TEKNIKA
Volume 10 Nomor 2 Oktober 2025 pp 1 Ae 10 DOI: https://doi.
org/10.
52561/teknika.
Url: https://jurnal.
id/index.
php/jte/article/view/601 E-ISSN : 2337-3148
P-ISSN : 1693-6329
PENGARUH KOMPOSISI CANGKANG KEMIRI - BARIUM
KARBONAT PADA BAJA KARBON RENDAH
MENGGUNAKAN METODE PACK CARBURIZING
Febrian Titok1.
Agung Supriyanto2*.
Edi Sarwono2.
Nugroho Tri Atmoko3 Program Studi S1 Teknik Mesin.
Sekolah Tinggi Teknologi AuWargaAy Surakarta.
Sukoharjo.
Indonesia Program Studi D3 Teknik Mesin.
Sekolah Tinggi Teknologi AuWargaAy Surakarta.
Sukoharjo.
Indonesia Jurusan Rekayasa Mesin dan Industri Pertanian.
Politeknik Negeri Cilacap.
Cilacap.
Indonesia *Email: agungtm@sttw.
ABSTRAK
Proses pack carburizing merupakan metode perlakuan panas pada logam dengan cara memanaskan material hingga mencapai fasa austenit, bertujuan untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanisnya.
Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji pengaruh variasi komposisi campuran karbon terhadap kekerasan dan struktur mikro baja.
Pemanasan dilakukan menggunakan furnace pada suhu 930AC selama 4 jam.
Karakterisasi dilakukan melalui Scanning Electron Microscopy Ae Energy Dispersive X-ray (SEMAeEDX), uji kekerasan Vickers sesuai standar ASTM E92, serta uji keausan menggunakan metode Oghosi.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan pack carburizing berhasil meningkatkan kekerasan material hingga 129,72 HV, atau sekitar 30,8% lebih tinggi dibandingkan spesimen tanpa perlakuan.
Uji keausan spesifik menunjukkan tren yang berbanding lurus dengan kekerasan, di mana spesimen dengan kekerasan tertinggi memiliki ketahanan aus terbaik.
Komposisi karbon sebesar 70% menghasilkan tingkat keausan paling rendah, yaitu 0,58380 mmA/kgAm.
Dengan demikian, proses pack carburizing terbukti efektif dalam meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus baja mild steel, dengan komposisi karbon 70% memberikan hasil paling optimal.
Kata kunci: baja karbon rendah.
SEM-EDX.
ABSTRACT
The pack carburizing process is a heat treatment method applied to metals by heating the material until it reaches the austenite phase to enhance its physical and mechanical properties.
This study aims to examine the effect of varying carbon mixture compositions on the hardness and microstructure of steel.
The heating process was carried out using a furnace at 930AC for 4 hours.
Characterization was conducted through Scanning Electron Microscopy Ae Energy Dispersive X-ray (SEMAeEDX).
Vickers hardness testing according to ASTM E92 standards, and wear testing using the Oghosi method.
The results show that the pack carburizing treatment successfully increased the materialAos hardness up to 129.
72 HV, approximately 30.
8% higher than the untreated specimen.
The specific wear test directly correlated with hardness, where specimens with higher hardness demonstrated superior wear resistance.
A carbon composition of 70% produced the lowest wear rate, measured at 0.
58380 mmA/kgAm.
Therefore, the pack carburizing process improved mild steelAos hardness and wear resistance, with a 70% carbon composition providing the most optimal results.
Keywords: mild steel.
SEM-EDX.
PENDAHULUAN
Dalam era industri modern, peningkatan kualitas fisik dan mekanis baja karbon rendah menjadi kebutuhan penting untuk memenuhi tuntutan berbagai aplikasi teknik, seperti komponen otomotif, konstruksi, dan permesinan.
Baja karbon rendah memiliki sifat ulet dan mudah dibentuk, namun kekerasan dan ketahanan ausnya relatif rendah.
Salah satu JTe (Teknik.
: 10 .
, pp 1-10 A Saputra.
Febrian, et.
al, 2025 metode yang efektif untuk meningkatkan sifat permukaan baja adalah melalui proses pack carburizing, yaitu perlakuan panas yang menambahkan karbon ke permukaan baja sehingga terjadi difusi atom karbon ke dalam material.
Proses ini terbukti mampu meningkatkan kekerasan .
, ketahanan aus .
, ketahanan terhadap kelelahan .
, dan ketahanan terhadap retak .
Pack carburizing menjadi pilihan populer karena prosesnya relatif sederhana dan tidak memerlukan peralatan khusus seperti metode carburizing lainnya.
Proses ini melibatkan pemanasan baja hingga mencapai fasa austenit, dimana atom karbon mulai berdifusi ke dalam struktur kristal.
Selama pendinginan cepat, terbentuklah martensit yang keras .
, sementara pendinginan lambat dapat menghasilkan perlit .
Media karbon padat yang digunakan biasanya berupa arang, dikombinasikan dengan energizer seperti barium karbonat (BaCOCE), natrium karbonat (NaCOCE), atau kalsium karbonat (CaCOCE) .
, yang berfungsi mempercepat pelepasan karbon aktif ke permukaan baja.
Proses difusi karbon berlangsung pada suhu antara 850AC hingga 1000AC .
, dan menghasilkan perubahan signifikan pada struktur mikro baja.
Penyerapan karbon menyebabkan terbentuknya larutan padat, presipitasi, dan transformasi fasa yang meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus.
Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa pack carburizing mampu meningkatkan kekerasan hingga 31 HRC dan kekuatan impak sebesar 105% pada baja ST41 .
Selain itu, penggunaan sumber karbon alternatif seperti cangkang kemiri menunjukkan potensi besar karena kandungan karbonnya yang tinggi, yaitu 76,31% .
, serta ketersediaannya yang melimpah dan ramah lingkungan.
Meski demikian, terdapat sejumlah variabel yang mempengaruhi hasil akhir dari proses pack carburizing, seperti suhu, waktu penahanan .
olding tim.
, dan komposisi media karbon .
Penelitian yang ada masih terbatas dalam mengkaji secara sistematis pengaruh komposisi karbon terhadap sifat mekanik baja, khususnya pada baja mild steel.
Oleh karena itu, diperlukan studi yang lebih mendalam untuk memahami bagaimana variasi komposisi karbon dalam media carburizing mempengaruhi kekerasan dan struktur mikro baja secara simultan.
Peningkatan komposisi karbon dalam media carburizing akan meningkatkan kekerasan permukaan baja dan ketahanan ausnya.
Namun, terdapat kemungkinan bahwa komposisi karbon yang terlalu tinggi dapat menyebabkan struktur mikro yang rapuh atau tidak seragam, sehingga menurunkan performa material.
Oleh karena itu, identifikasi komposisi karbon yang optimal menjadi fokus utama dalam penelitian ini, dengan pendekatan eksperimental yang menggabungkan karakterisasi mikrostruktur dan pengujian Kebaruan dari penelitian ini terletak pada penggunaan cangkang kemiri yang diolah menjadi nanopartikel sebagai sumber karbon dalam proses pack carburizing.
Pendekatan ini diharapkan dapat meningkatkan efisiensi difusi karbon melalui konversi karbon padat menjadi gas aktif selama pemanasan.
Penelitian ini juga menggabungkan analisis kekerasan, struktur mikro menggunakan SEMAeEDX, dan pengujian keausan dengan metode Oghosi, sehingga memberikan kontribusi ilmiah dan praktis dalam pengembangan teknologi perlakuan panas baja mild steel yang lebih ramah lingkungan dan ekonomis.
METODE
Preparasi Spesimen Spesimen yang digunakan merupakan baja dengan kandungan karbon rendah.
Preparasi dimulai dengan memotong spesimen dengan ukuran 15mm persegi dan dilakukan proses pengamplasan menggunakan tingkat kekasaran 280, 500, 800, 1000, 1500, dan 2000 secara berurutan.
Proses pengamplasan dilakukan dengan tujuan agar spesimen rata dan halus sehingga dapat memaksimalkan proses difusi karbon.
JTe (Teknik.
: 10 .
, pp 1-10 A Saputra.
Febrian, et.
al, 2025 Mild steel, atau dikenal sebagai baja karbon rendah merupakan salah satu jenis baja yang paling banyak digunakan dalam berbagai sektor industri.
Baja ini mengandung karbon dalam jumlah kurang dari 0,3% menjadikannya tidak tergolong sebagai baja keras, melainkan sebagai material dengan karakteristik lunak, mudah dibentuk, dan mampu dilas dengan baik .
Kandungan karbon yang rendah membuatnya sangat cocok untuk aplikasi yang membutuhkan kelenturan dan kemudahan dalam pengerjaan, tetapi tidak untuk kebutuhan kekuatan tinggi atau ketahanan aus yang ekstrem.
Komposisi kandungan baja ditunjukan pada Tabel 1.
Tabel 1.
Komposisi spesimen baja karbon rendah <0.
<0.
<0.
Proses Pack Carburizing Karburasi .
dilakukan dengan menggunakan media karbon dari campuran cangkang kemiri dan barium carbonat dengan variasi komposisi 90:10%, 80:20%, 70: 30%, dan 60:40% dengan kode (B90%.
B80%.
B70%, dan B60%) dari perhitungan 1:1 dengan berat spesimen.
Cawan cruzible digunakan sebagai tempat pelapisan logam baja dengan karbon, yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Suhu yang digunakan pada tungku furnace pada fase austenit yakni 930AC dengan holding time selama 4 jam, untuk menghasilkan proses difusi atom dengan maksimal.
Gambar 1.
Spesimen dalam tungku.
Spesimen dalam cawan crucible Pengujian SEM-EDX Untuk mengoptimalkan proses pack carburizing menggunakan serbuk karbon dari cangkang kemiri, penting untuk memahami secara mendalam morfologi penampang melintang dan komposisi dari spesimen.
Menggunakan alat Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX).
SEM memungkinkan visualisasi secara detail struktur, bentuk, dan porositas partikel serbuk, yang krusial untuk memahami interaksi dan difusi karbon.
Sementara itu.
EDX mengidentifikasi dan mengukur kandungan unsur seperti karbon secara mendeteksi pengotor atau potensi energizer alami.
JTe (Teknik.
: 10 .
, pp 1-10 A Saputra.
Febrian, et.
al, 2025 Pengujian Vickers Pengujian kekerasan menggunakan micro hardness vickers sesuai dengan ASTM E92, bertujuan untuk menguji tingkat kekerasan spesimen baja, mulai dari non-treatment dan sesudah dilakukan treatment pack carburizing.
Beban indentor yang digunakan adalah 9,8N dengan waktu indentasi selama 15 detik.
Pengujian data dilakukan sebanyak 5 kali.
Nilai kekerasan Vickers (HV) dihitung dengan membagi beban yang diterapkan dengan luas permukaan jejak yang dihasilkan.
Luas permukaan jejak ini kemudian ditentukan berdasarkan pengukuran mikroskopis panjang diagonal jejak yang terbentuk.
Perhitungan nilai HV dapat dilakukan dengan rumus Persamaan 1.
HV =
Keterangan:
: nilai kekerasan Vickers (HV) : gaya penekanan .
: rata-rata panjang diagonal .
Pengujian Keausan Pengujian keausan adalah tahapan krusial untuk mengevaluasi efektivitas proses pack carburizing yang memanfaatkan serbuk karbon cangkang kemiri dalam meningkatkan ketahanan aus.
Proses pengujian keausan menggunakan metode oghosi dimana benda uji memperoleh gaya gesek dengan beban 6,36 kg dengan jarak tempuh 30 m.
Pengujian ini dilakukan pada spesimen sebelum dan sesudah proses pack carburizing.
Keausan spesifik dihitung dengan Persamaan 2.
Ws = B yca# 3 8 r ycE# ya# .
Keterangan:
: keausan spesifik .
m2/k.
: lebar piringan pengaus .
: lebar keausan spesimen .
: jari Ae jari piringan pengaus .
: gaya tekan pada proses keausan .
: jarak tempuh pada proses pengausan .
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi SEM Ae EDX Gambar 2 menunjukkan morfologi penampang melintang dari spesimen B70% setelah pack carburizing.
Lapisan karbon menunjukkan adhesi yang kuat terhadap spesimen baja mild steel, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 yang memperlihatkan pembentukan struktur lapisan yang jelas terdefinisi pada sampel B70% setelah pack JTe (Teknik.
: 10 .
, pp 1-10 A Saputra.
Febrian, et.
al, 2025 Gambar 2.
Hasil pengujian SEM penampang melintang pada spesimen B 70% Gambar 3 menunjukkan hasil EDX penampang melintang pada spesimen B70%.
Pada spesimen B70% berhasil terbentuk lapisan C, dan O.
Tabel 2 menyajikan hasil komposisi pada penampang melintang spesimen B70%.
Spesimen baja tanpa perlakuan memiliki jumlah karbon di angka 0,032% dan Fe 99,31%, sedangkan spesimen yang sudah dilakukan proses pack carburizing memiliki komposisi karbon mencapai 22,862% dan Fe di angka 37,033% serta Oxygen 40,105%.
Gambar 3.
EDX penampang melintang pada spesimen B 70% Tabel 2.
Hasil EDX penampang melintang spesimen B 70% Element
Element
Carbon
Oxygen
Iron
Atomic
22,862
40,105
37,033
Weight
9,200
21,500
69,300
Oxygen terbentuk karena adanya proses pendinginan yang menyebabkan masuk ke dalam spesimen baja serta dekomposisi senyawa ini dapat menghasilkan gas Ae gas yang mengandung unsur O2 yang mampu bereaksi dengan karbon .
Proses difusi yang terjadi pada karbon cangkang kemiri berhasil masuk kedalam lapisan permukaan spesimen baja dalam pembentukan fasa martensit.
Sifat Mekanik Gambar 4 merupakan hasil dari pengujian kekerasan yang dilakukan pada spesimen sebelum dan sesudah proses pack carburizing dengan variasi komposisi karbon cangkang Dimana, hasil kekerasan sebelum dilakukan proses pack carburizing menghasilkan nilai kekerasan 99,18 HV.
Tingkat kekerasan spesimen baja tersebut meningkat setelah JTe (Teknik.
: 10 .
, pp 1-10 A Saputra.
Febrian, et.
al, 2025 dilakukannya proses pack carburizing.
Komposisi karbon 90% dimana spesimen baja memiliki rata Ae rata dengan nilai 118,32 HV.
Kekerasan spesimen tertinggi didapat ketika spesimen baja yang dilakukan proses karburasi menggunakan komposisi karbon 70% yang dimana kekerasan mencapai rata Ae rata 129,72 HV.
Nilai Kekerasan (HV) B 90% B 80% B 70% B 60% RAW Gambar 4.
Kekerasan sebelum dan setelah pack carburizing dengan perbandingan cangkang kemiri dan BaCO3 Struktur material yang dilakukan proses pack carburizing menggunakan energizer yang lebih tinggi memperoleh hasil kekerasan yang lebih baik .
Kekerasan yang dilakukan dengan komposisi karbon 80% cenderung lebih rendah apabila dibandingkan dengan komposisi yang lainnya.
Hal tersebut memungkinkan karena kurangnya maksimal proses difusi atom bila dibandingkan dengan komposisi karbon 70%.
Ketahanan Aus Gambar 5 menunjukan hasil dari pengujian keausan pada spesimen sebelum dan sesudah proses pack carburizing.
Hasil pengamatan menunjukkan bahwa spesimen baja yang tidak mengalami perlakuan pack carburizing menunjukkan dominasi mekanisme keausan abrasif.
Hal ini ditandai dengan permukaan yang kasar dan adanya alur keausan yang lebar, sebagaimana terlihat pada Gambar 5.
Keausan abrasif terjadi ketika partikel keras atau permukaan kasar bergesekan dengan permukaan yang lebih lunak, menyebabkan pengikisan material secara mekanis melalui proses gesekan .
Sebaliknya, spesimen yang telah diberi perlakuan pack carburizing menunjukkan pola keausan yang berbeda.
Gambar 5.
Ae.
memperlihatkan jalur keausan yang lebih sempit dan teratur, menandakan peningkatan ketahanan terhadap keausan.
Spesimen dengan komposisi karbon 70%, seperti yang ditampilkan pada Gambar 5.
, menunjukkan performa terbaik dalam hal ketahanan aus.
Permukaan spesimen ini tampak lebih halus dan tidak menunjukkan adanya serpihan logam, yang mengindikasikan dominasi mekanisme keausan adhesif.
JTe (Teknik.
: 10 .
, pp 1-10 A Saputra.
Febrian, et.
al, 2025 Gambar 5.
Hasil goresan keausan sebelum dan setelah pack carburizing dengan perbandingan cangkang kemiri dan BaCO3: .
RAW, .
90%, .
80%, .
70%, dan .
60% Keausan adhesif terjadi ketika dua permukaan logam saling bersentuhan dan mengalami ikatan mikro akibat panas gesekan, yang kemudian menyebabkan transfer material dari satu permukaan ke permukaan lainnya .
Ketidakhadiran serpihan logam pada spesimen yang telah diberi perlakuan menunjukkan bahwa penambahan karbon melalui pack carburizing berhasil mengurangi keausan dengan mencegah terjadinya transfer material antar permukaan kontak.
Penambahan karbon dalam proses pack carburizing berperan penting dalam membentuk lapisan permukaan yang keras dan homogen, yang mampu menahan deformasi plastis dan mengurangi interaksi langsung antar asperitas permukaan .
Studi oleh Raza et al.
, menunjukkan bahwa penggunaan karbon nanopartikel dalam media carburizing dapat meningkatkan kekerasan hingga 275 HV hanya dalam waktu 3 jam, yang secara signifikan memperbaiki ketahanan aus baja karbon rendah.
Selain itu, penelitian oleh Darmo et al.
, juga mengonfirmasi bahwa perlakuan pack carburizing yang diikuti dengan pendinginan menggunakan media yang sesuai dapat meningkatkan ketahanan aus secara signifikan.
Dalam pengujian keausan adhesif, spesimen yang telah diberi perlakuan menunjukkan penurunan volume keausan dibandingkan dengan spesimen tanpa perlakuan.
Secara keseluruhan, hasil ini menegaskan bahwa pack carburizing dengan komposisi karbon yang tepat, seperti B70%, mampu mengubah mekanisme keausan dari abrasif menjadi adhesif, yang lebih menguntungkan dalam aplikasi teknik.
Hal ini menunjukkan bahwa modifikasi struktur mikro melalui difusi karbon tidak hanya meningkatkan kekerasan, tetapi juga mengoptimalkan ketahanan aus permukaan baja.
Gambar 6 menunjukkan laju keausan spesimen sebelum dan sesudah proses pack Hasil menunjukkan bahwa spesimen B90% .
,63 y 10A4 mmA/k.
dan B80% .
,85 y 10A4 mmA/k.
memiliki laju keausan yang lebih tinggi dibandingkan dengan spesimen tanpa perlakuan.
JTe (Teknik.
: 10 .
, pp 1-10 A Saputra.
Febrian, et.
al, 2025 Nilai Keausan .
-4 .
mm3/k.
B 70% B 60% RAW
B 90%
B 80%
Gambar 6.
Hasil keausan sebelum dan setelah pack carburizing dengan perbandingan cangkang kemiri dan BaCO3 Nilai keausan terkecil diperoleh pada variasi karbon 70% .
,58 y 10A4 mmA/k.
dan 60% .
,58 y 10A4 mmA/k.
Hal ini sejalan dengan penelitian peningkatan yang dikaitkan dengan distribusi kekerasan yang lebih baik di seluruh sistem pelapisan .
KESIMPULAN
Proses pack carburizing pada spesimen baja mild steel secara signifikan meningkatkan sifat mekanik material.
Peningkatan kekerasan terjadi akibat difusi atom karbon ke dalam permukaan baja selama perlakuan panas, yang menghasilkan lapisan permukaan yang lebih keras dan tahan terhadap deformasi.
Spesimen dengan komposisi campuran karbon sebesar 70:30% (B70%) menunjukkan performa terbaik, dengan nilai kekerasan mencapai 129,72 HV.
Selain itu, spesimen ini juga menunjukkan ketahanan aus yang superior, dengan rata-rata volume keausan sebesar 0,58 y 10AA mmA/kg.
Hal ini menunjukkan bahwa komposisi karbon yang optimal mampu meminimalkan keausan melalui pembentukan struktur mikro yang lebih stabil dan homogen.
Secara keseluruhan, penggunaan campuran cangkang kemiri dan barium karbonat sebagai media carburizing terbukti efektif dalam meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus baja karbon rendah.
Penelitian ini memberikan kontribusi terhadap pengembangan teknologi perlakuan panas yang lebih efisien dan ramah lingkungan, serta membuka peluang pemanfaatan limbah biomassa sebagai sumber karbon alternatif dalam industri manufaktur.
DAFTAR PUSTAKA