I. PENDAHULUANA. Latar Belakang

Baja AISI 304 merupakan salah satu baja paduan dengan kadar karbon rendah. Menurut standar AISI (American Iron Steel Instititute) baja AISI 304 mempunyai komposisi (0,08)% C, (1,00)% Si, (2,00)% Mn, (0,030)% S, (11,00)% Ni, (20,00)% Cr, (0,045)% P, dan (0,31)% Mo (Chandan Steel Limited). Baja karbon rendah memiliki kandungan unsur sebanyak 0,04-0,30% C, dan dalam dunia industri biasa dipergunakan untuk machinery, automobile chassis, pipes, chains, gears, shaft, bolt, dan forgings.

Dalam dunia industri baik industri otomotif, perkakas (pisau potong pe-mesinan) maupun komponen mesin lainnya diperlukan bahan baku logam yang sesuai. Jenis bahan baku logam yang diperlukan untuk masingmasing jenis kom-ponen maupun perkakas tidak sama dan memerlukan sifat yang sesuai dengan fungsi komponen tersebut. Untuk komponen otomotif misalnya poros, poros engkol (crankshaft), bantalan piston, cincin piston, pena piston, dan batang piston. Pada kondisi operasi poros dan poros engkol berputar pada bantalan dan meno-pang beban sehingga terjadi gesekan antar permukaannya dan menimbulkan keausan. Untuk perkakas diperlukan sifat yang tajam, tangguh, tahan aus, dan tahan korosi sehingga tahan lama (durability) dan tidak mudah patah saat diguna-kan. Untuk memenuhi kebutuhan bahan ini harga dan biaya produksinya sangat mahal. Mahalnya pembuatan komponen tersebut dikarenakan sifat keras dari bahan yang digunakan sehingga sukar pengerjaannya.

Untuk mengatasi kebutuhan ini dapat dilakukan dengan cara menggunakan bahan dengan kualitas lebih rendah dan setelah diproduksi menjadi komponen, dilakukan perlakuan (treatment) khususnya perlakuan permukaan (surface treat-ment) hingga kualitasnya meningkat. Untuk memperoleh kekerasan pada baja dapat dilakukan dengan proses perlakuan panas (heat treatment) dan proses kimia (chemical heat treatment). Perlakuan panas adalah suatu proses untuk mem-perbaiki sifat logam dengan jalan memanaskan coran sampai temperatur yang cocok, lalu dibiarkan beberapa waktu pada temperatur itu, kemudian didinginkan ke temperatur yang lebih rendah dengan kecepatan yang sesuai. Perlakuan panas yang dilaksanakan pada coran adalah: pelunakan temperatur rendah, pelunakan, penormalan, pengerasan, dan penemperan (Surdia, Tata, 1996:186).

Salah satu metode proses perlakuan panas yang dapat diterapkan untuk meningkatkan kekerasan bahan adalah melalui proses pack nitriding. Adapun proses nitriding adalah suatu proses untuk memperkeras permukaan dengan memanaskan material di dalam dapur listrik dengan lingkungan yang dihasilkan sangatlah keras, yang mengandung atom nitrogen aktif dan menggunakan gas amonia (NH3) atau bahan yang mengandung nitrogen (Oliveira, A.M, 2003).

Pack nitriding merupakan suatu analogi dari proses pack carburizing. Proses ini menggunakan senyawa organik berupa pupuk urea dan ZA sebagai sumber dari nitrogen. Waktu pemanasan pada proses pack nitriding berkisar an-

tara 2-16 jam (Amstead. B.H, 1922). Dan temperatur pemanasan nitriding antara 500oC hingga 570oC (Budinski, 2010:410). Material yang akan diperlakukan pack nitriding dimasukkan dalam wadah yang terbuat dari baja atau keramik yang berisi sumber nitrogen. Proses ini dipilih karena nitriding tidak menggunakan suhu yang tinggi dan permukaan yang dihasilkan memiliki kekerasan yang sangat tinggi yaitu 566 VHN (Sulistyo, E. dkk, 2010:20). Nitriding juga dapat menaikkan ketahanan aus, batas kelelahan, ketahanan terhadap korosi pada media atmosfer, air, uap panas, dan lain-lain (Lakhtin, Y, 1952:267).

Nitrogen diperoleh dari pupuk organik buatan seperti pupuk urea, ZA, ammonium chloride, ammonium nitrate dan sebagainya yang mengandung unsur nitrogen di dalamnya. Atom nitrogen yang terdapat dalam pupuk nantinya akan terdeposisi ke permukaan baja dan selanjutnya berdifusi serta berekasi dengan unsur Fe dan unsur lainnya yang membentuk nitrida logam seperti Fe, Cr, Al, dan Mo menjadi senyawa: Fe2N, Cr2N, AlN, dan Mo2N. Perubahan senyawa tersebut yang mengakibatkan peningkatan kekerasan pada permukaan baja setelah mengalami proses nitrasi. Pupuk urea mempunyai kekerasan tertinggi dibanding pupuk ZA karena pupuk urea mempunyai kadar nitrogen yang lebih tinggi dibandingkan dengan pupuk ZA, sehingga mempermudah proses difusi nitrogen (Sulistyo, E. dkk, 2010: 20).

B. Rumusan MasalahDari latar belakang yang telah dijabarkan di atas, maka masalah yang

dapat dirumuskan adalah sebagai berikut:1. Adakah perbedaan niai ketahanan aus baja AISI 304 yang telah mengalami

mengalami nitrisi dengan variasi holding time 2 jam, 3 jam, dan 4 jam menggunakan media pupuk ZA?

2. Adakah perbedaan niai ketahanan aus baja AISI 304 yang telah mengalami nitrisi dengan variasi holding time 2 jam, 3 jam, dan 4 jam menggunakan media pupuk urea?

3. Adakah perbedaan nilai ketahanan aus baja AISI 304 yang telah mengalami nitrisi dengan variasi media pupuk ZA dan urea?

C. Tujuan PenelitianBerdasarkan rumusan masalah di atas, maka tujuan penelitian dapat dija-

barkan sebagai berikut:1. Mendapatkan hasil mengenai perbedaan ketahanan aus baja AISI 304 yang

telah mengalami nitrisi dengan variasi holding time 2 jam, 3 jam, dan 4 jam menggunakan media pupuk ZA.

2. Mendapatkan hasil mengenai perbedaan ketahanan aus baja AISI 304 yang telah mengalami nitrisi dengan variasi holding time 2 jam, 3 jam, dan 4 jam menggunakan media pupuk urea.

3. Mendapatkan hasil mengenai perbedaan nilai ketahanan aus baja AISI 304 yang telah mengalami nitrisi dengan variasi media pupuk ZA dan urea.

D. Luaran yang DiharapkanLuaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebuah artikel ilmiah

mengenai ketahanan aus baja AISI 304 dengan metode pack nitriding dan sebuah tabel ketahanan aus yang menjadi acuan.

E. Kegunaan ProgramPenelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat bagi semua pihak antara

lain:1. Sebagai rujukan dalam penelitian terkait ketahanan aus baja AISI 304.2. Dapat mengetahui masing-masing nilai ketahanan aus dalam variasi

holding time dan media.3. Dapat digunakan sebagai pembanding dalam proses perbaikan sifat logam

agar dapat menghasilkan baja sesuai peruntukannya.

II. TINJAUAN PUSTAKAPupuk nitrogen ialah pupuk yang mempunyai komponen utama unsur N

sebagai hara, pupuk N terdiri dari:a. Pupuk N organik yang terdapat pada pupukpupuk organikb. Pupuk N organik buatan kedua golongan pupuk tersebut diatas dapat

dibedakan menjadi tiga bentuk, yaitu:1) Bentuk organik2) Bentuk amonia (NH4

+)3) Bentuk nitrat (NO3

-), sedangkan pupukpupuk Cyanamide (CaCN2) dan Urea CO(NH2)2 bila diberikan kedalam tanah siap dirubah menjadi senyawa amonia, maka dimasukkan kedalam golongan senyawa N berbentuk amonia (Hasibuan, 2006).

Berikut ini adalah beberapa jenis pupuk nitrogen:a) Ammonium Sulfate

Pupuk ammonium sulfate disebut juga Zwavelzure Amoniak (ZA) dengan rumus kimia (NH4)2SO4. Pupuk ammonium sulfate dibuat dari (NH4)3 + H2SO4

(NH4)2SO4 pada temperatur tinggi. Pupuk ZA kadar zat lemasnya (N) antara 20,5% − 21% dan biasanya patokan praktisnya 20%.

b) Ammonium Chloride (NH4Cl)Pupuk ini mempunyai kadar N sebanyak 26%, larut di dalam air. Di dalam tanah akan terionisasi menjadi ion NH4 dan Cl-.

c) Ammonium Nitrate (NH4NO3)Pupuk ammonium nitrate kadar N-nya ±35%, sebagian dari pupuk ini tersedia sebagai nitrat dan sebagiannya lagi sebagai amonia.

d) Ammonium Sulfat Nitrate (ASN)Ammonium sulfat nitrate adalah pupuk yang diproduksi oleh Ruhr-stic stoff A.G. Jerman, merupakan garam rangkap dari ammonium sulfate dan ammonium nitrate. Pupuk ini diperdagangkan dalam bentuk kristal berwarna seperti kuning kemerahmerahan dan menandung 26% N.

e) Urea CO(NH2)2

Pupuk urea adalah pupuk buatan senyawa kimia organik dari CO(NH2)2, pupuk padat berbentuk butiran bulat kecil (diameter lebih kurang 1 mm). Pupuk ini mempunyai kadar N 45%46%.

f) Pupuk Cyanamide (CaCN2)Kadar N yang terkandung pada Kalsium Cyanamida adalah sekitar 21%. Kan-dungan lainnya 55% − 65% CaCO dan sekitar 11% C.

g) Pupuk Calsium Ammonium Nitrate Pupuk ini merupakan campuran dari ammonium nitrate dengan bubuk tanah liat (kapur mergel). Campuran ini dimaksudkan untuk meniadakan keburukan ammonium nitrate. Calsium ammonium nitrate mengandung 20,5% N dan 3035% CaCO3 diperdagangkan dalam bentuk butiranbutiran kuning muda dan hijau.

h) Pupuk Natrium Nitrate (NaNO3)Pupuk Natrium nitrate kadar N-nya15,5% dengan E.B. 21 (Sutedjo, 2002:153).

Baja AISI 304 merupakan salah satu baja paduan dengan kadar karbon rendah, paduan utama dari baja AISI 304 adalah nikel, chromium, dan molybden-um. Menurut standar AISI (American Iron Steel Instititute) baja AISI 304 mem-punyai komposisi kimia (0,08)% C, (1,00)% Si, (2,00)% Mn, (0,030)% S, (11,00) % Ni, (20,00)% Cr, (0,045)% P, dan (0,31)% Mo (Chandan Steel Limited). Baja AISI 304 dengan kadar paduannya memungkinkan baja ini untuk dikeraskan dengan perlakuan panas. Salah satu perlakuan panas yang bisa digunakan pada baja ini yaitu proses nitrasi, dengan proses nitrasi baja AISI 304 dapat mengalami perubahan sifat mekanik. Aplikasi baja karbon rendah antara lain adalah untuk pembuatan poros engkol, bantalan piston, cincin piston, pena piston, batang piston, dan yang lainnya.

Berikut ini adalah komposisi baja AISI 304 secara keseluruhan dari hasil uji komposisi yang dilakuakn di PT. Karya Hidup Sentosa, Yogyakarta:Tabel 1 Hasil Uji Komposisi AISI 304

AISI 304Unsur Komposisi (%)

C 0,0699Si 0,5702S 0,0043P 0,0221

Mn 1,2827

Ni 8,1205Cr 24,6415Mo 0,2071Cu 0,5731W 0,0338Ti 0,0090Sn 0,0117Al 0,0128Pb 0,0000Ca 0,0014Zn 0,0318Fe 64,4100

(Sumber: PT. Karya Hidup Sentosa, 2010)Pack nitriding merupakan suatu analogi dari proses pack carburizing.

Proses ini menggunakan senyawa organik tertentu sebagai sumber dari nitrogen. Waktu pemanasan pada proses pack nitriding berkisar antara 2-16 jam (Sulistyo, E. dkk, 2010:17). Sedangkan temperatur nitriding berkisar antara 500 0C hingga 570 0C (Budinski, 2010:411). Material yang akan diperlakukan pack nitriding dimasukkan dalam wadah yang terbuat dari baja atau keramik yang berisi sumber nitrogen dan dipanaskan kedalam furnace. Proses nitrasi ini termasuk kedalam gas nitriding karena menggunakan gas amonia sebagai bahan nitrasi. Berikut ini adalah bentuk dari kotak nitrasi padat yang dipergunakan untuk surface hardening.

a

b

c

d

e

Gambar 1. Kotak Pack Nitriding

Keterangan:a. Saluran keluar gas (gas outlet)b. Tutupc. Kotak nitrasid. Spesimene. Pupuk nitrogen

III. METODE PENELITIAN

Jenis PenelitianPenelitian ini menggunakan pendekatan kuantitatif, dimana data dideskrip-

sikan dengan angka. Statistik yang yang digunakan adaah inferensial komparatif, karena menguji perbedaan antar variabel.Sumber Data

Berdasarkan sumber data, maka penelitian ini berasal dari hasil observasi eksperimental, yang bebentuk Pre-experimental Design (non design), sebab masih ada kemungkinan variabel luar yang dapat mempengaruhi variabel dependen (terikat). Pre-experimental Design (non design) memiliki beberapa macam yaitu: One-Shot Case Study, One-Group Pretest-Posttest Design, dan Intact-Group Comparasion.Prosedur Pengumpulan Data1. Persiapan

Pada langkah ini adalah mempersiapkan peralatan dan bahan yang diperlukan saat pelaksanaan penelitian. Adapun bahan yang dibutuhkan adalah baja AISI 304 dan pupuk nitrogen (urea dan ZA) masing−masing sebanyak 100 gram tiap perlakuan. Peralatan yang perlu disiapkan antara lain mesin gergaji, jangka sorong, gerinda, dapur pemanas listrik, dan mesin tribometer pin on disc. Setelah proses penyusunan peralatan, maka mula−mula menyiapkan spesimen baja AISI 304 yang sudah di machining sesuai ketentuan pin. Kemudian spesimen dipanaskan kedalam furnace dengan suhu 550 oC dan holding time 2 jam, 3 jam, 4 jam menggunakan media pupuk urea dan ZA. Selanjutnya spesimen dikeluarkan dari furnace dan didinginkan dengan udara luar.

2. Pengambilan DataMenguji ketahanan aus dengan metode pin on disc pada masing-masing AISI 304 hasil perlakuan sebagai pin dan material AISI 4042 sebagai disc.

Teknik Pengumpulan DataTeknik pengumpulan data yang digunakan pada penelitian ini adalah

dengan mencatat data yang diperoleh dari penelitian pada lembar observasi.Lembar Observasi Ketahanan AusTabel 2 Pengambilan Data Perbandingan Selisih Massa dan Volume Spesimen Setelah

Pengujian Keausan

SpesimenMo Mi ΔM ρ ΔV(gr) (gr) (gr) (gr/cm3) (cm3)

Tanpa Perlakuan

2 jam3 jam4 jam

Tabel 3 Pengambilan Data Ketahanan Aus Spesimen Hasil Variasi Holding dan Variasi Media Pupuk

Spesimen ΔV F L Kx10-9 Ketahanan Aus Kx106

(cm3) (N) (gr) (cm3/N.m) (N.m/cm3)

Tanpa Perlakuan

2 jam

3 jam

4 jam

Teknik Analisis DataTeknik analisis data yang digunakan dalam penelitian ini adalah analisis inferensial, yaitu untuk mengetahui ketahanan aus dari variasi holding time dan variasi jenis pupuk nitrogen pada baja AISI 304. Untuk menguji hipotesis adanya perbedaan nilai ketahanan aus AISI 304 yang telah mengalami nitrasi dengan variasi holding time dan variasi jenis pupuk nitrogen, digunakan analisis one way anova dan paired sample test dengan taraf signifikansi 0,05 atau tingkat kepercayaan sebesar 95 % dengan menggunakan SPSS 16 for windows

Daftar PustakaHasibuan, B.E. 2006. Pupuk dan Pemupukan. Medan: Universitas Sumatera Utara

Pres.

Surdia, T. & Chijiwa, K. 1996. Teknik Pengecoran Logam. Jakarta: Pradnya Paramita.

Suprapto., Sudjatmoko. & Sujitno, E. 2010. Pengaruh Nitridasi Plasma terhadap Kekerasan AISI 304 dan Baja Karbon Rendah. Jurnal Iptek Nuklir Ganendra, (Online), 13 (2): 93-100. (http://www.jurnal.batan.go.id), diakses 10 Oktober 2013

IV. BIAYA DAN JADWAL KEGIATAN4.1 Anggaran Biaya

NO

Jenis Pengeluaran Biaya (Rp)

1. Peralatan Penunjang

Sewa Mesin Bubut Rp. 500.000,00

Printer Rp. 1.500.000,00

Gergaji Rp 200.000,00

Flashdisk 4 x @ Rp 100.000,00 Rp 400.000,00

Camera Digital Rp. 1.250.000,00

Sekop Rp. 100.000,00

Kaleng Rp. 40.000,00

2 Bahan Habis Pakai

Kertas 4 rim x @ Rp 35.000,00 Rp. 140.000,00

Tinta Rp. 250.000,00

Buku Catatan Rp. 100.000,00

Bolpoint Rp. 10.000,00

Baja AISI 304 Rp. .000.000,00

Pupuk Urea Rp. 100.000,00

Pupuk ZA Rp. 100.000,00

Biaya treatment Rp. 2.500.000,00

Biaya pengujian ketahanan Baja AISI 304 Rp. 1.500,000.00

Pahat Rp. 160.000,00

3 Transportasi

Survei Laboratorium Rp. 250.000,00

Transportasi Pembelian alat dan bahan Rp. 350.000,00

Transportasi Pembina/Pembimbing Rp. 750.000,00

4. Lain-Lain

Makan Selama Kegiatan 5 x @Rp. 200.000,00 Rp. 1.000.000,00

Laporan Rp. 300.000,00

TOTAL BIAYA Rp. 12.500.000,00

4.2 Jadwal KegiatanKegiatan ini dilaksanakan dalam waktu empat bulan dengan rincian

sebagai berikut:

No Kegiatan

Bulan

I II III IV

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1. Survei tempat penelitian, alat dan bahan

√ √

2. Pembuatan perhitungan matang dengan konsultasi ke pembimbing

√ √ √ √ √

3. Penentuan komposi-si dan jenis media yang akan dibuat

√ √ √

4. Pencarian alat dan bahan yang diperlukan

√ √

5. Treatment pengerjaan logam

√ √ √ √ √ √

6. Pengujian ketahanan aus baja

√ √

7. Penulisan Laporan √ √ √ √ √