka bertawakallah

kepada Allah, sesungguhnya Allah menyukai orang-orang yang

bertawakal (kepada-Nya)”

(QS Ali ‘Imraan : 159)

“Allah akan mengangkat derajat orang-orang yang beriman diantara kamu

dan orang-orang yang mempunyai ilmu beberapa derajat.”

(Q.S Al Mujadalah : 11)

“Apabila telah ditunaikan shalat, maka bertebaranlah kamu di muka bumi

(untuk mencari rezki dan usaha yang halal) dan carilah karunia Allah, dan

ingatlah Allah banyak-banyak supaya kamu beruntung”

(QS al-Jumu’ah :10)

“Jadikanlah sabar dan shalat sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah

beserta orang-orang yang sabar”

(Q.S Al Baqarah : 153)

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Penulis persembahkan Tugas Akhir ini kepada:

Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayahnya

sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

Ayah (Windartono) dan Ibu (Eni Agustini) tercinta sebagai

pahlawan hidupku yang telah memberikan motivasi dan contoh

dalam membentuk karakterku, meskipun semua itu dilakukan

dengan penuh perjuangan dan air mata yang semata mata ingin

menjadikan aku menjadi anak yang berakhlak dan bermanfaat

untuk orang lain.

Seluruh Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji syukur bagi Allah SWT atas

limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

penulisan laporan tugas akhir yang berjudul “Analisa Struktur Mikro dan

Tingkat Kekerasan Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan

Penambahan Karbon Arang Tempurung Kelapa Dengan Mesh

40,50,60 “.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini tidak dapat

terselesaikan tanpa adanya bantuan, dukungan dan saran dari berbagai

pihak. Oleh karena itu , penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak dan Ibu tercinta atas segala do’a dan dukungan yang telah

diberikan.

2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Ir. Subroto, M.T. selaku Ketua Jurasan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

4. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.

5. Bapak Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T. selaku dosen

pembimbing tugas akhir yang telah memberikan bimbingan dan

pengarahan dalam proses penelitian dan penyusunan laporan

tugas akhir.

6. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta yang telah memberikan bekal ilmu

pengetahuan selama masa perkuliahan.

7. Hayu Latif Firmansyah rekan seperjuangan dalam menyelesaikan

tugas akhir. Serta teman-teman yang selalu membantu dan

memberikan dorongan maupun nasehat, fakih, sulis, yuswanto,

ix

tetra, sholeh, galang, imin, arya, solmi, irwan, anan, udin, heru,

hadafi.

8. Teman-teman Transfer Teknik Mesin UMS yang tidak bisa

disebutkan satu persatu. Semoga Allah senantiasa memberikan

kita keberkahan dalam setiap amal perbuatan kita.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini mungkin masih memiliki

beberapa kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharap adanya kritik

dan saran demi perbaikan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap

semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca.

Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Surakarta, Januari 2020

Penulis

x

ANALISA STRUKTUR MIKRO DAN TINGKAT KEKERASAN LOGAM

BAJA HASIL HOT ROLLING DENGAN PENAMBAHAN KARBON

ARANG TEMPURUNG KELAPA DENGAN MESH 40,50,60

Abstrak

Analisa struktur mikro dan tingkat kekerasan logam baja hasil hot

rolling dengan penambahan karbon arang tempurung kelapa dengan

mesh 40,50,60 telah diteliti. Parameter hot rolling dan gaya penekanan

dibuat seragam. Parameter yang digunakan yaitu reduksi ketebalan dari 3

mm menjadi 2.85 mm yang dilakukan pada suhu ruangan. Penelitian ini

bertujuan untuk menghasilkan suatu logam baja yang memiliki tingkat

kekerasan yang tinggi. Hot rolling pada penelitian ini menggunakan

material baja dengan dimensi awal 200 x 20 x 3 mm kemudian di rolling

bertahap dengan pencampuran ukuran serbuk karbon yang berbeda

dengan ukuran 40,50,60 mesh. Sifat fisik diketahui berdasarkan dari

pengujian struktur mikro dan sifat mekanik diketahui berdasarkan

pengujian kekerasan vickers.

Hasil penelitian foto mikro menunjukan bahwa setelah dilakukan

pengerolan bentu butirnya lebih pipih, cenderung lebih rapat dan batas

butir menipis, Menipisnya batas butir disebabkan deformasi plastis selama

pengerolan. Pengujian kekerasan menunjukkan bahwa nilai rata-rata

tertinggi terdapat pada baja yang diberi campuran karbon 60 mesh yaitu

sebesar 138,2 VHN. Nilai kekerasan meningkat karena Semakin banyak

presentase berat karbon dan pergerakan dislokasi akan semakin susah

karena tertahan partikel penguat karbon.

Kata kunci : Hot rolling, Baja Karbon, Carburizing, Kekerasan Vickers,

Struktur Mikro

xi

ANALYSIS MICRO STRUCTURE AND THE LEVEL OF VIOLENCE

STEEL METAL RESULTS HOT ROLLING WITH ADDITION CARBON

COCONUT SHELL CHARCOAL WITH MESH 40,50.60

Abstract

Analysis of microstructure and hardness level of hot rolled steel metal

with the addition of coconut shell charcoal carbon with a mesh of 40.50.60

has been investigated. Hot rolling parameters and compressive forces are

made uniform. The parameter used is the reduction in thickness from 3

mm to 2.85 mm which is done at room temperature. This study aims to

produce a steel metal that has a high level of hardness. Hot rolling in this

study used steel material with initial dimensions of 200 x 20 x 3 mm and

then rolled out gradually by mixing different sizes of carbon powder with a

size of 40.50.60 mesh. Physical properties are known based on

microstructure testing and mechanical properties are known based on

vikers hardness testing.

Micro photo research results show that after rolling the shape of the

grain is more flat, tends to be more dense and the grain boundary

thinning, the thinning of the grain boundary caused by plastic deformation

during rolling. Hardness testing shows that the highest average value is

found in steel that is mixed with 60 mesh carbon, which is 138.2 VHN. The

value of violence increases because the more weight percentages of

carbon and the movement of dislocations will be more difficult because it

is held by carbon reinforcement particles.

Keywords: Hot rolling, Carbon Steel, Carburizing, Vickers Hardness,

Micro Structure

xii

DAFTAR ISI

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

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ............................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................................. v

HALAMAN MOTTO .................................................................................. vi

HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................. vii

KATA PENGANTAR .............................................................................. viii

ABSTRAK ................................................................................................ ix

ABSTRACT ................................................................................................ x

DAFTAR ISI ............................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................. xv

DAFTAR TABEL ................................................................................... xvii

DAFTAR RUMUS .................................................................................. xviii

DAFTAR SIMBOL .................................................................................. xix

BAB I PENDAHULUAN

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

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

1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................3

1.4 Batasan Masalah ..................................................................3

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

1.6 Metode Penelitian .................................................................4

1.7 Sistematika Penulisan ...........................................................5

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka ..................................................................8

2.2 Baja ....................................................................................11

2.3 Pengaruh Unsur Paduan Pada Baja ...................................12

2.4 Baja Karbon .........................................................................15

2.4.1 Baja Karbon Rendah...................................................15

xiii

2.4.2 Baja Karbon Sedang ..................................................16

2.4.3 Baja Karbon Tinggi .....................................................16

2.5 Diagram Fasa Fe−𝐹𝑒3C.......................................................16

2.6 Struktur Mikro Baja ...............................................................20

2.6.1 Ferrite .........................................................................20

2.6.2 Pearlite ........................................................................21

2.6.3 Austenite .....................................................................22

2.6.4 Cementite ....................................................................22

2.6.5 Martensite ...................................................................23

2.7 Carburizing ...........................................................................24

2.7.1 Pack Carburizing .........................................................24

2.7.2 Liquid Carburizing .......................................................27

2.7.3 Gas Carburizing ..........................................................27

2.8 Difusi ....................................................................................28

2.9 Mekanisme Difusi .................................................................29

2.9.1 Difusi Vacancy ............................................................29

2.9.2 Difusi Interstisi .............................................................30

2.10 Media Karbon Aktif .............................................................31

2.10.1 Tempurung Kelapa ...................................................32

2.11 Hot Rolling..........................................................................33

2.11.1 Bentuk Ketidaksempurnaan Produk/cacat produk ..39

2.12 Heat Treatment ..................................................................39

2.12.1 Annealing ................................................................40

2.13 Pengujian Kekerasan Vickers ............................................44

2.14 Uji Struktur Mikro ................................................................46

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian ........................................................50

3.2 Bahan Penelitian ..................................................................52

3.3 Alat Penelitian ......................................................................54

3.4 Sampel ................................................................................59

3.5 Lokasi Penelitian ..................................................................60

xiv

3.6 Prosedur Penelitian .............................................................61

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian Komposisi Kimia .................................................70

4.1.1 Pembahasan Uji Komposisi Kimia ............................71

4.2 Pengujian Struktur Mikro......................................................73

4.2.1 Pembahasan Pengujian Struktur Mikro .....................77

4.3 Pengujian Kekerasan ..........................................................79

4.3.1 Pembahasan Pengujian Kekerasan ..........................81

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ..........................................................................83

5.2 Saran ...................................................................................84

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistematika perlakuan panas aluminium .................................8

Gambar 2.2 Diagram Fasa Fe-𝐹𝑒3 ............................................................17

Gambar 2.3 Ilustrasi Struktur Kristal BCC .................................................20

Gambar 2.4 Ilustrasi Struktur Kristal FCC .................................................20

Gambar 2.5 Proses Pack Carburizing.......................................................25

Gambar 2.6 Pemodelan proses difusi secara interstisi dan substitusi ......28

Gambar 2.7 Difusi Vacancy ......................................................................29

Gambar 2.8 Difusi Interstisi .......................................................................30

Gambar 2.9 Hot Rolling ...........................................................................35

Gambar 2.10 Proses pembentukan logam teknologi Rolling ....................36

Gambar 2.11 Proses Cold Rolling ............................................................36

Gambar 2.12 Ilustrasi gambar torsi ...........................................................38

Gambar 2.13 Bentuk cacat produk Rolling ...............................................39

Gambar 2.14 Pengujian Vickers ...............................................................46

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ..........................................................50

Gambar 3.2 Pelat besi baja yang telah dipotong ......................................52

Gambar 3.3 Serbuk arang kelapa .............................................................53

Gambar 3.4 Asam Nitrat (HNO3) sebagai penambah karbon ...................53

Gambar 3.5 Alkohol/Etanol (C2H5OH) sebagai etsa permukaan baja .......54

Gambar 3.6 Mesin Roll .............................................................................54

Gambar 3.7 Mesin Furnace ......................................................................55

Gambar 3.8 Vickers Hardness (Lab Material Atw) ....................................55

Gambar 3.9 Alat uji foto mikro (Lab Material Ums) ...................................56

Gambar 3.10 Alat uji komposisi (Polman Ceper) ......................................56

Gambar 3.11 Penggaris dan spidol ..........................................................57

Gambar 3.12 Alat potong/gerinda .............................................................57

Gambar 3.13 Sarung tangan latex ............................................................58

Gambar 3.14 Amplas ................................................................................58

Gambar 3.15 Autosol ...............................................................................59

xvi

Gambar 3.16 Spesimen pengujian foto mikro ...........................................59

Gambar 3.17 Spesimen pengujian komposisi setelah hot rolling .............60

Gambar 3.18 Spesimen pengujian kekerasan ..........................................60

Gambar 3.19 Proses pemotongan spesimen ............................................62

Gambar 3.20 Hasil pemotongan spesimen ...............................................63

Gambar 3.21 Proses pemanasan spesimen .............................................63

Gambar 3.22 Proses Carburizing .............................................................64

Gambar 3.23 Proses pengerolan ..............................................................66

Gambar 4.1 Hasil pengujian mikrografi sebelum proses hot rolling ..........73

Gambar 4.2 Hasil pengujian mikrografi sesudah hot rolling dengan

penambahan karbon arang tempurung kelapa dengan 40

mesh/420 µm ........................................................................74

Gambar 4.3 Hasil pengujian mikrografi sesudah hot rolling dengan

penambahan karbong arang tempurung kelapa dengan 50

mesh/297 µm ........................................................................74

Gambar 4.4 Hasil pengujian mikrografi sesudah hot rolling dengan

penambahan karbong arang tempurung kelapa dengan 60

mesh/250 µm ........................................................................75

Gambar 4.5 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sebelum hot

rolling ....................................................................................75

Gambar 4.6 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sesudah hot

rolling dan penambahan karbon arang tempurung kelapa

dengan 40 mesh/420 µm ......................................................76

Gambar 4.7 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sesudah hot

rolling dan penambahan karbon arang tempurung kelapa

dengan 50 mesh/297 µm ......................................................76

Gambar 4.8 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sesudah hot

rolling dan penambahan karbon arang tempurung kelapa

dengan 60 mesh/250 µm ......................................................76

Gambar 4.9 Grafik hasil pengujian kekerasan Hardness Vickers sebelum

dan sesudah proses hot rolling ............................................81

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi kimia tempurung kelapa ..........................................33

Tabel 4.1 Hasil uji komposisi Raw material ...............................................70

Tabel 4.2 Hasil uji komposisi material Setelah proses Rolling ..................71

Tabel 4.3 Hasil uji kekerasan sebelum dan sesudah Hot Rolling ............80

xviii

DAFTAR RUMUS

Rumus 2.1 Rumus pengurangan ketebalan ..............................................36

Rumus 2.2 Rumus jumlah pengurangan ketebalan ..................................37

Rumus 2.3 Rumus reduksi ketebalan .......................................................37

Rumus 2.4 Rumus torsi ............................................................................38

Rumus 2.5 Rumus gaya penekanan .........................................................38

Rumus 2.6 Rumus kekerasan vickers.......................................................45

xix

DAFTAR SIMBOL

D2 : tebal benda kerja setelah rolling (mm)

D1 : tebal benda kerja sebelum rolling (mm)

h0 : Tebal awal (mm)

h1 : Ketebalan Akhir (mm)

L0 : Lebar sebelum masuk roll (mm)

L1 : Lebar setelah keluar roll (mm)

V0 : Kecepatan sebelum masuk roll (m/s)

V1 : Kecepatan setelah keluar roll (m/s)

t0 : Tebal awal (mm)

t1 : Tebal setelah keluar roll (mm)

Lp : Jarak antara xx dan yy (mm)

d : Jumlah pengurangan ketebalan (mm)

r : Reduksi (mm)

P : Beban yang digunakan (kg)

d : Panjang diagonal rata- rata (mm)

Ɵ : Sudut antara permukaan intan yang berhadapan = 136°

F : Gaya tekan (N)

A : Luas bidang tekanan (m²)

r : Jarak (m)

P : Tekanan (N/m²)

T : Torsi (Kg/m)