ANALISA KEKERASAN PADA PISAU BERBAHAN BAJA KARBON MENENGAH HASIL PROSES HARDENING DENGAN MEDIA PENDINGIN YANG BERBEDA

BAB I

PENDAHULUAN

            1.1              Latar Belakang

Di masa kini industri pembuatan pisau pemotong berkembang cukup pesat, hal ini disebabkan oleh beberapa aspek yang mendukungnya terutama teknologi proses dan teknologi material. Peningkatan mutu produk pisau pemotong dihasilkan dengan cara memperbaiki sifat-sifat fisik dan mekanik dari bahan pisau tersebut. Proses perlakuan panas yang tepat pada logam sangatlah bermanfaat untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan pisau pemotong. Di samping pembuatan pisau pemotong secara modern melalui industri-industri besar, juga terdapat pembuatan pisau pemotong secara tradisional melalui industri rumahan pande besi. Dalam membuat alat-alat yang dipesan konsumen, industri rumahan pande besi menggunakan peralatan yang sederhana. Pengetahuan yang digunakan dalam pembuatan peralatan berdasarkan ilmu yang didapat secara turun temurun. Dalam proses pembuatan peralatan, industri JURNAL TEKNIK MESIN, TAHUN 23, NO. 1, APRIL 2015 29 rumahan pandai besi menggunakan cara pengerasan hardening dengan pendinginan benda kerja yang selalu menggunakan air sebagai media pendingin.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1       Metode Penelitian

            Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen. Untuk menganalisa nilai kekerasan pada pisau berbahan baja karbon menengah hasil proses tempa (hardening) dengan media pendingin yang berbeda. Material yang digunakan pada pembuatan pisau adalah baja per daun truk bekas yaitu baja yang mempunyai kemampuan pegas tinggi. Untuk baja jenis ini mempunyai kandungan karbon sekitar 0,50% sampai 0,65% termasuk jenis baja 5160. Baja dari per daun tersebut setelah dilakukan uji komposisi menggunakan SEMEDAX menunjukkan kandungan karbon sebesar 7,52%wt atau sama dengan 0,62%C berarti termasuk baja karbon menengah, dengan paduan Cr (Kromium) dengan kadar 1,09%wt yang menunjukkan baja paduan rendah (Low Alloy Steel). Baja paduan rendah merupakan baja paduan yang elemen paduannya kurang dari 2,5%wt misalnya unsur Cr, Mn, Ni, P dan lain-lain. Spesimen untuk penelitian dibuat berbentuk pisau. Jumlah spesimen yang digunakan yaitu 4 spesimen yang didinginkan dengan 4 variasi media pendingin (air sumur, larutan garam, oli, udara) dengan uji 5 titik pada setiap specimen.

Tempat yang digunakan untuk penelitian adalah: 1) Proses pembuatan pisau di bengkel pande besi; 2) Pengujian kekerasan Micro Vickers dilaksanakan di Jurusan Teknik Mesin Universitas Brawijaya Malang. Tahapan penelitian yaitu pembentukan spesimen, proses penempaan (hardening), pendinginan dengan air, garam, oli, udara dan dilanjutkan dengan pengujian kekerasan spesimen. Baja per daun bekas yang merupakan baja karbon menengah dipanaskan kemudian dipotong dengan pemotong baja lalu dibentuk menjadi model awal pisau. Proses penempaan (hardening), pada tahap ini model awal pisau mulai ditempa menjadi bentuk pisau yang sudah jadi. Selanjutnya pisau yang telah mengalami proses tempa dicelupkan ke media pendingin air sumur, air yang ditambahkan garam 10% dan oli. Dan juga ada pisau hasil tempa yang didinginkan dengan udara. Setelah proses pendinginan, kemudian dilakukan pengujian kekerasan terhadap spesimen Data yang didapat kemudian dianalisis untuk mendapatkan kesimpulan dari penelitian ini. Pengujian kekerasan bertujuan untuk mengetahui sejauh mana tingkat kekerasan baja ini akibat proses tempa (hardening). Setelah spesimen selesai diproses, dibersihkan kemudian dilakukan pengujian kekerasan pada masing-masing spesimen dengan menggunakan Vickers Hardness Tester, dengan beban 100kg. Alat pengujian ini dapat memberikan hasil berupa kekerasan yang kontinu untuk suatu bahan tertentu dan digunakan pada logam yang sangat lunak yaitu 5 HV hingga logam yang sangat keras dengan 1500 HV tanpa perlu mengganti gaya tekan. Rumus mencari kekerasan Vickers (HV) HV = 1,854 2 L P (Surdia, Tata. 1985) dengan : HV = kekerasan Vickers P = gaya tekan L = diagonal tapak.

2.2       Pembahasan

Pengukuran Vickers dengan penekanan intan berbentuk piramida lurus dengan alas bujur sangkar dan sudut puncak 1360 (Dieter,1996), ditekan ke dalam bahan dengan gaya tertentu selama waktu tertentu. Kekerasan Vickers diperoleh dengan membagi gaya pada luas bekas tekanan yang berbentuk piramida. Dan dapat langsung dibaca di monitor mesin MicroVickers (Beumer, 1995). Nilai rata-rata kekerasan pisau menggunakan media pendingin air yaitu 652,64 HV, menggunakan media pendingin air garam 836,56 HV, menggunakan oli 600 HV dan yang menggunakan udara 335,44 HV. Hal ini membuktikan bahwa adanya pengaruh media pendingin terhadap hasil kekerasan pisau. Dalam suatu proses laku panas, setelah pemanasan mencapai temperatur yang ditentukan dan diberi holding time secukupnya maka dilakukan pendinginan dengan laju tertentu maka sifat mekanik yang terjadi setelah pendinginan akan tergantung pada laju pendinginan (Suherman, 1988). Hasil penelitian yang didapat didukung oleh hasil penelitian yang dilakukan oleh Rizal (2005), yaitu tingkat kekerasan hasil perlakuan panas tertinggi dicapai pada media pendingin larutan garam dibandingkan dengan menggunakan air, tergantung pada banyaknya kadar garam yang terlarut pada suatu larutan. Semakin banyak kadar garam dalam suatu larutan maka tingkat kekerasan yang dicapai semakin tinggi pula.

Sehingga dapat disimpulkan bahwa penggunaan media pendingin larutan garam akan menghasilkan nilai kekerasan pisau yang lebih tinggi daripada menggunakan media pendingin air. Seperti diketahui bahwa hal yang sangat mempengaruhi hasil kekerasan adalah viskositas (kekentalan) dan densitas (massa jenis) dari media pendingin yang digunakan. Viskositas merupakan tingkat kekentalan yang dimiliki suatu fluida. Semakin tinggi angka viskositasnya, maka semakin lambat laju pendinginannya. Misalnya pada oli atau air garam, dimana air garam memiliki tingkat viskositas yang lebih rendah, namun massa jenisnya tinggi sehingga laju pendinginannya lebih cepat dibandingkan oli yang memiliki tingkat viskositas yang tinggi sehingga panas sulit menguap dengan cepat sehingga laju pendinginannya lambat. Densitas merupakan massa jenis yang dimiliki media pendingin (fluida). Semakin tinggi densitas yang dimiliki suatu media pendingin maka semakin cepat laju pendinginannya. Berikut nilai viskositas dan densitas dari media pendingin yang digunakan (Streeter,1992): 1. Air Garam (ρ = 1025 kg/m3 , v = 1,01 Pa.s) Air garam memiliki viskositas yang rendah sehingga laju pendinginannya cepat. Massa jenisnya juga lebih besar dibandingkan dengan media pendingin lain seperti air, solar, oli dan udara. 2. Air (ρ = 998 kg/m3 , v = 1,01 Pa.s) Air memiliki massa jenis yang besar tetapi lebih kecil dari air garam, kekentalannya rendah, sama dengan air garam, tetapi laju pendinginannya lebih lambat dari air garam. 3. Oli (ρ = 981 kg/m3 , v = 4,02 Pa.s) Oli memiliki viskositas atau kekentalan yang tinggi dibandingkan media pendingin lainnya dan massa jenis yang rendah sehingga laju pendinginannya lambat. 4. Udara (ρ = 1,2 kg/m3 , v = 0,00001,75 Pa.s) Udara memiliki massa jenis dan viskositas yang sangat kecil sehingga laju pendinginannya sangat lambat. Menurut Azizah (2012) mengenai media pendingin, yaitu : 1. Pendinginan dengan air Air secara umum digunakan dalam pendinginan dengan karakteristik yang ideal, karena proses pendinginan dengan air berlangsung dengan cepat. Ini akan berpengaruh terhadap salah satu sifat logam yang ingin diperoleh, yaitu sifat kekerasan logam. Semakin cepat proses pendinginan maksimal kekerasan juga semakin meningkat. Akan tetapi diikuti juga kecenderungan terjadinya kerusakan (distorsi) yang berlebihan. 2. Pendinginan dengan minyak Pendinginan dengan minyak berlangsung lebih lambat jika dibandingkan dengan pendinginan menggunakan media air. Sehingga kecenderungan terjadinya kerusakan minimum.

Dari pernyataan diatas dapat diambil kesimpulan bahwa media pendingin yang terbaik untuk pembuatan pisau adalah oli. Karena oli memiliki nilai kekerasan 600 HV yang mendekati nilai kekerasan air yaitu 652,64 HV, tetapi memiliki keunggulan kecenderungan kerusakan yang minimum dibandingkan dengan air. Jika oli dibandingkan dengan air garam, menurut hasil uji kekerasan Vickers, air garam memiliki nilai rerata kekerasan tertinggi yaitu 836,56 HV akan tetapi memiliki kecenderungan kerusakan yang sangat besar sehingga jika digunakan dalam pembuatan pisau, pisau akan mudah retak. Hal ini disebabkan nilai massa jenis dan viskositas air garam yang tinggi yaitu ρ=1025 kg/m3 , v = 1,01 Pa.s. Untuk udara yang memiliki massa jenis dan viskositas yang sangat kecil, jika digunakan sebagai media pendingin ini bisa dikatakan buruk dalam proses pembuatan pisau karena menghasilkan nilai rerata kekerasan yang terlalu rendah yaitu 335,44 HV. Nilai kekerasan yang rendah menyebabkan pisau tidak tajam dalam penggunaannya sehari-hari. Jika disederhanakan lagi dapat dituliskan sebagai berikut : Udara < Air Garam < Air < Oli Jadi untuk media pendingin yang terbaik untuk pembuatan pisau adalah oli. Sedangkan media pendingin yang buruk untuk pembuatan pisau adalah udara karena memiliki angka kekerasan yang paling rendah.

BAB III

PENUTUP

3.1       Kesimpulan

            Rerata kekerasan pisau yang didinginkan dengan media pendingin yang berbedabeda adalah sebagai berikut. Air sumur memiliki rerata nilai kekerasan 652,64 HV, air garam memiliki rerata nilai kekerasan 836,56 HV, oli memiliki rerata nilai kekerasan 600 HV, udara memiliki rerata nilai kekerasan 335,44 HV. Adanya perbedaan hasil kekerasan dari pengggunaan media pendingin yang berbeda yaitu air sumur, air garam, oli dan udara. Media pendingin oli merupakan media pendingin yang paling baik untuk digunakan dalam pembuatan pisau pemotong karena menghasilkan tingkat kekerasan yang tinggi dan tingkat kegetasan yang rendah pada pisau pemotong.

3.2       Saran

            Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan perlakuan panas yang lain pada pisau hasil proses tempa agar didapatkan pisau yang lebih baik. Pengujian yang berbeda dapat diterapkan pada pisau hasil proses tempa agar didapatkan data-data yang akurat untuk memperbaiki kekurangan yang terdapat pada pisau hasil tempa.