Pengerasan permukaan induksi

III
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat,
taufik, hidayah, dan inayah-Nya sehingga penulisan Buku yang berjudul “Pengerasan
Permukaan Induksi” guna memenuhi Tugas mata kuliah Penulisan Teknik & Presentasi ini
dapat terselesaikan dengan baik.
Buku ini disusun sebagai persyaratan mata kuliah Penulisan Teknik & Presentasi,
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro.
Buku ini dapat diselesaikan berkat bimbingan, saran, dan bantuan dari berbagai
pihak. Untuk itu kami sampaikan terima kasih kepada :
1. Dr. Rifky Ismail, MT, selaku Dosen Pengampu mata kuliah Penulisan Teknik &
Presentasi.
2. Teman-teman satu kelompok Tugas Perancangan
3. Semua pihak yang telah memberikan dorongan dan dukungan baik berupa material
maupun spiritual serta membantu kelancaran dalam penyusunan buku ini.
Penulis menyadari bahwa buku ini masih terdapat kekurangan baik dalam isi
maupun dalam penyajiannya. Untuk itu kritik dan saran dari pembaca penulis harapkan.
Semoga buku yang telah penulis buat ini dapat menambah pengetahuan dan
bermanfaat bagi semua pihak.
Semarang, 7 April 2017
Penulis
Kata Pengantar

V
Kata Pengantar II
Daftar Isi IV
Daftar Gambar XI
Daftar Tabel XVII
Abstrak XIX
1. Pendahuluan 1
1.1. Latar Belakang .....................................................................................................1
1.2. Tujuan Penulisan .................................................................................................2
1.3. Aplikasi dari Induction Hardenig .........................................................................2
1.4. Aplikasi Induction Hardening di Finishing Baja..................................................3
1.5. Aplikasi Induction Hardening di Industri Kaca....................................................4
1.6. Metode Penulisan..................................................................................................5
1.7. Sistematika Penulisan ...........................................................................................5
Daftar Pustaka.................................................................................................................7
2. Dasar Teori 9
2.1. Pengerasan Permukaan dengan Pemanas Induksi ................................................9
2.2. Prinsip Pemanasan Induksi .................................................................................10
2.3. Penggunaan Pemanas Induksi.............................................................................18
2.3.1. Aplikasi pemanas induksi pada roda gigi ................................................18
2.3.1.1 Tinjauan umum tentang roda gigi..............................................19
2.3.1.2 Heat treatment pada roda gigi ..................................................19
2.3.2. Aplikasi pemanas induksi pada silinder pejal ..........................................22
2.3.2.1 Tinjauan umum tentang silinder pejal........................................27
2.3.2.2 Heat treatment pada silinder pejal.............................................29
2.3.3. Aplikasi pemanas induksi pada pisau hammer mill .................................30
2.3.3.1 Tinjauan umumtentang pisau hammer mill................................33
2.3.3.2 Heat treatment pada pisau hammer mill ....................................35
2.3.4. Aplikasi pemanas induksi pada pin kereta api .........................................36
2.3.4.1 Tinjauan umum tentang pin kereta api.......................................38
2.3.4.2 Heat treatment pada pin kereta api ............................................40
Daftar Isi

VI
2.3.5. Aplikasi pemanas induksi pada Camshaft ...............................................46
2.3.5.1 Tinjauan umum tentang Camshaft.............................................47
2.3.5.2 Heat treatment pada Camshaft...................................................49
Daftar Pustaka .............................................................................................................51
3. Induksi Silinder Pejal 53
3.1. Alat dan Bahan....................................................................................................53
3.1.1 Alat ..........................................................................................................53
3.1.1.1 Peralatan utama dalam pengujian ..............................................53
3.1.1.2 Perelatan pencatat data saat pengujian.......................................54
3.1.1.3 Peralatan pendukun dalam pengujian ........................................54
3.1.2 Bahan ...................................................................................................55
3.2. Metodologi Penelitian.........................................................................................56
3.2.1. Diagram alir pengujian surface hardening ..............................................56
3.2.2. Tahapan pengujian kekerasan..................................................................59
3.2.2.1 Peralatan pengujian....................................................................59
3.2.2.2 Prosedur pengujian ....................................................................60
3.2.2.3 Diagram alir pengujian kekerasan .............................................61
3.3. Hasil dan Pembahasan ........................................................................................63
3.3.1. Pengujian ke-1 .........................................................................................63
3.3.2. Pengujian ke-2 .........................................................................................64
3.3.3. Pengujian ke-3 .........................................................................................66
3.3.4. Pengujian ke-4 .........................................................................................68
3.3.5. Pengujian ke-5 .........................................................................................70
Kesimpulan .................................................................................................................74
Daftar Pustaka .............................................................................................................75
4. Induksi Gear 77
4.1. Material Gear......................................................................................................77
4.2. Dimensi Benda Uji..............................................................................................78
4.3. Metodologi Penelitian.........................................................................................79
4.3.1. Diagram alir proses penelitian .................................................................80
4.3.2. Pembuatan spesimen................................................................................82
4.3.2.1 Dimensi benda uji......................................................................82
4.3.2.2 Pembuatan spesimen..................................................................83
4.3.3. Diagram blok pengujian pemanas induksi ...............................................85
4.3.4. Pengujian pemanas induksi......................................................................86
4.3.4.1 Peralata utama dalam pengujian ................................................86
4.3.4.2 Peralatan pendukung dalam pengujian ......................................87
4.3.4.3 Peralatan pencatat data saat pengujian.......................................88
4.3.5. Foto proses pengujian ..............................................................................91

VII
4.3.5.1 Pengujian kekerasan ..................................................................93
4.3.5.2 Peralatan pengujian....................................................................93
4.3.6. Prosedur pengujian ..................................................................................94
4.3.7. Pengujian mikro vickers ..........................................................................96
4.3.8. Pengujian mikrografi ...............................................................................97
4.3.8.1 Peralatan dan bahan ...................................................................97
4.3.8.2 Prosedur pengujian ....................................................................98
4.3.9. Proses etsa................................................................................................98
4.3.10.Pengujian komposisi kimia....................................................................100
4.4. Hasil dan Pembahasan ......................................................................................101
4.4.1 Komposisi bahan ...................................................................................101
4.4.1.1 Hasil pengujian ........................................................................101
4.4.1.2 Pembahasan .............................................................................102
4.4.2 Persebaran Kekerasan............................................................................103
4.4.3 Hasil pengujian setelah quenching.........................................................103
4.4.4 Analisa .................................................................................................105
4.4.5 Analisa hasil uji mikro vickers ..............................................................107
4.4.6 Foto makro.............................................................................................111
4.4.7 Struktur mikro........................................................................................114
4.4.8 Validasi nilai kekerasanvarian ST 60 dan AISI4140 .............................120
Kesimpulan ...............................................................................................................121
Daftar Pustaka ...........................................................................................................122
5. Induksi Pin Kereta Api 123
5.1. Alat dan Bahan..................................................................................................123
5.1.1 Alat ........................................................................................................123
5.1.1.1 Peralatan utama dalam pengujian ............................................123
5.1.1.2 Peralatan pendukung dalam pengujian ....................................126
5.1.1.3 Pelalatan pencatat data saat pengujian.....................................126
5.1.2 Bahan.....................................................................................................128
5.2. Metodologi Penelitian.......................................................................................128
5.2.1. Pengujian pemanas induksi....................................................................108
5.2.2. Pengujian kekerasan ..............................................................................129
5.2.2.1 Prosedur pengujian kekerasan .................................................130
5.2.2.2 Diagram alir pengujian kekerasan ...........................................131
5.2.3. Pengujian mikrografi .............................................................................132
5.2.3.1 Prosedur pengujia mikrografi ..................................................132
5.2.3.2 Diagram alir pengujian mikrografi ..........................................133
5.3.1. Komposisi bahan ...................................................................................134
5.3.1.1 Hasil pengujian ........................................................................134

VIII
5.3.1.2 Pembahasan .............................................................................134
5.3.2. Persebaran kekerasan.............................................................................136
5.3.2.1 Hasil pengujian setelah quenching...........................................136
5.3.2.2 Hasil pengujian setelah tempering...........................................137
5.3.3. Analisa...................................................................................................137
5.3.4. Foto makro.............................................................................................139
5.3.5. Struktur mikro........................................................................................143
5.3.6. Validasi nilai kekerasan varian ST 60 / AISI 1045................................147
Kesimpulan................................................................................................................148
Daftar Pustaka ...........................................................................................................150
6. Induksi Pisau Hammer mill 153
6.1. Alat dan bahan ..................................................................................................153
6.1.1 Klasifikasi baja karbon ..........................................................................154
6.1.2 Diagram Fe3C ........................................................................................155
6.2.1. Diagram alir penelitian ..........................................................................156
6.2.2. Pembuatan spesimen pengujian .............................................................158
6.2.2.1 Dimensi benda uji....................................................................158
6.2.2.2 Pembuatan spesimen................................................................159
6.2.2.3 Pengujian pemanas induksi......................................................160
6.2.2.4 Peralatan utama dalam pengujian ............................................160
6.2.2.5 Peralatan pendukung dalam pengujian ....................................162
6.2.2.6 Peralatan pencatat data saat pengujian.......................................163
6.2.2.7 Prosedur pengujian ..................................................................165
6.2.3.1 Peralatan pengujian..................................................................166
6.2.4.1 Peralatan dan bahan .................................................................167
6.2.4.3 Proses etsa................................................................................169
6.3.1. Komposisi bahan ...................................................................................169
6.3.1.1 Hasil pengujian ........................................................................169
6.3.1.2 Pembahasan .............................................................................171
6.3.2.1 Hasil pengujian kekerasan makro pisau hammer mill..............172
6.3.2.2 Hasil pengujian kekerasan makro plat baja (raw material) .....172
6.3.2.3 Hasil pengujian kekerasan makro plat baja dengan
perlakuan quenching................................................................174

IX
6.3.2.4 Analisa plat baja ......................................................................180
6.3.3. Pengaruh frekuensi terhadap nilai kekerasan spesimen induksi ............181
6.3.4. Struktur mikro........................................................................................181
6.3.4.1 Raw material (AISI 1019) .......................................................182
6.3.4.2 Pisau Hammer mill ..................................................................182
6.3.4.3 AISI 1019 dengan elemen pemanas induksi 1 lilitan
pendingin air ............................................................................182
pendingin air ............................................................................183
pendingin air ............................................................................184
pendingin oli............................................................................185
pendingin air ............................................................................185
pendingin oli............................................................................186
Kesimpulan ...............................................................................................................187
Daftar Pustaka.............................................................................................................188
7. Induksi Camshaft 181
7.1. Alat dan bahan ..................................................................................................191
7.1.1 Aalt ........................................................................................................191
7.1.1.1 Alat pengujian pengerasan induksi metode rotary...................191
7.1.1.2 Alat pengujian kekerasan.........................................................193
7.1.1.3 Alat pengujian mikrografi........................................................194
7.1.2 Bahan.....................................................................................................194
7.2.1. Diagram alir penelitian ..........................................................................196
7.2.2. Pengujian komposisi kimia....................................................................198
7.2.3. Persiapan specimen Camshaft ...............................................................199
7.2.4. Penentuan perameter pengujian .............................................................200
7.2.5. Pengujian pengerasan induksi metode rotary ........................................201
7.2.5.1 Peralatan utama........................................................................202
7.2.5.2 Peralatan penunjang.................................................................203
7.2.5.3 Prosedur pengujian induksi.....................................................204
7.2.5.4 Prosedur Pengujian tempering .................................................204
7.2.5.5 Parameter pengujian hardening dan tempering........................205
7.2.6.1 Peralatan pengujian..................................................................206

X
7.2.7.1 Peralatan dan bahan .................................................................209
7.2.7.2 Proses etsa................................................................................210
7.3.1. Komposisi bahan ...................................................................................212
7.3.1.1 Hasil pengujian ........................................................................212
7.3.1.2 Pembahasan .............................................................................213
7.3.2. Parameter pengujian ..............................................................................213
7.3.2.1 Parameter alat yang terukur .....................................................213
7.3.2.2 Parameter pengujian spesimen.................................................214
7.3.3.1 Hasil pengujian hardening .......................................................215
7.3.3.1 Hasil pengujian tempering.......................................................216
7.3.4. Analisis hasil pengujian.........................................................................217
7.3.4.1 Analisis hardening...................................................................217
7.3.4.2 Analisis tempering...................................................................221
7.3.5. Foto makro dan pengukuran ketebalan pengerasan ...............................227
7.3.1.1 Foto makro...............................................................................227
7.3.1.2 Pengukuran ketebalan pengerasan ...........................................229
7.3.6. Struktur mikro........................................................................................229
7.3.2.1 Raw material (HQ 705) ...........................................................229
7.3.2.2 Hardening................................................................................230
7.3.6.3 Tempering................................................................................235
Kesimpulan ...............................................................................................................239
Daftar Pustaka.............................................................................................................240
Penutup 241

XI
Gambar 1.1. Tower yang digunakan dalam pembuatan fiber optic......................................4
Gambar 2.1. Fluksi AC menginduksi tegangan E1 ...........................................................11
Gambar 2.2. Arus eddy yang diinduksikan pada piringan metal........................................11
Gambar 2.3. Arus eddy pada permukaan bahan.... ............................................................12
Gambar 2.4. Intensitas fluks (B) dan intensitas medan magnet (H) pada benda kerja .......14
Gambar 2.5. Residual induction and coercive force ..........................................................14
Gambar 2.6. Hysterisis loop...............................................................................................15
Gambar 2.7. Distribusi arus pada sebuah konduktor tunggal jika dialiri arus DC .............16
Gambar 2.8. Distribusi arus pada sebuah konduktor tunggal jika dialiri arus AC .............16
Gambar 2.9. Pengaruh frekuensi pada pemanasan induksi ................................................18
Gambar 2.10. Profil pemanasan dengan frekuensi rendah dan tinggi ..................................19
Gambar 2.11. Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C..................................................................20
Gambar 2.12. Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C untuk baja ................................................20
Gambar 2.13. Hubungan antara kekerasan, kadar karbon, dan jumlah martensite ..............21
Gambar 2.14 Skema pengerasan sistem induksi .................................................................22
Gambar 2.15 Berbagai jenis sumber daya yang beroperasi di berbagai zona frekuensi......24
Gambar 2.16 Skema rancangan alat pemanas induksi ........................................................30
Gambar 2.17 Diagram blok proses pemanasan induksi ......................................................31
Gambar 2.18 Alat pemanas induksi saat bekerja.................................................................31
Gambar 2.19 Proses pemanasan induksi .............................................................................32
Gambar 2.20 Konsep Induction hardening .........................................................................32
Gambar 2.21 Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C untuk baja ................................................35
Gambar 2.22 Hubungan antara kekerasan, kadar karbon, dan jumlah martensite ..............36
Gambar 2.23 Pin sebagai komponen mekanik ....................................................................39
Gambar 2.24 Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C .................................................................40
Gambar 2.25 Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C untuk baja................................................41
Gambar 2.26 Transformasi mikrostruktur pada saat pendinginan lambat ke temperatur
ruang dari austenit ke perlit untuk baja hipoeutektoid...................................41
Gambar 2.27 Diagram transformasi temperatur terhadap waktu untuk baja, martensit
terbentuk dalam fungsi temperatur dan tidak tergantung
oleh waktu .....................................................................................................44
Gambar 2.28 Transformasi fasa yang melibatkan dekomposisi austenite...........................44
Daftar Gambar

XII
Gambar 2.29 Hubungan antara kekerasan, kadar karbon, dan jumlah martensite...............45
Gambar 2.30 Rangkaian sistem induksi sederhana .............................................................47
Gambar 2.31 Rangkaian valve train ..................................................................................48
Gambar 2.32 Bagian-bagian cam........................................................................................49
Gambar 3.1 Pemanas induksi, (a) inverter (b) pencekam (c) koil (d) pompa....................53
Gambar 3.2 Rangkaian alat pemanas induksi....................................................................54
Gambar 3.3 Baja ST 60.....................................................................................................55
Gambar 3.4 Flowchart pengujian Surface Hardening .......................................................57
Gambar 3.5 Prosedur pengujian, (a) memasang koil (b) mencekam specimen
(c) memasukkan program (d) stteing pada spesimen (e) proses pemanasan
(f) specimen mencapai suhu austenitnya (g) quench dengan media air
(h) mendinginkan specimen...........................................................................58
Gambar 3.6 (a) Rockwell Hardness Tester Model HR 150-A, (b) Indentor .....................60
Gambar 3.7 Diagram alir uji kekerasan.............................................................................61
Gambar 3.8 Grafik nilai kekerasan spesimen pengujian ke-1 ...........................................64
Gambar 3.12 Grafik nilai kekerasan pengujian ke-5...........................................................72
Gambar 4.1 Bentuk dan dimensi dari spesimen AISI 4140 dan ST 60 modul 1,75 ..........79
Gambar 4.2 Diagram alir penelitian..................................................................................82
Gambar 4.3 Bentuk dan dimensi dari spesimen AISI 4140 dan ST 60 modul 1,75 ..........83
Gambar 4.4 Diagram blok penelitian ................................................................................85
Gambar 4.5 Pemanas induksi............................................................................................86
Gambar 4.6 Rangkaian alat pemanas induksi....................................................................87
Gambar 4.7 Termometer infrared. ....................................................................................88
Gambar 4.8 Clampmeter. ..................................................................................................89
Gambar 4.9 Multimeter .....................................................................................................89
Gambar 4.10 (a) Rockwell Hardness Tester Model HR 150-A, (b) Indentor,
(c) Proses Pengujian kekerasan .....................................................................94
Gambar 4.11. Diagram alir pengujian kekerasan.................................................................95
Gambar 4.12 pengujian mikro Vickers. ..............................................................................97
Gambar 4.13 Diagram Alir pengamatan struktur mikro......................................................99
Gambar 4.14 Foto uji komposisi di PT.Putra Bungsu Makmur Tegal. .............................100
Gambar 4.15 Kurva nilai kekerasan macro hardness sebelum dan sesudah treatment
induksi Baja ST 60 terhadap posisi dari tepi, x, pada titik 1-15 setelah
proses pemanasan induksi Quenching.........................................................106
Gambar 4.16 Kurva nilai kekerasan macro hardness sebelum dan sesudah treatment
Induksi Baja AISI 4140 terhadap posisi dari tepi, x, pada titik 1-15
setelah proses pemanasan Induksi quenching..............................................106

XIII
Gambar 4.17 Kurva nilai kekerasan micro Vickers Baja ST 60 sebelum dan
sesudah treatment induksi Baja ST 60 terhadap posisi dari titik tepi,
titik transisi dan titik yang tidak terkena dampak induksi ...........................109
Gambar 4.18 Kurva nilai kekerasan micro Vickers Baja AISI 4140 sebelum dan
sesudah treatment induksi Baja ST 60 terhadap posisi dari titik tepi,
titik transisi dan titik yang tidak terkena dampak induksi ...........................110
Gambar 4.19. Foto makro spesimen AISI 4140.................................................................111
Gambar 4.20. Foto makro spesimen ST-60........................................................................112
Gambar 4.21 Foto makro spesimen roda gigi AISI 4140..................................................112
Gambar 4.22 Foto makro spesimen roda gigi ST 60.........................................................113
Gambar 4.23 Struktur mikro spesimen ST 60 dengan perbesaran (a) 200x, dan
(b) 500x pada roda gigi modul 3,5 ..............................................................115
Gambar 4.24 Struktur mikro spesimen ST 60 dengan perbesaran (a) 200x, dan
(b) 500x pada roda gigi modul 1,75 ............................................................116
Gambar 4.25 Struktur mikro spesimen AISI 4140 dengan perbesaran (a) 200x, dan
Gambar 4.26 Struktur mikro spesimen AISI 4140 dengan perbesaran (a) 200x, dan
Gambar 3.27 Struktur mikro spesimen AISI 4140 dengan perbesaran (a) 200x, dan (b) 500x
pada roda gigi modul 1,75...........................................................................119
Gambar 5.1 Pemanas induksi, (a) inverter (b) trafo (c) koil (d) pompa ..........................123
Gambar 5.2 Rangkaian alat pemanas induksi..................................................................124
Gambar 5.3 a) Rockwell Hardness Tester Model HR 150-A, (b) Indentor…..................125
Gambar 5.4 Optical microscope (a) Teknik Mesin dan (b) Training Center...................125
Gambar 5.5 Termometer infrared....................................................................................126
Gambar 5.6 Clampmet ...................................................................................................127
Gambar 5.7 Multimeter...................................................................................................127
Gambar 5.8 Baja ST 60...................................................................................................128
Gambar 5.9 Diagram Alir Pengujian Kekerasan ............................................................131
Gambar 5.10 Diagram Alir Pengujian Mikrografi ............................................................133
Gambar 5.11 Posisi pengujian kekerasan .........................................................................136
Gambar 5.12 Kurva nilai kekerasan, hn terhadap posisi dari tepi, x, pada spesimen 1-13
setelah proses pemanasan induksi quenching..............................................138
Gambar 5.13 Fenomena pengerasan permukaan induksi quenching (a) hasil yang
diharapkan, (b) hasil umum, dan (c) hasil yang melenceng ........................138
Gambar 5.14 Struktur mikro spesimen ST 60/AISI 1045 dengan perbesaran (a) 100x,
(b) 200x, dan (c) 500x .................................................................................143
Gambar 5.15 Hasil validasi nilai kekerasan baja karbon menengah antara proses
Induction quench dengan end quench..........................................................147
Gambar 6.1 Diagram Fe– C ...........................................................................................155
Gambar 6.2 Diagram alir penelitian................................................................................156

XIV
Gambar 6.3 Bentuk dan dimensi spesimen. ....................................................................159
Gambar 6.4 Vernier caliper. ...........................................................................................160
Gambar 6.5 Mistar ..........................................................................................................160
Gambar 6.6 Peralatan pemanas induksi, (a) inverter (b) trafo (c) koil 1 lilitan (d) koil 2
lilitan (e) koil 3 lilitan (f) pemotong pipa tembaga (g) pompa .............161
Gambar 6.7 Rangkaian alat pemanas induksi..................................................................162
Gambar 6.8 Termometer infrared ..................................................................................163
Gambar 6.9 Clampmeter .................................................................................................164
Gambar 6.10 Multimeter ...................................................................................................164
Gambar 6.11 (a) Rockwell hardness tester model HR 150-A, (b) Indentor......................166
Gambar 6.12 Optical microscope Teknik Mesin ..............................................................168
Gambar 6.13 Kurva nilai kekerasan terhadap posisi dari tepi...........................................172
Gambar 6.21 Kurva perbandingan nilai kekerasan semua spesimen dengan
raw material. ...............................................................................................180
Gambar 6.22 Struktur mikro spesimen AISI 1019 dengan perbesaran 200x, ...................182
Gambar 6.23 Struktur mikro spesimen pisau hammer mill perbesaran 200x....................182
Gambar 6.24 Struktur mikro perbesaran 200x AISI 1019 dengan koil 1 lilitan
pendingin air perbesaran 200x.....................................................................183
pendingin oli perbesaran 200x.....................................................................183
Gambar 7.1 Rangkaian alat pengujian pengerasan induksi metode rotary......................191
Gambar 7.2 (a) koil lilitan dua (b) koil lilitan tiga (c) koil tempering.............................192
Gambar 7.3 Thermocouple dan thermodisplay. ..............................................................192
Gambar 7.4 Tachometer..................................................................................................193
Gambar 7.5 (a) Brooks Rockwell Hardness Tester, (b) Indenter....................................194
Gambar 7.6 (a) Foto dan (b) Gambar teknik spesimen sebelum dipotong......................195

XV
Gambar 7.7 (a) Foto dan (b) Gambar teknik spesimen setelah dipotong ........................195
Gambar 7.8 Spesimen uji dengan quenchan air ..............................................................196
Gambar 7.9 Diagram alir penelitian................................................................................197
Gambar 7.10 Diagram alir penelitian (lanjutan)................................................................198
Gambar 7.11 (a) Foto dan (b) Gambar teknik spesimen sebelum dipotong ......................199
Gambar 7.12 (a) Foto dan (b) Gambar teknik spesimen setelah dipotong ........................199
Gambar 7.13 Spesimen uji dengan quenchan air .............................................................200
Gambar 7.14 Rangkaian alat pengujian pengerasan induksi metode rotary .....................201
Gambar 7.15 (a) koil lilitan dua (b) koil lilitan tiga (c) koil tempering.............................201
Gambar 7.16 Thermocouple dan thermodisplay ...............................................................202
Gambar 7.17 Multimeter ...................................................................................................202
Gambar 7.18 Tachometer..................................................................................................203
Gambar 7.19 (a) Brooks Rockwell Hardness Tester, (b) Indenter ....................................207
Gambar 7.20 Diagram alir pengujian kekerasan ...............................................................208
Gambar 7.21 Proses pengamatan dengan optical microscope...........................................209
Gambar 7.22 Diagram alir pengamatan struktur mikro.....................................................211
Gambar 7.23 Persebaran titik indentasi pada camshaft.....................................................214
Gambar 7.24 Grafik kekerasan setelah hardening bagian atas..........................................218
Gambar 7.25 Grafik kekerasan setelah hardening bagian kanan ......................................219
Gambar 7.26 Grafik kekerasan setelah hardening bagian bawah .....................................220
Gambar 7.27 Grafik kekerasan setelah tempering bagian atas..........................................222
Gambar 7.28 Grafik kekerasan setelah tempering bagian kanan ......................................223
Gambar 7.29 Grafik kekerasan setelah tempering bagian bawah......................................224
Gambar 7.30 Grafik perbandingan kekerasan hardening dan tempering spesimen 2 .......225
Gambar 7.31 Grafik perbandingan kekerasan hardening dan tempering spesimen 5 .......225
Gambar 7.32 Grafik perbandingan kekerasan tempering spesimen 2 dan 3 .....................226
Gambar 7.33 Grafik perbandingan kekerasan tempering spesimen 5 dan 6 .....................227
Gambar 7.34 Grafik ketebalan kekerasan spesimen..........................................................229
Gambar 7.35 Struktur mikro spesimen HQ 705(a) perbesaran 100x dan (b) 200x ...........230
Gambar 7.36 Struktur mikro hardening spesimen 2 bagian dalam(a) perbesaran 100x
dan (b) 200x.................................................................................................231
Gambar 7.37 Struktur mikro hardening spesimen 2 bagian luar(a) perbesaran 100x
dan (b) 200x.................................................................................................232
Gambar 7.38 Struktur mikro hardening spesimen 5 bagian dalam(a) perbesaran 100x
dan (b) 200x.................................................................................................233
Gambar 7.39 Struktur mikro hardening spesimen 5 bagian luar(a) perbesaran 100x
dan (b) 200x.................................................................................................234
Gambar 7.40 Struktur mikro tempering spesimen 2 bagian dalam(a) perbesaran 100x dan (b)
200x.............................................................................................................201

XVII
Tabel 3.1 Komposisi kimia material baja ST 60 ..............................................................55
Tabel 3.2 Sifat material baja ST 60..................................................................................56
Tabel 3.3 Tabel pengujian ke-1........................................................................................63
Tabel 3.4 Tabel nilai kekerasan pengujian ke-1...............................................................63
Tabel 3.8 . Tabel nilai kekerasan pengujian ke-3...............................................................67
Tabel 3.11 Tabel proses perlakuan surface hardening dengan penurunan manual
pengujian ke5 ...................................................................................................71
Tabel 4.1 Tahapan pengerasan permukaan baja ST 60 dan AISI 4140............................91
Tabel 4.2 Komposisi Unsur pada Spesimen AISI 4140 dan ST 60................................101
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Kekerasan ST 60 Sebelum dan Setelah Perlakuan Induksi
dan Quenching ...............................................................................................104
Tabel 4.4 Hasil Pengujian kekerasan AISI 4140 Sebelum dan Setelah Perlakuan
Induksi dan Quenching...................................................................................105
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kekerasan Micro Vickers Roda Gigi ST 60 Sebelum
Dan Setelah Perlakuan Induksi dan Quenching .............................................108
Tabel 4.6 Hasil Pengujian Kekerasan Micro Vickers Roda Gigi ST 60Sebelum dan
Setelah Perlakuan Induksi dan Quenching.....................................................108
Tabel 4.7 Recommended case depths at pitch line .........................................................113
Tabel 4.8 Recomended case and core hardness at pitch line of low-alloy steel gears...114
Tabel 4.9 Recommended case depth at tooth tip ............................................................114
Tabel 5.1 Komposisi unsur pada spesimen ST 60..........................................................134
Tabel 5.2 Hasil pengujian kekerasan setelah quenching ................................................137
Tabel 5.3 Hasil pengujian kekerasan setelah tempering.................................................137
Tabel 5.4 Tahapan pengerasan permukaan baja ST........................................................140
Daftar Tabel

XVIII
Tabel 5.5 Evolusi struktur mikro baja ST 60 dari titik pusat hingga kulit setelah
proses induction quenching dengan pemanasan hingga suhu 598 oC dalam
waktu 9 detik lalu didinginkan cepat dalam minyak. Nilai kekerasan tepi
56,5 HRC dan foto mikro dengan etsa Nital...................................................144
Tabel 5.6 Evolusi struktur mikro baja ST 60 dari titik pusat hingga kulit setelah
proses induction quench-tempering dengan pemanasan hingga suhu 250 &
350 oC dan ditahan selama 20 detik lalu didinginkan udara. Nilaikekerasan
tepi 50 & 49,9 HRC dan foto mikro dengan etsa Nital ..................................145
Tabel 6.1 Komposisi unsur.............................................................................................170
Tabel 6.2 Komposisi unsur AISI 1019...........................................................................171
Tabel 6.3 Hasil uji keras pisau hammer mill ..................................................................172
Tabel 6.4 Hasil uji keras plat raw material AISI ...........................................................173
Tabel 6.5 Hasil uji keras spesimen 1..............................................................................174
Tabel 7.1 Parameter pengujian spesimen camshaft........................................................206
Tabel 7.2 Komposisi unsur pada spesimen camshaft.....................................................212
Tabel 7.3 Parameter alat yang terukur............................................................................213
Tabel 7.4 Hasil pengujian kekerasan setelah hardening bagian atas..............................215
Tabel 7.5 Hasil pengujian kekerasan setelah hardening bagian kanan ..........................215
Tabel 7.6 Hasil pengujian kekerasan setelah hardening bagian bawah .........................216
Tabel 7.7 Hasil pengujian kekerasan setelah tempering bagian atas..............................216
Tabel 7.8 Hasil pengujian kekerasan setelah tempering bagian kanan...........................217
Tabel 7.9 Hasil pengujian kekerasan setelah tempering bagian bawah..........................217
Tabel 7.10 Foto makro spesimen camshaft ......................................................................228

XIX
Pemanasan induksi merupakan proses pemanasan benda kerja menggunakan
metode induksi elektromagnetik. Arus eddy yang dihasilkan dalam logam menyebabkan
pemanasan pada logam. Pemanas induksi dapat digunakan dalam berbagai fungsi, antara lain
pengerasan permukaan, peleburan logam, pengelasan, dan pemanasan pada temperatur yang
diinginkan. Pada industri otomotif, dibutuhkan pengerasan pada permukaan beberapa
komponen seperti roda gigi, katup, camshaft,dan cranksaft dengan tetap menjaga keuletan di
bagian dalam komponen tersebut. Di bidang permesinan digunakan untuk pengerasan tool
machine atau pahat mesin contohnya pisau hammer mill. Sedangkan di industri lokomotif
contohnya adalah pengerasan pin kereta api. Objek pada penelitian ini adalah roda gigi atau
gear, silinder pejal, pin kereta api, pisau hammer mill, dan camshaftt dengan transmisi yang
membutuhkan sifat tahan aus dann sifat keras pada permukaan serta tangguh dan ulet di
bagian dalam. Proses pengerasan permukaan dilakukan menggunakan alat pemanas induksi.
Pengujian ini menggunakan varian material yang banyak digunakan sebagai bahan baku
dalam industri alat transportasi. Spesimen ditempatkan di tengah koil induksi dan dipanaskan
sampai suhu austenit kemudian dicelupkan ke dalam pendingin dengan cepat. Percobaan
terhadap spesimen dibedakan oleh variasi baja induksi, serta temperatur dan waktu
penahanan. Spesimen dianalisis dengan uji komposisi kimia, uji kekerasan makro dan uji
mikrografi. Hasilnya adalah peningkatan nilai kekerasan permukaan dan ketebalan
pengerasan permukaan. Semakin rendah frekuensi induksi maka pengerasan yang terjadi
semakin tebal dan struktur martensit semakin dominan. Alat pemanas induksi terbukti
mampu meningkatkan nilai kekerasan permukaan spesimen sebesar 65 - 75 HRC dengan
ketebalan 3-4 mm sesuai yang distandarkan oleh ASM.
Abstrak

1
1.1 Latar Belakang
Perlakuan permukaan (Surface Treatment) pada suatu material merupakan salah
satu topik yang menarik untuk diteliti dan dikembangkan. Salah satu metode yang terus
berkembang adalah pengerasan permukaan induksi (Induction Hadening). Fakta menunjukan
bahwa kerusakan suatu material atau komponen mesin selalu diawali dari
permukaannya,sehingga penelitian dan pengembangan ilmu perlakuan permukaan tersebut
masih sangat dibutuhkan penelitian ini bertujuan untuk menambah referensi mata kuliah
khususnya ilmu perlakuan permukaan dan membuka wawasan bagi mahasiswa bahwa data
bahan yang ada didalam buku masih dapat ditambah atau bahkan diperbaiki. Dengan adanya
buku ini diharapkan dapat menjadi solusi untuk menambah referensi bagi mahasiswa atau
peneliti dan sebagainya.
Material yang diberi perlakuan permukaan hanya mengalami perubahan pada
permukaanya saja,sedangkan material dasar yang berada dilapisan lebih dalam tidak
mengalami perubahan sifat. Berdasarkan perubahannya perlakuan permukaan dapat dibagi
menjadi 3, yaitu :
a. Dengan menambah komposisi kimiannya seperti yang terjadi pada proses
Carburizing,Nituiding,Cyaniding dan Carbonituiding.
b. Dengan merubah fasa atau struktur kristalnya melalui pemanasan pada suhu tertentu
seperti, Quenching, Tempering, dan Blackening, dan
c. Dengan cara mekanik seperti Shot Peening dan Stutching. Pengerasan Induksi
adalah perhalusan permukaan yang sangat efektif untuk membentuk kedalaman
pengerasan yang kecil (0.25 mm – 1.5 mm) seperti pada komponen “rocker – arm
shafts”.
1
BAB
Pendahuluan

2
Pada proses surface hardening, pemanasan hanya dilakukan pada permukaan saja.
Ketebalan pengerasan dapat ditentukan dengan cara mengatur ketebalan pemanasan. Salah
satu metode surface hardening yang dapat diterapkan untuk meningkatkan kekerasan bahan
adalah induksi magnetik. Induksi magnetik ialah proses elektromagnetik nonkontak dimana
logam yang akan dikeraskan diletakkan di dalam sebuah kumparan tembaga yang dialiri arus
bolak balik frekuensi tinggi (Callebaut, 2007). Pada buku ini, penulis fokus untuk membahas
metode Induction Hardening (pengerasan induksi). Pengerasan induksi ialah proses elektro
magnetik non strip kontak dimana logam yang akan dikeraskan diletakkan didalam sebuah
kumparan tembaga yang dialiri arus bolak-balik arus frekuensi tinggi (Rudnev, dkk., 2003).
Metode proses pengerasan induksi hardening yaitu proses pemanasan non kontak
yang memanfaatkan prinsip elektromagnetik induksi yang dihasilkan oleh arus listrik bolak-
balik dari power unit mengalir melalui koil yang terbuat dari tembaga, kemudian benda kerja
dilewatkan pada koil yang sudah teraliri listrik sehingga permukaan benda kerja menjadi
panas, setalah itu dilakukan proses quenching (pendinginan cepat) yang akan menghasilkan
perubahan sifat fisik khususnya pada struktur mikro benda kerja menjadi lebih keras.
Manfaat yang diharapkan dari penulisan ini adalah memberikan konstribusi dalam
memberi sumber referensi yang berkaitan dengan kekerasan bahan khususnya pada industri
otomotif dan manufacturing, disamping itu memotivasi mahasiswa selalu berfikir inofatif
dibidang rekayasa material.
1.2 Tujuan Penulisan
Pokok – pokok yang menjadi tujuan penulisan:
a. Menambah buku referensi tentang peningkatkan ketahanan Aus material dengan
jalan memperkeras pada permukaan induksi (Induksi hardening).
b. Meningkatkan minat pembaca untuk menambah pengetahuan tentang material hasil
proses Induksi haredening, dengan vaiabel waktu dan jarak kumparan dan benda
kerja.
c. Pelaksanaan salah salah satu Tri Darma Perguruan tinggi yaitu bidang Penelitian.
1.3 Aplikasi dari Induction Hardening
Induction hardening Diaplikasi dalam industri pengolahan logam .utamanya
digunakan dalam kategori utama Preheating Prior sampai metalworking, heat treating,
welding, dan metal melting. Sementara ini yang paling umum digunakan,berbagai operasi

3
lain, seperti pengecatan, perekat bonding, dan Zona pengilangan semikonduktor (Zinn, &
Semiatin, 1988). beberapa aplikasi sebentar dibahas di bawah ini :
a. Preheating prior sampai metalworking
Induksi Preheating prior sampai baik diterima dalam industri penempaan dan
ekstrusi. Ini mudah disesuaikan dengan melalui preheating baja, aluminium paduan dan
logam khusus seperti Titanium dan paduan nikel-base. Sering, benda kerja dalam jenis
Aplikasi terdiri dari bulat, persegi, atau terpojok putaran square bar stock. Untuk baja, tingkat
tinggi Penghangat Ruangan induksi meminimalkan skala dan maka kerugian materi.
Pemanasan cepat meningkatkan tingkat produksi. Induksi Penghangat Ruangan ini juga
berguna untuk selektif preheating bar stock untuk membentuk operasi seperti judul.
b. Melting
Induksi proses sering digunakan untuk mencairkan baja berkualitas tinggi dan
nonferrous paduan (misalnya, aluminium dan tembaga paduan). Keuntungan khusus untuk
induksi mencair dibandingkan dengan proses peleburan lainnya termasuk tindakan
pengadukan alami(memberikan lebih seragam mencair) dan wadahnya
c. Welding, brazing, and soldering
Frekuensi tinggi induksi pengelasan menawarkan penghematan energi yang besar
karena panas terlokalisasi pada weld joint. Yang paling aplikasi umum induksi pengelasan
adalah dilas tabung atau pipa produk yang menjadikannya pada kecepatan tinggi, tinggi-
produksi pengolahan otomatis. Induksi mematri dan solder juga mengandalkan kemampuan
pemanas dan kontrol yang melekat dalam induction heating proses.
d. Tin reflow
Lapisan timah electrolytically disimpan pada lembaran baja yang tumpul, matte,
nonuniform finish. Heating of the sheet to 230 ° c (450 ° F) oleh induksimenyebabkan reflow
lapisan timah dan mengakibatkan penampilan yang cerah dan seragam cakupannya.
1.4 Aplikasi Induction Hardening di Finishing Baja
Lembar baja produk sering dilapisi atau dicat untuk alasan estetika atau untuk
mencegah korosi. Induction hardening secara luas digunakan dalam aplikasi tersebut untuk
reflow (atau halus) lapisan electrolytically deposit atau untuk mengawetkan lapisan cat (Zinn,
& Semiatin, 1988).

4
Gambar 1.1 Tower yang digunakan dalam pembuatan fiber optic (Zinn, &
Semiatin, 1988)
Dalam pembuatan tinplate, tin electrolytically diendapkan pada lembaran baja.
Diinginkan untuk "flow-brighten" lapisan timah dengan pemanasan suhu di atas yang
mencair titik (230 ° C atau 450 ° F). Hal ini menyebabkan permukaan timah mencairkan dan
mengalir ke segala arah, erat mengikuti lapisan. Jarum void di plating juga berkurang oleh
ini berarti. Operasi timah-reflow umumnya dilakukan dengan lebar kumparan wound di
sekitar strip. Karena fakta bahwa jalur ini biasanya bahan tipis-gage (0,18 untuk 0,36 mm,
atau 0,007 untuk 0.014 in.), RF Penghangat Ruangan umumnya digunakan. Namun, untuk
bahan tebal, 10-kHz heating telah dimanfaatkan. Strip di lebar hingga 1,5 m (60 in.) telah
diproses dengan teknik ini.Kecepatan strip dapat mencapai 610 m/min (2000 fpm) (Zinn, &
Semiatin, 1988).
1.5 Apliksi Induction Hardening di Industri Kaca
Aplikasi Induction hardening di industri kaca dilibatkan dalam penyambungan
Glass(kaca) ke Metal Sealing, perbaikan tangki-tangki kaca, lens blocking dan pembuatan
seratoptik. Berikut ini salah satu penerapannya adalah Glass-to-Metal Sealing (Zinn, &
Semiatin, 1988).
Glass-to-Metal Sealing sering diharuskan dalam fabrikasi komponen seperti
konektor. Masalah yang terkait dengan tingkat berbeda termal ekspansi dan kontraksi,
mengarah keretakan, telah dipecahkan melalui penggunaan material menengah yang disebut

5
Kovar®, yang dapat menyatu untuk kaca dan disolder ke base metal yang disatukan. Induksi
digunakan untuk menyediakan bahkan induction di sekitar joint antara dua bahan jadi yang
perluasan dan kontraksi seragam. Paduan timah memimpin umumnya digunakan sebagai
suhu rendah solder, dan sebuah fluksi nonkorosi cair atau mengurangi menghilangkan
suasana oksida permukaan. Dalam beberapa kasus, di mana Majelis memerlukan lambat
pendinginan untuk mencegah retak karena sisa tekanan, Bagian-bagian untuk dirakit yang
dipasang pada susceptor grafit massa termal yang menghambat disipasi panas pada
pendinginan (Zinn, & Semiatin, 1988).
1.6 Metode Penulisan
Metode penelitian yang digunakan oleh penulis adalah :
a. Studi Pustaka
Metode studi pustaka dilakukan dengan mengumpulkan data yang diperlukan
dengan mempelajari referensi yang berkaitan dengan penyusunan dan penulisan buku baik
berupa buku-buku perpustakaan, jurnal-jurnal yang diperoleh dari internet, serta laporan
Tugas Akhir yang berkaitan dengan pembuatan buku ini.
b. Bimbingan dan Konsultasi
Langkah ini dilakukan dengan cara mengkonsultasikan materi dalam buku ini dan
masalah-masalah yang timbul dalam pengambilan data dari revrensi yang dituju dengan
dosen pembimbing.
c. Pengolahan dan Analisa Data
Data yang diperoleh diolah kemudian dituangkan dalam tabel, grafik dan gambar.
1.7 Sistematika Penulisan
Pada bab I dijelaskan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, aplikasi dari
induction heating , induction heating applications di finishing baja, induction heating
applications di industri kaca, metode penelitian dan sistematika penulisan buku . Pada Bab
II menjelaskan tentang uraian yang membahas pengerasan permukaan dengan pemanas
induksi, prinsip pemanasan induksi, penggunaan pemanas induksi.
Pada Bab III menjelaskan tentang uraian yang membahas induksi silinder pejal dan
terdiri dari alat dan bahan, metodologi penelitian, hasil dan pembahasan dari pengujian,
kesimpulan, daftar pustaka. Pada Bab IV menjelaskan tentang uraian yang membahas induksi
gear dan terdiri dari material gear, dimensi benda uji, metodologi penelitian, hasil dan
pembahasan dari pengujian, kesimpulan, daftar pustaka. Pada Bab V menjelaskan tentang

6
uraian yang membahas induksi pin kereta api dan terdiri dari alat dan bahan, metodologi
penelitian, hasil dan pembahasan dari pengujian, kesimpulan, daftar pustaka.
Pada Bab VI menjelaskan tentang uraian yang membahas induksi pisau hammer
mill dan terdiri dari alat dan bahan, metodologi penelitian, hasil dan pembahasan dari
pengujian, kesimpulan, daftar pustaka. Pada Bab VII menjelaskan tentang uraian yang
membahas induksi pisau camshaf dan terdiri dari alat dan bahan, metodologi penelitian, hasil
dan pembahasan dari pengujian, kesimpulan, daftar pustaka.
Pada penutup berisi tentang kesimpulan dan pesan penulis yang diharapkan bisa
memberikan manfaat yang lebih baik di masa yang akan datang.Terakhir adalah daftar
pustaka dan lampiran menampilkan seluruh informasi dan dokumen tertulis yang dijadikan
landasan dan pengembangan penelitian. Penulisan daftar pustaka mengikuti aturan “Harvard
System”. Lampiran berisi data hasil pengujian.

7
Daftar Pustaka
Callebaut J., 2007, “Power Quality and Utilisation Guide,” www.leonardo-energy.org.
Rudnev V. I., Loveless D., Cook R., 2003, “Handbook of Induction Heating,” Marcel Decker,
Inc., New York.
Zinn S., Semiatin.S.L.,1988,’’ Elements of Induction Heating: Design, Control, and
Applications,’’ ASM International, Ohio

9
2.1 Pengerasan Permukaan dengan Pemanas Induksi
Pemanasan secara induksi berdasarkan pada prinsip induksi elektromagnetik.
Prinsip ini dijelaskan pertama kali oleh Michael Faraday pada tahun 1831. Prinsip induksi
elektromagnetik ini menjadi dasar penemuan transformator. Tidak lama setelah itu berbagai
aplikasi pemanasan secara induksi telah berkembang pesat. Pada pemanasan induksi, panas
dihasilkan didalam material dan berasal dari pemanasan oleh material itu sendiri sehingga
energi dapat digunakan secara maksimal untuk memanaskan material.
Pemanasan secara induksi memiliki karakteristik sebagai berikut:
a. Secara teknis:
 Karena kerapatan energinya tinggi, pemanas induksi bisa berukuran kecil dan
mampu melepaskan panas dalam waktu yang relatif singkat.
 Dengan induksi dimungkinkan untuk mencapai suhu yang sangat tinggi.
 Pemanasan dapat dilakukan pada lokasi tertentu.
 Sistem dapat dibuat bekerja secara otomatis.
b. Konsumsi energi:
 Pemanas induksi secara umum memiliki efisiensi energi yang tinggi, namun
hal ini juga bergantung pada karakteristik material yang dipanaskan.
 Rugi-rugi pemanasan dapat ditekan seminimal mungkin.
c. Kualitas:
 Dapat dilakukan pada kondisi kedap udara sehingga kemurnian material dapat
dijaga.
 Lokasi yang dipanaskan dapat ditentukan secara akurat.
2
BAB
Dasar Teori

10
 Suhu dapat diatur secara tepat.
d. Dampak lingkungan:
 Tidak menghasilkan gas-gas sisa pembakaran.
e. Kekurangan:
 Dibutuhkan investasi yang tinggi untuk sistem besar jika dibandingkan dengan
sistem lain.
 Pemanasan induksi lebih dipilih untuk memanaskan material dengan bentuk
yang sederhana.
2.2 Prinsip Pemanasan Pnduksi
Prinsip pemanasan induksi secara sederhana yaitu ketika sebuah kumparan yang
dialiri arus bolak-balik berada disekitar bahan konduktif, maka keduanya akan dihubungkan
oleh medan magnet bolak-balik. Medan magnet ini akan menginduksikan arus listrik bolak-
balik yang disebut arus eddy, yang mengalir pada permukaan bahan konduktif dan kemudian
akan memanaskan bahan konduktif tersebut. Selain itu ada beberapa faktor lain yang ikut
berpengaruh pada proses pemanasan, yaitu rugi-rugi hystersis dan efek kulit. Jadi secara
umum prinsip dasar yang dimanfaatkan dalam pemanasan induksi yaitu:
1. Arus Eddy
Arus Eddy memiliki peranan yang paling dominan dalam proses pemanasan induksi.
Panas yang dihasilkan pada material sangat bergantung kepada besarnya arus eddy yang
diinduksikan oleh lilitan penginduksi. Ketika lilitan dialiri oleh arus bolak-balik, maka akan
timbul medan magnet di sekitar kawat penghantar. Medan magnet tersebut besarnya berubah-
ubah sesuai dengan arus yang mengalir pada lilitan tersebut. Jika terdapat bahan konduktif di
sekitar medan magnet yang berubah-ubah tersebut, maka pada bahan konduktif tersebut akan
mengalir arus yang disebut arus eddy (Wildi, 1981).

11
Gambar 2.1. Fluksi AC menginduksi tegangan E1 (Wildi, 1981)
Gambar 2.1 memperlihatkan fluks arus AC yang menginduksi potongan konduktor
yang berbentuk kotak, tegangan induksinya adalah E1. Jika konduktor tersebut merupakan
rangkaian tertutup, maka akan ada arus yang mengalir pada konduktor, arus ini disebut arus
eddy. Arus ini berputar secara terus-menerus di dalam konduktor. Jika konduktor diinduksi
dengan arus bolak-balik, maka akan timbul panas yang sangat besar.
Gambar 2.2. Arus eddy yang diinduksikan pada piringan metal (Wildi, 1981)
Besarnya tegangan yang diinduksikan pada bahan konduktif tersebut sesuai dengan
hukum Faraday :
dengan:
E = Tegangan Induksi (Volt)
dǾ/dt = Perubahan fluks terhadap waktu (Wb/s)
N = Jumlah lilitan

12
Pada Gambar 2.3 dapat dilihat arus eddy yang terjadi pada konduktor yang berada
di dalam kumparan solenoida. Arus yang terjadi pada konduktor arahnya berlawanan dengan
arah arus pada kumparan solenoida.
Gambar 2.3. Arus eddy pada permukaan bahan (Wildi, 1981)
Energi panas yang dikonversikan pada material sesuai dengan persamaan:
dengan:
P = Daya yang ditransfer (Watt)
E = Tegangan (Volt)
i = Arus (Ampere)
R = Tahanan dalam bahan (Ohm)
Besarnya nilai tahanan ditentukan oleh resistifitas bahan (ρ), luas penampang, dan
panjang konduktor. Sedangkan arus ditentukan oleh intensitas medan magnet.

13
dengan:
R = tahanan benda (ohm)
ρ = resistifitas (ohm.m)
l = panjang konduktor (m)
= luas penampang konduktor (m2
)
Resistifitas dari konduktor bervariasi tergantung pada suhu konduktor tersebut.
Pada sebagian besar metal, nilai ρ naik seiring bertambahnya suhu. Nilai resistifitas dari metal
murni sering digambarkan sebagai fungsi linear sesuai dengan persamaan berikut ini:
dengan:
ρ0 = resistifitas pada suhu lingkungan T0 (Ω.m)
ρ[T] = resistifitas pada suhu lingkungan T (Ω.m)
α = koefisien suhu dari resistifitas bahan
2. Rugi-rugi Hysterisis
Rugi-rugi histerisis juga memiliki peranan penting dalam pemanasan induksi.
Namun hal ini hanya berlaku pada material yang bersifat ferromagnetik seperti besi. Untuk
material diamagnetik seperti aluminium, pemanasan lebih didominasi oleh arus eddy (Wildi,
1981).

14
Gambar 2.4. Intensitas fluks (B) dan intensitas medan magnet (H) pada benda kerja
(Wildi, 1981)
Rangkaian pada Gambar 2.4 menunjukkan sebuah kumparan yang dihubungkan
dengan sebuah sumber arus. Sumber arus akan menghasilkan arus I, dengan nilai dari nol
sampai maksimal (I). Seiring dengan pertambahan arus I maka nilai H dan B juga meningkat
(berbanding lurus). Peningkatan nilai H dan B akan terlihat seperti Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Residual induction and coercive force (Wildi, 1981)
Ketika arus naik, maka medan magnet B akan naik diikuti kenaikan H sesuai kurva
0a, dan ketika arus turun menuju nol, maka akan diikuti dengan penurunan B, akan tetapi
penurunannya mengikuti kurva ab di atas kurva oa. Sama juga berarti jika menurunkan
intensitas medan magnet (H), maka intensitas fluks akan berusaha untuk mempertahankan
nilainya, hal ini disebut hysteresis. Akibatnya saat H diturunkan hingga mencapai harga nol,

15
masih ada nilai intensitas medan (B) yang tersisa. Intensitas medan ini dikenal dengan induksi
residu (Br).
Jika ingin menghabiskan nilai induksi residu tersebut, harus mengubah arah arus
atau meningkatkan nilai intensitas medan magnet dengan arah berlawanan, atau pada Gambar
2.6 mengikuti kurva bc. Dengan demikian intensitas fluks akan memiliki nilai nol pada titik
c. Intensitas medan magnet yang diperlukan untuk mengenolkan nilai intensitas fluks dari
titik b inilah yang disebut dengan gaya koersif (coercive force).
Diperlukan suatu energi untuk mengubah intensitas fluks dari Br menjadi nol.
Energi ini digunakan untuk mengatasi suatu hambatan dari pergesaran intensitas fluks yang
terjadi. Penggunaan energi ini akan menyebabkan panas yang juga disebut rugi-rugi
hysteresis yang pada alat pemanas induksi ini dimanfaatkan untuk memanaskan benda kerja.
Jika +B dan –B sebagai puncak intensitas fluks demikian juga +H dan –H, dapat
dibuat sebuah histerisis loop seperti Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Hysterisis loop (Wildi, 1981)
Dari gambar 2.6 dapat dilihat bahwa fluks berayun dari titik a,b,c,d,e,f secara terus-
menerus selama mengalir arus catu dengan kecepatan sesuai frekuensi yang diberikan. Dalam
sekali siklus sejumlah energi tertentu diubah menjadi panas. Sehingga dengan meningkatnya
frekuensi maka akan semakin meningkat pula energi yang diubah menjadi panas.

16
3. Efek kulit
Jika arus searah melewati sebuah konduktor, maka arus akan terdistribusi secara
merata pada seluruh permukaan konduktor tersebut, seperti terlihat pada Gambar 2.7. Tetapi
jika arus bolak-balik dialirkan melalui konduktor yang sama, arus tidak tersebar secara
merata. Kerapatan arus paling besar selalu berada di permukaan konduktor dan kerapatan
arus ini akan semakin berkurang ketika mendekati pusat konduktor. Hal ini disebut efek kulit.
Berbeda dengan saat dialiri arus DC, konduktor tunggal yang dialiri arus AC seperti
pada Gambar 2.7, akan dikelilingi medan magnet konsentris H(t). Medan ini akan
menginduksi kembali konduktor sehingga timbul arus Eddy. Arus eddy ini melawan arah arus
utama pada bagian pusat konduktor dan searah pada permukaan konduktor. Ini menyebabkan
distribusi arus utama tidak merata, yaitu arus berkurang di bagian tengah dan paling besar
pada bagian permukaan (Keung, 2004).
Gambar 2.7. Distribusi arus pada sebuah konduktor tunggal jika dialiri arus DC (Keung,
2004)
Gambar 2.8. Distribusi arus pada sebuah konduktor tunggal jika dialiri arus AC (Keung,
2004)

17
Semakin tinggi frekuensi yang diterapkan pada konduktor, maka semakin besar arus
yang mengalir pada permukaan konduktor. Besarnya tahanan yang terdapat pada konduktor
setelah terjadi efek kulit yaitu:
dengan:
Rac = Tahanan AC (ohm)
Rdc = Tahanan DC (ohm)
Rsc = Tahanan skin efek (ohm).
Fse = Faktor skin efek.
Besarnya faktor skin efek sendiri diperoleh dari persamaan:
Fse = d/δ
dengan:
Fse = Faktor skin efek.
d = Diameter konduktor (mm).
δ = kedalaman kulit (mm).
Kedalaman kulit (δ) merupakan karakteristik dari masing-masing bahan konduktif
dan diukur dari permukaan konduktor dimana gelombang elektromagnet besarnya 1/ε atau
37% dari nilai pada permukaanya akibat arus eddy (Keung, 2004).
atau
dengan:
δ = kedalaman kulit (m)

18
μ = permeabilitas (H/m)
σ = konduktifitas (mho/m)
ρ = resistifitas (ohm/m)
Efek kulit ini menyebabkan energi panas yang dikonversi dari energi listrik terpusat
pada permukaan material, sehingga permukaan material lebih cepat panas dari pada pusatnya.
Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9. Pengaruh frekuensi pada pemanasan induksi (Keung, 2004)
2.3 Penggunaan Pemanas Induksi
Berikut ini adalah beberapa penggunaan pemanas induksi untuk mengeraskan
permukaan suatu benda agar menjadi lebih kuat.
2..3.1 Aplikasi pemanas induksi pada roda gigi
Pada Gambar 2.10 menunjukkan penggunaan pemanas induksi untuk roda gigi
dengan frekuensi tinggi, maka arus Eddy akan mengikuti kontur dari tooth roda gigi karena
kerapatan arusnya akan berada pada bagian ujung dari tooth roda gigi sedangkan untuk
frekuensi rendah yang diaplikasikan pada roda gigi maka arus Eddy akan berada pada bagian
akar dari tooth roda gigi.

19
Gambar 2.10. Profil pemanasan dengan frekuensi rendah dan tinggi (Kuswanto, 2010)
2.3.1.1 Tinjauan umum tentang roda gigi
Sistem transmisi daya yang menggunakan roda gigi telah banyak digunakan pada
berbagai jenis pengerak. Hal ini disebabkan karena sistem transmisi yang menggunakan roda
gigi memiliki beberapa kelebihan dibanding sistem transmisi lain. Kelebihan dari sistem
transmisi roda gigi adalah sebagai berikut:
a. Perbandingan kecepatan angular antara poros input dan output dijamin konstan.
b. Kapasitas daya yang dapat diteruskan relatif besar.
c. Tidak ada slip, sehingga efisiensinya tinggi.
d. Konstruksi yang dihasilkan cukup kompak, artinya butuh ruang yang kecil.
e. Keandalannya cukup tinggi.
f. Perawatan mudah.
Selain itu ada beberapa kekurangan, yaitu harga konstruksinya yang mahal, noise
yang tinggi dan gaya kejut yang diteruskan cukup tinggi (Setiyana, 2005).
2.3.1.2 Heat treatment pada roda gigi
Perlakuan panas atau heat treatment dapat didefinisikan sebagai sebagai kombinasi
operasi pemanasan dan pendinginan terhadap logam atau paduannya dalam keadaan padat

20
dalam waktu tertentu. Hal ini dimaksudkan untuk memperoleh sifat yang diinginkan dengan
merubah struktur mikronya (Wibowo, 2006).
Disamping itu semua dasar – dasar proses perlakuan panas melibatkan transformasi
dan dekomposisi austenite. Langkah pertama dalam proses perlakuan panas pada baja adalah
melakukan pemanasan sampai temperatur tertentu atau diatas temperatur kritis untuk
membentuk fase austenite. Kemudian dilakukan penahanan waktu agar austenite dapat lebih
homogen baru setelah itu baru dilakukan pendinginan. Proses pendinginan dilakukan dengan
cermat agar benda kerja tidak mengalami cacat retak setelah dilakukan proses ini (Kuswanto,
2010). Berikut ini adalah diagram kesetimbangan Fe-Fe3C untuk baja dapat dilihat pada
gambar 2.11 dan gambar 2.12.
Gambar 2.11. Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C (Rudnev, dkk., 2003)
Gambar 2.12. Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C untuk baja (Rudnev, dkk., 2003)

21
Surface treatment dibagi tiga jenis yaitu:
a. Softening
Softening bertujuan untuk mempermudah proses machining, menghilangkan
tegangan dalam, memperbesar atau memperkecil ukuran butir agar seragam dan
meningkatkan keuletan (ductility). Contoh softening yaitu annealing, normalizing,
tempering.
b. Hardening
Hardening adalah proses perlakuan panas yang dilakukan untuk mendapatkan
kekuatan, kekerasan dan fatique limit yang tinggi. Hardening dilakukan dengan memanaskan
baja sampai mencapai temperatur austenite, dipertahankan beberapa saat pada temperatur
tertentu kemudian didinginkan dengan cepat untuk mendapatkan martensite yang keras.
Kekerasan maksimum yang dapat dihasilkan setelah proses hardening tergantung pada
kandungan karbon pada material tersebut. Makin tinggi kandungan karbonnya, maka akan
tinggi pula kekerasan yang akan dicapai (Rudnev, dkk., 2003) yang dijelaskan pada Gambar
2.13.
Gambar 2.13. Hubungan antara kekerasan, kadar karbon, dan jumlah martensite (Rudnev,
dkk., 2003)
c. Carburizing
Carburizing adalah sebuah proses dimana material baja yang berada pada fase
austenite dikontakkan pada sebuah lingkungan yang memiliki kadar karbon yang cukup
sehinga akan terjadi penyerapan karbon pada permukaan secara difusi dan menciptakan
gradient konsentrasi karbon antara permukaan dengan bagian dalam dari besi. Kedalaman

22
penetrasi dari karbon sangat bergantung pada suhu, waktu penahanan dan komposisi dari
carburizing agent. Carburizing agent dapat berupa padat, cair ataupun gas.
Tujuan utama dari proses carburizing dan hardening roda gigi yaitu untuk
mendapatkan permukaan yang keras namun tetap ulet di bagian dalam. Untuk proses ini, baja
karbon rendah (maksimum 0,3% karbon), dengan atau tanpa elemen paduan
(nikel,vkromium, mangan, molybdenum) biasa dipergunakan. Ada lima metode carburizing
berdasarkan medium carburizing-nya, yaitu: carburizing padat, carburizing cair, Carburizing
dengan medium gas, vacuum carburizing, dan plasma carburizing (Davis & Davis, 2005).
2.3.2 Aplikasi pemanas induksi pada silinder pejal
Dasar pengerasan induksi seperti digambarkan pada Gambar 2.2 terletak pada
kemampuan untuk menginduksi arus eddy dalam konduktor listrik. Sebuah sistem pemanas
induksi sederhana terdiri dari kumparan (induktor) dan sumber arus bolak-balik. Kumparan,
juga disebut sebagai induktor, umumnya terbuat dari tembaga karena sifatnya yang
menguntungkan seperti hambatan listrik yang rendah dan non-magnet. Kumparan membawa
arus bolak-balik di sekitar benda kerja yang akan induksi. arus bolak-balik menghasilkan
medan magnet yang menginduksi pada benda kerja. arus eddy ini memanaskan benda kerja
dan meningkatkan suhu di luar suhu transformasi langsung. Austenitization berlangsung
untuk menghasilkan struktur martensit (Callister, 2007).
Gambar 2.14 Skema pengerasan sistem induksi (Callister, 2007)

23
Ada banyak faktor yang akan mempengaruhi hasil akhir dari suatu proses
pengerasan induksi, enam parameter utama yang berpengaruh dalam proses induksi meliputi
input daya, frekuensi, desain kumparan, jarak koil dengan benda kerja, waktu pemanasan dan
media pendingin (Haimbaugh, 2005).
1. Input Daya
Dalam membahas tentang input daya maka berkaitan dengan densitas daya, yang
didefinisikan sebagai sumber daya dibagi dengan luas permukaan benda kerja. Sebagai aturan
umum, kepadatan daya yang rendah digunakan untuk melalui pengerasan untuk mencegah
overheating di permukaan, sedangkan kepadatan daya tinggi digunakan untuk pengerasan
permukaan yang akan dicapai dalam waktu sesingkat mungkin. Pada dasarnya ada empat
jenis utama sumber daya: sistem garis frekuensi (pasokan frekuensi, 60Hz), sistem motor
generator (motor alternator, 500Hz - 10KHz), sistem solid-state (inverter solid state, 180 -
50KHz) dan tabung vakum (frekuensi radio, 50KHz - 10MHz). Ada empat jenis sumber daya
yang beroperasi di berbagai zona frekuensi untuk aplikasi yang berbeda. Tergantung
padasifat dari persyaratan perlakuan panas, setiap sistem akan memiliki fitur unik dengan
keunggulan khas. Sistem-garis frekuensi digunakan terutama melalui pengerasan oleh
rentang frekuensi operasi yang rendah. Efisiensi dari sistem ini adalah tinggi karena tidak
ada konversi frekuensi yang diperlukan, maka rugi daya disimpan ke minimum. Dalam
sistem motor generator, arus frekuensi garis diubah menjadi arus frekuensi yang lebih tinggi
dengan induksi elektromagnetik menggunakan motor dengan gulungan tembaga. Hal ini
memberikan efisiensi yang lebih rendah daripada sistem garis frekuensi. Sistem solid state
telah perlahan-lahan menggantikan sistem motor generator dalam beberapa dekade terakhir
karena memiliki biaya yang lebih rendah dan hampir tidak ada konsumsi daya dalam modus
siaga, dibandingkan dengan sistem motor generator yang mengharuskan 15% sampai 20%
dari konsumsi daya maksimum selama siaga modus. Terlepas dari karakteristik kedalaman
pemanasan dangkal, sistem tabung vakum memiliki efisiensi terendah dan biaya tertinggi di
antara empat sumber daya. Pilihan sumber daya tergantung pada frekuensi, meskipun ada
beberapa tumpang tindih antara kemampuan frekuensi sumber yang berbeda. Untuk output
tinggi efisiensi daya misalnya, sistem solid state akan membuat kinerja yang lebih baik
daripada sistem listrik tabung hampa. Berikut ini adalah berbagai jenis sumber daya yang
beroperasi di berbagai zona frekuensi yang dapat dilihat pada gambar 2.15.

24
Gambar 2.15 Berbagai jenis sumber daya yang beroperasi di berbagai zona frekuensi
(Callister, 2007)
2. Pemilihan Frekuensi
Hubungan antara medan elektromagnetik dan kedalaman diinduksi dapat diwakili
dengan persamaan:
d = 5000 √ (ρ / µf)
di mana 'd' menunjukkan kedalaman acuan dalam cm, dan 'f' sebagai frekuensi medan
elektromagnetik bolak dalam hertz, 'ρ' adalah resistivitas benda kerja di ohmcentimeter, dan
'μ' adalah permeabilitas magnetik relatif dari benda kerja (berdimensi). 'd' secara
konvensional didefinisikansebagai kedalaman di bawah permukaan di mana kekuatan medan
induksi berkurang menjadi 37% dari nilai permukaannya. Seperti itu indikasi efek kulit

25
induksi pengerasan di mana arus eddy yang paling intensif, ia berfungsi sebagai proporsi
langsung dari kedalaman kasus, yang biasanya didefinisikan oleh metalurgi sebagai kasus
transformasi martensit. Oleh karena itu frekuensi berbanding terbalik dengan referensi dan
kasus kedalaman. Kedalaman kekerasan tergantung frekuensi induksinya. sebagai contoh :
a) Frekuensi 1000 Hz –> kedalaman 4.5 – 9 mm
b) Frekuensi 1000000Hz –> kedalaman 0.25 – 0.8 mm
c) Kekerasan permukaan dengan metode ini bisa mencapai 50 – 60 HRC sedangkan bagian
core atau intinya hanya sekitar 10 -20 HRC.
3. Desain Koil
Desain koil dan induktansi (jumlah putaran/lilitan) memiliki efek luar biasa pada
pola pemanasan dan distribusi panas. Tergantung pada geometri benda kerja dan spesifikasi
dari keseragaman kedalaman kasus dan kebutuhan, induktor dibuat sesui dengan benda kerja
dan pengaplikasiannya untuk memastikan hasil pemanasan yang konsisten dan dapat
diandalkan.
4. Efek Proximiti
Efek Proximiti mengacu pada ruang udara antara benda kerja dan koil. Hal ini
mempengaruhi pola dan intensitas pemanasan pada benda kerja. Untuk benda kerja
diposisikan dekat dengan kumparan, kedalaman pemanasan yang dicapai akan lebih dalam
akibat konsekuensi dari kepadatan daya yang lebih tinggi.
5. Waktu Pemanasan/Dwelling Time
Dwelling time memiliki dampak yang signifikan terhadap benda kerja. Terlalu lama
panas-dwelling time akan membuat benda kerja mencair atau melebihi temperature yang
diinginkan, sementara terlalu pendek waktu pemanasan akan membuat benda kerja tidak
mencapai temperatur austenitize atau temperature yang diinginkan.
6. Teknik Pendinginan dan Quenchants
Teknik pendinginan dan quenchants adalah fitur penting dari pengerasan induksi.
Teknik pendinginan yang digunakan didasarkan pada ukuran bagian, geometri, pengerasan
material dan spesifikasi pemanas. Jenis media pendingin dapat meliputi:

26
a) Air
Pendinginan dengan menggunakan air akan memberikan daya pendinginan yang
cepat. Biasanya ke dalam air tersebut dilarutkan garam dapur sebagai usaha mempercepat
turunnya temperatur benda kerja dan mengakibatkan bahan menjadi keras.
Air memiliki karakteristik yang khas yang tidak dimiliki oleh senyawa kimia yang
lain. Karakteristik tersebut adalah sebagai berikut pada kisaran suhu yang sesuai bagi
kehidupan, yakni 0°C (32°F) – 100°C, air berwujud cair. Suhu 0°C merupakan titik beku
(freezing point) dan suhu 100°C merupakan titik didih (boiling point) air.
Perubahan suhu air berlangsung lambat sehingga air memiliki sifat sebagai
penyimpan panas yang sangat baik. Sifat ini memungkinkan air tidak menjadi panas atau
dingin dalam seketika. Air memerlukan panas yang tinggi dalam proses penguapan.
Penguapan (evaporasi) adalah proses perubahan air menjadi uap air. Proses ini
memerlukan energi panas dalam jumlah yang besar. Oleh karena itu dalam penelitian ini
digunakan air es dalam proses pendinginan setelah proses Heat Treatment karena dapat
mendinginkan logam yang telah dipanaskan secara cepat. Suhu air es berkisar antara 0°C-
5°C, densitas (berat jenis) air maksimum sebesar 1 g/cm terjadi pada suhu 3,95°C. Pada suhu
lebih besar maupun lebih kecil dari 3,95°C, densitas air lebih kecil dari satu.
b) Minyak
Minyak yang digunakan sebagai fluida pendingin dalam perlakuan panas adalah
benda kerja yang diolah. Selain minyak yang khusus digunakan sebagai bahan pendingin
pada proses perlakuan panas, dapat juga digunakan oli, minyak bakar atau solar.
c) Udara
Pendinginan udara dilakukan untuk perlakuan panas yang membutuhkan
pendinginan lambat. Untuk keperluan tersebut udara yang disirkulasikan ke dalam ruangan
pendingin dibuat dengan kecepatan yang rendah. Udara sebagai pendingin akan memberikan
kesempatan kepada logam untuk membentuk kristal – kristal dan kemungkinan mengikat
unsur – unsur lain dari udara. Adapun pendinginan pada udara terbuka akan memberikan
oksidasi oksigen terhadap proses pendinginan.
d) Garam
Garam dipakai sebagai bahan pendingin disebabkan memiliki sifat mendinginkan
yang teratur dan cepat. Bahan yang didiginkan di dalam cairan garam yang akan

27
mengakibatkan ikatannya menjadi lebih keras karena pada permukaan benda kerja tersebut
akan meningkat zat arang. Kemampuan suatu jenis media dalam mendinginkan spesimen
bisa berbeda-beda, perbedaan kemampuan media pendingin disebabkan oleh temperatur,
kekentalan, kadar larutan dan bahan dasar media pendingin.
Media pendinginan yang paling umum digunakan dalam industri adalah air
sedangkan minyak adalah media pendinginan yang lebih sering digunakan untuk baja dengan
kandungan karbon yang tinggi guna memastikan tingkat pendinginan yang lambat untuk
mencegah distorsi dan retak.
2.3.2.1 Tinjauan umum tentang silinder pejal
1. Baja
Baja adalah logam paduan antara besi (Fe) dan karbon (C), dimana besi sebagai
unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan karbon dalam baja
berkisar antara 0,1% hingga 1,7% sesuai tingkatannya. Dalam proses pembuatan baja akan
terdapat unsur-unsur lain selain karbon yang akan tertinggal di dalam baja seperti mangan
(Mn), silikon (Si), kromium (Cr), vanadium (V), dan unsur lainnya. Berdasarkan komposisi
dalam prakteknya baja terdiri dari beberapa macam yaitu: Baja Karbon (Carbon Steel), dan
Baja Paduan (Alloy Steel) (Callister, 2007).
2 Klasifikasi Baja
Berdasarkan tinggi rendahnya presentase karbon di dalam baja, baja karbon
diklasifikasikan sebagai berikut (Callister, 2007):
1. Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel) mengandung karbon antara 0,10 s/d 0,30
%. Baja karbon ini dalam perdagangan dibuat dalam plat baja, baja strip dan baja
batangan atau profil.
2. Baja Karbon Menengah (Medium Carbon Steel) mengandung karbon antara 0,30%
- 0,60%. Baja karbon menengah ini banyak digunakan untuk keperluan alatalat
perkakas bagian mesin juga dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti untuk
keperluan industri kendaraan, roda gigi, pegas dan sebagainya.
3. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel) mengandung kadar karbon antara 0,60% -
1,7% . Baja ini memiliki tegangan tarik paling tinggi dan banyak digunakan untuk
material tools. Salah satu aplikasi dari baja ini adalah dalam pembuatan kawat baja
dan kabel baja. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung didalam baja maka

28
baja karbon ini banyak digunakan dalam pembuatan pegas, alat-alat perkakas
seperti: palu, gergaji atau pahat potong
3. Sifat Mekanik Baja
Sifat mekanik suatu bahan adalah kemampuan bahan untuk menahan beban-beban
yang dikenakan padanya. Beban-beban tersebut dapat berupa beban tarik, tekan, bengkok,
geser, puntir, atau beban kombinasi. Sifat-sifat mekanik yang terpenting antara lain (Callister,
2007):
1. Kekuatan (strength) menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan
tanpa menyebabkanbahan tersebut menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa
macam, dan ini tergantung pada beban yang bekerja antara lain dapat dilihat dari
kekuatan tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan, kekuatan puntir, dan kekuatan
bengkok.
2. Kekerasan (hardness) dapat didefenisikan sebagai kemampuan bahan untuk
bertahan terhadapgoresen, pengikisan (abrasi), penetrasi. Sifat ini berkaitan erat
dengan sifat keausan (wear resistance). Dimana kekerasan ini juga mempunyai
korelasi dengan kekuatan.
3. Kekenyalan (elasticity) menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan
tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan
dihilangkan. Kekenyalan juga menyatakan seberapa banyak perubahan bentuk yang
permanen mulai terjadi, dengan kata lain kekenyalan menyatakan kemampuan
bahan untuk kembali ke bentuk dan ukuran semula setelah menerima beban yang
menimbulkan deformasi.
4. Kekakuan (stiffness) menyatakan kemampuan bahan untuk menerima
tegangan/beban tanpamengakibatkan terjadinya perubahan bentuk (deformasi) atau
defleksi. Dalam beberapa hal kekakuan ini lebih penting daripada kekuatan.
5. Plastisitas (plasticity) menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah
deformasi plastis yang permanen tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Sifat
ini sangat diperlukan bagi bahan yang akan diproses dengan berbagai proses
pembentukan seperti, forging, rolling, extruding dan sebagainya. Sifat ini sering
juga disebut sebagai keuletan/kekenyalan (ductility).
6. Ketangguhan (toughness) menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah
energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Juga dapat dikatakan sebagai
ukuran banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan suatu benda kerja,

29
pada suatu kondisi tertentu. Sifat ini dipengaruhi oleh banyak faktor, sehingga sifat
ini sulit untuk diukur.
7. Kelelahan (fatigue) merupakan kecenderungan dari logam untuk patah apabila
menerima tegangan berulang-ulang (cyclic stress) yang besarnya masih jauh
dibawah batas kekuatan elastisitasnya. Sebagian besar dari kerusakan yang terjadi
pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan. Karenanya kelelahan merupakan
sifat yang sangat penting tetapi sifat ini juga sulit diukur karena sangat banyak faktor
yang mempengaruhinya.
8. Keretakan (creep) merupakan kecenderungan suatu logam mengalami deformasi
plastis yang besarnya merupakan fungsi waktu, pada saat bahan tersebut menerima
beban yang besarnya relatif tetap.
2.3.2.2 Heat treatment pada silinder pejal
Perlakuan panas atau Heat Treatment mempunyai tujuan untuk meningkatkan
keuletan, menghilangkan tegangan internal (internal stress), menghaluskan ukuran butir
kristal dan meningkatkan kekerasan atau tegangan tarik logam. Beberapa faktor yang dapat
mempengaruhi perlakuan panas, yaitu suhu pemanasan, waktu yang diperlukan pada suhu
pemanasan, laju pendinginan dan lingkungan atmosfir. Perlakuan panas adalah kombinasi
antara proses pemanasan atau pendinginan dari suatu 6 logam atau paduannya dalam keadaan
padat untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan hal ini maka kecepatan
pendinginan dan batas temperatur sangat menentukan
a. Quenching
Pengertian pengerasan ialah perlakuan panas terhadap baja dengan sasaran
meningkatkan kekerasan alami baja. Perlakuan panas menuntut pemanasan benda kerja
menuju suhu pengerasan dan pendinginan secara cepat dengan kecepatan pendinginan kritis
b. Tempering
Tempering didefinisikan sebagai proses pemanasan logam setelah dikeraskan
(quenching) pada temperatur tempering (di bawah suhu kritis) sehingga diperoleh ductility
tertentu, yang dilanjutkan dengan proses pendinginan. Prosesnya adalah memanaskan
kembali berkisar antara suhu 150°C – 650°C dan didinginkan secara perlahan-lahan
tergantung sifat akhir baja tersebut (Callister, 2007).

30
2..3.3 Aplikasi pemanas induksi pada pisau hammer mill
Salah satu metode yang dapat digunakan untuk melakukan surface hardening adalah
dengan menggunakan pemanas induksi. Metode ini cukup mudah dalam penggunaannya
sehingga tidak membutuhkan skill yang banyak untuk mengoperasikannya.
Secara prinsip pemanas induksi merupakan proses pemanasan menggunakan prinsip
kumparan yang dialiri arus bolak-balik yang diletakkan disekitar bahan konduktif. Kumparan
dan material konduktif akan menghasilkan medan magnet bolak-balik yang menghasilkan
arus Eddy. Arus Eddy yang mengalir di sekitar material konduktif menghasilkan panas pada
material konduktif tersebut. Prinsip ini digunakan dalam pemanasan roda gigi dengan
mengganti material konduktif tersebut dengan roda gigi. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat
skema rancang alat pemanas induksi pada gambar 2.16 sebagai berikut.
Gambar 2.16 Skema rancangan alat pemanas induksi (Callister, 2007).
Skema rangkaian pemanas induksi generasi pertama terlihat pada Gambar 2.16
dimana terdapat beberapa bagian yang utama, yaitu rangkaian elektronika daya, rangkaian
kontrol, kumparan dan alat pendingin. Power supply sebagai pemasok arus AC pada alat
pemanas induksi ini terdiri dari rangkaian penyearah gelombang penuh 1 fasa untuk
menyearahkan sumber tegangan AC dari jala-jala dan rangkaian inverter resonan seri
setengah jembatan frekuensi tinggi. Rangkaian kontrol terdiri atas: (a) penyearah dengan
center tap, (b) rangkaian kontrol untuk pemicuan MOSFET dan sebagai pengatur frekuensi,
dan (c) rangkaian driver dan isolator pulsa digunakan untuk pemicuan MOSFET serta
memisahkan antara rangkaian kontrol dengan rangkaian daya. Sedangkan rangkaian daya
terdiri atas: (a) penyearah tak terkontrol gelombang penuh, (b) rangkaian daya inverter

31
resonan seri setengah jembatan frekuensi tinggi yang terdiri dari 2 buah MOSFET, (c) trafo
penurun tegangan frekuensi tinggi dan (d) rangkaian resonan sendiri terdiri dari kapasitor,
induktor, serta resistor yang ada pada beban.
Gambar 2.17 Diagram blok proses pemanasan induksi (Callister, 2007).
Gambar 2.17 menunjukkan proses pemanasan menggunakan alat pemanas induksi
yang telah dirancang. Spesimen yang sedang dipanaskan adalah plat baja. Pada Gambar
tersebut terlihat beberapa unit utama dari mesin pemanas induksi, yaitu: alat pemanas,
kumparan tembaga, dan pendingin. Alat ini mampu memanaskan hingga mencapai
temperatur 800 ºC dalam waktu 5-7 menit.
Gambar 2.18 Alat pemanas induksi saat bekerja (Nugraha & Bahtiar, 2015)

32
Pengembangan dari alat pemanas induksi generasi pertama sudah dilakukan untuk
meminimalisir kelemahan-kelemahan yang ada. Pemanas induksi generasi kedua terdiri dari
inverter, trafo, koil dan pompa air.
Dari penelitian sebelumnya dengan menggunakan alat ini mendapatkan hasil yang
baik dimana pengerasan terjadi pada permukaan material tanpa meningkatkan pengerasan
pada bagian tengah material. Gambar 2.18 merupakan proses interaksi antara koil dan
material untuk pemanasan. Dengan pemanas induksi generasi kedua, temperatur 900o
C dapat
dicapai hanya dalam 15 detik untuk material.
Gambar 2.19 Proses pemanasan induksi (Nugraha & Bahtiar, 2015)
Dari hasil penelitian sebelumnya, dalam penelitian yang dilakukan menggunakan
pemanas induksi generasi kedua yang mempunyai berbagai kelebihan dari generasi pertama
meliputi waktu pemanasan dan hasil uji kekerasan yang menunjukkan terjadi surface
hardening.
(a) (b) (c)
Gambar 2.20 Konsep Induction hardening (Rudnev, dkk., 2003)

33
Konsep pemanasan induksi (Rudnev, dkk., 2003) :
1. Conventional single frequency concept: pemanasan dilakukan hanya sekali sebelum
dilakukan quenching dan tempering.
2. Pulsing single frequency concept: pemanasan dilakukan dua kali yaitu pemanasan
awal dan pemanasan akhir secara bergantian dengan menggunakan satu kumparan
satu power supply dengan frekuensi tinggi sebelum dilakukan quenching dan
tempering. Frekuensi yang digunakan pada saat pemanasan awal sama dengan pada
saat dilakukan pemanasan akhir.
3. Pulsing dual frequency concept: pemanasan dilakukan dua kali yaitu pemanasan
awal dan pemanasan akhir secara bergantian dengan menggunakan satu kumparan
dan dua power supply dengan frekuensi yang berbeda sebelum dilakukan quenching
dan tempering. Pada saat dilakukan pemanasan awal menggunakan frekuensi
menengah sedangkan pada saat pemanasan akhir menggunakan frekuensi tinggi.
2.3.3.1 Tinjauan umum tentang pisau hammer mill
1. Mesin hammer mill
Mesin crusher jenis hammer mill ini adalah mesin crusher yang bekerja dengan
prinsip pukul rotari dengan kecepatan rpm yang tinggi. Hampir sama dengan impact crusher.
Mesin hammer mill ini biasa digunakan untuk memproduksi pasir halus, konsentrat mineral,
mineral ore, tepung yang unsur-unsur pembentuknya berupa butiran halus seperti kapur,
dolomite, zeolit, dan sebagainya. Dengan tenaga yang besar tersebut hammer mill dapat
menghancurkan berbagai macam jenis batuan maupun biji-bijian (Muhammad, & Faishol
2013).
2. Material pisau
Terdapat banyak sekali jenis bahan yang di gunakan untuk alat potong, mulai dari
baja karbon tinggi, keramik dan berlian, yang digunakan sebagai alat pemotong dalam
industri. Adalah penting untuk menyadari bahwa perbedaan ada di antara bahan dari alat
potong tersebut, apa perbedaannya, dan aplikasi yang benar untuk setiap jenis bahan.
Dimana sebuah alat pemotong harus memiliki karakteristik tertentu untuk menghasilkan
kualitas pemotongan yang baik dan ekonomis. Berikut adalah karakteristik dari alat potong
(Schneider, & George, 2009):
1. Keras (hardness)
2. Kuat (toughness), agar tidak mudah patah ataupun retak.
3. Tahan terhadap aus, sehingga umur pisau lebih lama.

34
Bahan yang digunakan untuk pisau potong sangat beragam disesuaikan jenis
bahan yang akan di potong berikut adalah beberapa jenis material dari pisau potong
(Marinov, & Valery, 2010):
1. Baja Karbon
Kandungan karbon antara 0,6 ~ 1,5% dengan sejumlah kecil dari silikon,
kromium, mangan, vanadium dan untuk memperbaiki ukuran butir. Kekerasan
maksimal adalah sekitar 62 HRC. Bahan ini memiliki ketahanan aus rendah dan
kekerasan panas rendah. Penggunaan bahan-bahan ini sekarang sangat terbatas.
2. Baja Kecepatan Tinggi (HSS)
Terdiri dari paduan vanadium yang tinggi, kobalt, molibdenum, tungsten dan
kromium ditambahkan untuk meningkatkan kekerasan panas dan ketahanan aus.
HSS dapat dikeraskan dalam berbagai kedalaman dengan pemaanasan dan
pendinginan yang tepat, kekerasan dingin di kisaran 63-65 HRC.
3. Cemented Carbides
Merupakan bahan yang cukup penting hari ini, karena kekerasan yang tinggi dan
ketahanan aus yang baik. Kekurangan dari cemented carbides adalah keuletannya
rendah. Bahan-bahan ini diproduksi dengan metode metalurgi serbuk, sintering butir
carbide tungsten dalam sebuah inti cobalt(Co) (untuk meningkatkan keuletan).
dimungkinkan ada karbida lainnya dalam campuran, seperti titanium karbida (TiC)
dan / atau tantalum karbida (TaC) di samping carbide tungsten.
4. Keramik
Keramik terdiri dari bahan utama oksida halus, aluminium(Al2O3), dengan tingkat
kemurnian yang tinggi, yang bahan pengikatnya tanpa menggunakan Cubic boron
nitride (CBN) dan berlian sintetik.
5. Diamond
Merupakan substansi yang paling keras dari semua material yang diketahui,
pemotong jenis ini paling populer semua bahan. Bahan ini juga biasa digunakan
sebagai bahan pelapis dalam bentuk polikristalin, atau sebagai alat berlian kristal
tunggal untuk aplikasi khusus, seperti finishing cermin non-ferrous.

35
2.3.3.2 Heat treatment pada pisau hammer mill
Perlakuan panas atau heat treatment dapat didefinisikan sebagai sebagai kombinasi
operasi pemanasan dan pendinginan terhadap logam atau paduannya dalam keadaan padat
dalam waktu tertentu. Hal ini dimaksudkan untuk memperoleh sifat yang diinginkan dengan
merubah struktur mikronya.
Disamping itu semua dasar – dasar proses perlakuan panas melibatkan transformasi
dan dekomposisi austenite. Langkah pertama dalam proses perlakuan panas pada baja adalah
melakukan pemanasan sampai tempertur tertentu atau diatas temperatur kritis untuk
membentuk fase austenite. Kemudian dilakukan penahanan waktu agar austenite dapat lebih
homogen baru setelah itu baru dilakukan pendinginan. Proses pendinginan dilakukan dengan
cermat agar benda kerja tidak mengalami cacat retak setelah dilakukan proses ini (Callister,
2007).
Gambar 2.21 Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C untuk baja (Callister, 2007).
Surface treatment dibagi dua jenis yaitu:
1. Softening
Softening bertujuan untuk mempermudah proses machining, menghilangkan
tegangan dalam, memperbesar atau memperkecil ukuran butir agar seragam dan
meningkatkan keuletan (ductility). Contoh softening yaitu annealing, normalizing,
tempering.

36
2. Hardening
Hardening adalah proses perlakuan panas yang dilakukan untuk mendapatkan
kekuatan, kekerasan dan fatique limit yang tinggi. Hardening dilakukan dengan memanaskan
baja sampai mencapai temperatur austenite, dipertahankan beberapa saat pada temperatur
tertentu kemudian didinginkan dengan cepat untuk mendapatkan martensite yang keras.
Kekerasan maksimum yang dapat dihasilkan setelah proses hardening tergantung
pada kandungan karbon pada material tersebut. Makin tinggi kandungan karbonnya, maka
akan tinggi pula kekerasan yang akan dicapai.
Gambar 2.22 Hubungan antara kekerasan, kadar karbon, dan jumlah martensite (Callister,
2007).
2..3.4 Aplikasi pemanas induksi pada pin kereta api
Pengerasan permukaan merupakan pengembangan dari perlakukan panas
konvensional dimana bagian yang mengalami perlakuan hanya terbatas pada bagian
permukaan saja. Teknik pengerasan permukaan dapat dilakukan melalui carburizing,
nitriding, flame hardening, dan Induction hardening. Diantara beberapa opsi pengerasan
permukaan yang ada, pengerasan dengan metode Induction hardening memiliki beberapa
kelebihan: (i) proses pemanasan singkat, (ii) dapat didesain otomatis, (iii) sedikit skil yang
dibutuhkan oleh operator, (iv)cocok untuk komponen berdimensi kecil, serta (v) nilai dan
tebal pengerasan dapat diatur dengan mengendalikan frekuensi arus. Pengerasan dengan
metode Induction hardening telah dikembangkan di Jurusan Teknik Mesin UNDIP

Pengerasan permukaan induksi

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Pengerasan permukaan induksi

Similar a Pengerasan permukaan induksi (20)

Más de Amrih Prayogo

Más de Amrih Prayogo (15)

Pengerasan permukaan induksi