Hasrati.docx

PROSES DIFUSI KARBON PADA PERMUKAAN LOGAM

Oleh :

HASRATI 1308102010052

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SYIAH KUALA DARUSSALAM, BANDA ACEH DESEMBER, 2013

1

DAFTAR ISI BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ............................................................................................1 1.2. Perumusan Masalah ....................................................................................1

BAB II PEMBAHASAN 2.1. Proses Karburizing ......................................................................................2 2.2. Difusi atom pada Logam .............................................................................2 2.3. Proses Difusi Karbon Pada Logam .............................................................3

BAB III PENUTUP 4.1. Kesimpulan .................................................................................................8

2

BAB I PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang Baja karbon rendah merupakan salah satu material yang banyak digunakan

untuk kontruksi-kontruksi umum. Penggunaan baja karbon sangat menguntungkan karena mempunyai kekuatan yang cukup tinggi, juga dapat diproses untuk mendapatkan bentuk-bentuk tertentu dengan cara proses pemesinan atau pengecoran. Sebelum baja tersebut dimanfaatkan perlu adanya penyempurnaan sifat-sifat mekanik guna menghindari kegagalan dalam penggunaannya. Sifat mekanis merupakan salah satu karakteristik terpenting dalam pemilihan baja yang direkayasa supaya tepat guna sesuai kebutuhan dan fungsinya. Hal ini pada umumnya cukup memodifikasi permukaannya saja. Penerapan konsep penetrasi atom karbon ke dalam permukaan baja dapat dilakukan dengan pendisfusian. Proses difusi unsur karbon pada permukaan logam untuk meningkatkan sifat fisis dan mekanisnya disebut karburasi. Proses karburasi ini biasaya dilakukan pada baja karbon rendah yang mempunyai sifat lunak dan keuletan tinggi. Mengerasnya permukaan dengan menggunakan cara karburasi adalah cara pengerasan yang paling tua dan ekonomis karena pada proses pengerasan ini hanya merubah komposisi kimia dari baja karbon tersebut. Distribusi kedalam penetrasi karbon sangat dipengaruhi oleh beberapa factor, seperti : kadar karbon, temperature karburasi, waktu karburasi dan media karburasi.

1.2.

Perumusan Masalah Kemampuan proses karburasi akan menghasilkan kekerasan maksimum

biasanya dinyatakan oleh kedalaman penetrasi karbon yang sekaligus juga mengindikasikan kekerasan. Adapun inti dari masalah ini adalah upaya untuk mendapatkan pemahaman proses pendifusian unsure karbon ke dalam permukaan logam.

3

BAB II PEMBAHASAN

2.1.

Proses Karburizing Compound carburizing yang serupa serbuk arang selama pemanasan,

udara yang terperangkap dalam kotak akan bereaksi dengan arang menjadi CO, dengan reaksi: 2C + O2----- 2CO 2CO ------ CO2 + Cat Cara ini merupakan atom karbon aktif yang berdifusi ke dalam baja (suherman,1998).

2.2.

Difusi atom pada Logam Difusi adalah proses pemindahan atom secara individu dalam material,

dalam keadaan padat, cair atau gas yang merupakan konsekuensi yang terjadi pada baja atau logam lain jika dipanaskan hingga suhu tertentu. Sebab dengan panas tersebut akan memberikan energy aktivitas pada atom untuk berdifusi. Suatu studi matematika tentang difusi oleh Einstein digambarkan tentang jarak rata-rata atom berdifusi = √2𝐷𝑡. Dimana D adalah koefisien difusi dalam (cm2/dt) dan t adalah waktu difusi dalam detik. X = √2𝐷𝑡. ………………. (1) Jika mengambil √2𝐷𝑡 = k maka x = k√𝑡, persamaan ini adalah dasar untuk terjadinya proses difusi. Hukum difusi Difusi akan terjadi jika terdapat perbedaan konsentrasi. Dalam hal ini dibutuhkan gaya gerak untuk perpindahan atom. Gaya gerak ini sangat dipengaruhi energy aktivitasi yang dimiliki atom. Dasar persamaan ini dikemukakan oleh hokum pertama fick (thelning,1984) : 𝑑𝑐

𝐽 = −𝐷 𝑑𝑥 …………………… (2) Dengan

4

J=

jumlah subtansi (bahan) yang akan diproses tiap unit waktu yang mampu menembus luas daerah tertentu yang dibatasi sumbu normal dengan sumbu x (gr/cm2.det)

D=

jumlah atom yang berdifusi dalam satu satuan waktu melalui satu satuan luas penampang sepanjang satu satuan gradient konsentrasi dan disebut koefisien difusi (cm2/det)

C=

konsentrasi media difusi (gr/cm3)

X=

jarak perpindahan (cm)

2.3.

Proses Difusi Karbon Pada Logam

A.

Penambahan karbon atau karburasi

Ada 3 cara penambahan karbon kedalam permukaan logam 1. Menggunakan medium padat atau Pack carburizing. 2. Menggunakan medium cair atau Liquid carburizing. 3. Menggunakan medium gas atau Gas carburizing

1. Medium padat atau Pack carburizing Komponen yang akan dikarburisasi ditempatkan dalam kotak yang berisi media penambah unsur karbon atau mediaKarburasi.

Dipanaskan pada suhu austenisasi (842–953 0C). Akibat pemanasan ini, media karburasi akan teroksidasi menghasilkan gas CO2 dan CO. Gas CO akan

5

bereaksi dengan permukaan baja membentuk atom Karbon yang kemudian berdifusi ke dalam baja.

2.

Medium cair atau Liquid carburizing Pada

karburasi

yang

menggunakan

medium

cair

atau

Liquid

Carburizing biasanya pemanasan benda kerja menggunakan garam cair (salt bath) .

Garam cair terdiri dari campuran sodium cyanide (NaCN) atau potasium cyanide (KCN) yang berfungsi sebagai karburasi agent yang aktif. Dengan natrium carbonat (NaCO3) yang berfungsi sebagai energizer dan penurun titik cair garam. Dalam praktek, NaCN lebih banyak digunakan karena relaitif lebih murah, lebih banyak menagndung karbon dan titik cair relatif lebih rendah (500°C).

6

3. Medium gas atau Gas carburizing

Setelah permukaan material sudah mengandung cukup karbon, proses dilanjutkan dengan pengerasan yaitu dengan pendinginan (Quenching) untuk mendapatkan kekerasan yang tinggi.

B.

Pendinginan (Quenching) Setelah permukaan material sudah mengandung cukup karbon, proses

dilanjutkan dengan pengerasan yaitu dengan pendinginan (Quenching) untuk mendapatkan kekerasan yang tinggi. Proses pengerasan (quenching) dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu : 1.

Pendinginan langsung (Direct Quenching)

2.

Pendinginan tunggal (Single Quenching)

3.

Double Quenching

1.

Pendinginan langsung (Direct Quenching)

7

Pendinginan secara langsung dari media karburasi Efek yang timbul adalah kemungkinan adanya pengelupasan pada benda kerja Pada pendinginan langsung ini diperoleh permukaan benda kerja yang getas.

2.

Pendinginan Tunggal (Single Quenching)

Single Quenching merupakan pendinginan dari benda kerja setelah benda kerja tersebut di karburasi dan telah didinginkan pada suhu kamar. Tujuan dari metode ini adalah untuk memperbaiki difusisitas dari atom ± atom karbon, dan agar gradien komposisi lebih halus.

3.

Double Quenching

8

Double Quenching adalah proses pendinginan atau pengerasan pada benda kerja yang telah di karburasi dan didinginkan pada temperatur kamar kemudian dipanaskan lagi diluar kotak karbon pada temperatur kamar lalu dipanaskan kembali pada temperatur austenit dan baru didinginkan cepat. Tujuan dari metode ini untuk mendapatkan butir struktur yang lebih halus

9

BAB III PENUTUP

3.1. Kesimpulan 1.

Difusi adalah proses pemindahan atom secara individu dalam material, dalam keadaan padat, cair atau gas yang merupakan konsekuensi yang terjadi pada baja atau logam lain jika dipanaskan hingga suhu tertentu. Sebab dengan panas tersebut akan memberikan energy aktivitas pada atom untuk berdifusi.

2.

Ada 3 cara penambahan karbon kedalam permukaan logam yaitu : Menggunakan medium padat atau Pack carburizing, Menggunakan medium cair atau Liquid carburizing, Menggunakan medium gas atau Gas carburizing

3.

Pengerasan (quenching) dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu : Pendinginan langsung (Direct Quenching), Pendinginan tunggal (Single Quenching), Double Quenching

10