PENGARUH PERLAKUAN QUENCHING-TEMPERING TERHADAP KEKUATAN IMPAK PADA BAJA KARBON SEDANG. M. Yunus

Transkripsi

1 PENGARUH PERLAKUAN QUENCHING-TEMPERING TERHADAP KEKUATAN IMPAK PADA BAJA KARBON SEDANG M. Yunus UPT.Balai Pengolahan Mineral Lampung LIPI JL.Ir.Sutami Km.15 Tanjung Bintang Lampung SelatanTelp Fax ; myun001lipi.go.id ABSRACT This study discusses about the effect of heat treatment on the metal impact strength medium carbon steel. Heat treatment process applied in this research is the process of quenching and tempering, wherein the heating of the specimen quenching process is done until reaching austenite temperature is 910 C which was then held for 30 minutes. After that the specimen was cooled rapidly using oil quenching media. Subsequently, the specimen is heated again ( tempering ) until it reaches the temperature of 300 C, 400 C, 500 C and 600 C. Then at each temperature that tempered is held for 60 minutes. Then the specimen is cooled at room temperature and on specimens that have undergone heat treatment process is conducted impact testing. The average impact strength carbon steel which does not undergo heat treatment process is J / mm2. In the steel only experience the quenching process impact strength possessed average is 0,142 J / mm2. In the medium carbon steel which is undergoing a process of tempering 300 C is J / mm2. At 400 C tempering is J / mm2. At 500 C tempering is 0604 J / mm2. At 600 C Tempering is J / mm2 with each holding time 60 minutes. From the results of these tests, carbon steel which has the highest impact strength have ductile mechanical character, while carbon steel which has the lowest impact strength have brittle mechanical character. Keywords : medium carbon steel, quenching-tempering, impact strength. ABSTRAK Penelitian ini membahas tentang pengaruh perlakuan panas terhadap kekuatan impak logam baja karbon sedang. Proses perlakuan panas yang diterapkan pada penelitian ini yaitu proses quenching dan tempering, dimana pada proses quenching pemanasan terhadap spesimen dilakukan hingga mencapai temperatur austenit yaitu 910 C yang kemudian ditahan selama 30 menit. Setelah itu spesimen tersebut didinginkan secara cepat dengan menggunakan media oil quenching. Selanjutnya, spesimen dipanaskan kembali (tempering) hingga mencapai temperatur 300 C, 400 C, 500 C, 600 C. Yang kemudian pada masing-masing temperatur tempering tersebut ditahan selama 60 menit. Setelah itu spesimen tersebut didinginkan pada temperatur ruangan.pada spesimen-spesimen yang telah mengalami proses perlakuan panas tersebut dilakukan pengujian impak. Kekuatan impak rata-rata baja karbon yang tidak mengalami proses perlakuan panas adalah 0,166 J/mm 2. Pada baja yang hanya mengalami proses quenching kekuatan impak rata-rata yang dimiliki adalah 0,142 J/mm 2. Pada baja karbon sedang yang mengalami proses tempering 300 C adalah 0,422 J/mm 2. Pada tempering 400 C adalah 0,525 J/mm 2.Pada tempering 500 C adalah J/mm 2. Pada tempering 600 C adalah 1,249 J/mm 2 dengan masing-masing waktu penahanan selama 60 menit. Dari hasil 299 INOVASI dan PEMBANGUNAN JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03

2 pengujian tersebut, baja karbon yang memiliki kekuatan impak tertinggi memiliki sifat mekanik ulet, sedangkan baja karbon yang memiliki kekuatan impak terendah memiliki sifat mekanik getas. Kata kunci :Baja karbon sedang, quenching-tempering, kekuatan impak. PENDAHULUAN Baja dapat didefinisikan suatu campuran dari besi dan karbon, dimana unsur karbon(c) menjadi dasar campurannya.disamping itu, mengandung unsur campuran lainnya seperti S, P, S dan Mn yang jumlahnya dibatasi. Kandungan karbon didalam baja sekitar 0,1-1,7%, sedangkan unsur lainnya dibatasi presentasenya.baja paduan dapat didefinisikan sebagai suatu baja yang dicampur dengan satu atau lebih unsur campuran seperti nikel,kromium, molibden, vanadium, mangan dan wolfram yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat baja yang dikehendaki (keras, kuat dan liat), tetapi unsur karbon tidak dianggap sebagai salah satu unsur campuran.berdasarkan unsur-unsur campuran dari siafat-sifat dari baja maka baja paduan dapat digolongkan menjadi baja dengan kekuatan tarik yang tinggi, tahan karat dan baja tahan panas.perlakuan panas merupakan suatu cara pemanasan baja pada temperatur tertentu yang selanjutnya didinginkan dengan cara tertentu untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik yang diperlukan.proses temper adalah proses memanaskan kembali pada baja yang sudah dikeraskan ke temperature yang di bawah temperatur hardening, dengan tujuan untuk memperoleh kombinasi antara kekuatan induktilitas dan ketangguhan yang tinggi.proses temper terdiri dari memanaskan baja sampai dengan temperatur dibawah temperatur A 1 yaitu dengan variasi temperatur 300 C, 400 C, 500 C, 600 C dan menahannya pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu dan kemudian didinginkan diudara. Uji impak adalah pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat (rapid loading). Pada uji impack terjadi proses penyerapan energi yang besar ketika beban menumbuk spesimen. Energi yang diserap material ini dapat dihitung dengan menggunakan prinsip perbedaan energi potensial.prinsip pengujian impack ini adalah menghitung energi yang diserap oleh spesimen.pada saat beban dinaikkan pada ketinggian tertentu, beban memiliki energi potensial maksimum, kemudian saat akan menumbuk spesimen, energi kinetik mencapai maksimum. Energi kinetik maksimum tersebut akan diserap sebagian spesimen hingga spesimen tersebut patah. 300 INOVASI dan PEMBANGUNAN JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03

3 METODOLOGI Bahan Penelitian Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah, baja karbon sedang dan jumlah spesimen diuji. Tabel 1. Jumlah spesimen uji impak No Jenis Perlakuan Panas WaktuPenahanan Jumlah Spesimen Uji 1 Tanpa perlakuan panas - 3 buah 2 Quenching 30 menit 3 buah 3 Tempering ( 300 C) 60 menit 3 buah Tempering (400 C) 60 menit 3 buah Tempering (500 C) 60 menit 3 buah Tempering (600 C) 60 menit 3 buah Total Spesimen 18 buah Alat-alat penelitian Alat-alat yang digunakan dalam persiapan penelitian ini adalah : 1) Jangka sorong untuk mengukur dimensi pada spesimen. 2) Ragum, untuk menjepit benda yang akan di potong, gergaji dan di grinda. 3) Mesin bubut untuk proses pembuatan spesimen. 4) Tungku pemanas ( furnace). 5) Pengaduk dan wadah berisi air untuk proses quenching. 6) Kawat baja untuk mengikat specimen. 7) Sikat baja untuk membersihkan kerak karbon. 8) Tang penjepit untuk mengeluarkan specimen. 9) Sarung tangan dan helm untuk keamanan. Prosedur penelitian 1) Pembuatan Spesimen Uji Impak. Dengan menggunakan mesin gergaji, baja karbon sedang dipotong menjadi bagianbagian dengan ukuran panjang 55 mm, lebar 10 mm dan tebal 10 mm. Kemudian spesimen tersebut dihaluskan dengan menggunakan mesin gerinda dan ampelas. Kemudian dilakukan pemotongan pada setiap spesimen dengan menggunakan stempel baja. 301 INOVASI dan PEMBANGUNAN JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03

4 Gambar.1.Spesimen Uji 2) Proses Heat Treatment Sebelum dilakukan heat tretment, spesimen diikat terlebih dahulu dengan kawat baja. Spesimen kemudian dimasukan ke dalam tungku pemanas dengan penempatan yang tidak berhimpit satu sama dengan yang lainnya. Tungku pemanas dihidupkan hingga mencapai temperatur austenit 910 C.Kemudian spesimaen dikeluarkan dari dalam tungku dan dimasukan ke dalam wadah yang berisi air pada temperatur lingkungan dan diaduk dengan cepat dengan menahannya selama 30 menit. Setelah itu spesimen uji dipanaskan kembali di dalam tungku dengan masing-masing temperatur tempering 300 C, tempering400 C, tempering500 C, tempering600 C. Kemudian ditahan didalam tungku selama 60 menit, pada setiap temperatur tempering. Kemudian spesimen di keluarkan dari dalam tungku pemanas tersebut dan biarkan pada temperatur ruangan. 3) Pengujian Impak Setelah proses perlakuan panas selesai, spesimen dibersihkan terlebih dahulu dari kerak karbon yang terbentuk aklibat dari pemanasan yang diberikan. Kemudian spesimen siap untuk diuji impak dengan menggunakan alat uji impak jenis charpy dan metode pengujian yang digunakan yaitu metode charpy. Hasil Penelitian dan Pembahasan Data Hasil Uji Penelitian 302 INOVASI dan PEMBANGUNAN JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03

5 Tabel.2 Hasil uji komposisi baja karbon sedang. No Nama unsur Simbol Kadar % 1 Carbon C 0,455 2 Besi Fe 96,93 3 Sulfur S 0,013 4 Almunium Al 0,002 5 Nikel Ni 0,299 6 Silikon Si 0,238 7 Croom Cr 0,942 8 Vanadium V 0,01 9 Mangan Mn 0, Wolfram W Tembaga Cu 0, Titanium Ti 0,00 13 Molibden Mo 0, Fospor P 0,013 Data Hasil Pengujian Tabel. 3. Hasil Pengujian Impak Baja Karbon Sedang Nama spesimen Holdingtime (menit) Raw matrials - Quenching 30 Menit Tempering 60 Menit 300 C Tempering 60Menit 400 C Tempering 60Menit 500 C Tempering 60Menit 600 C Nospesi men Notch area (mm 2 ) Energi impak Hargaimpak (J/mm 2) 1 8X10= ,2 2 8X10= , X10= , X10= ,15 2 8X10= , X10= ,15 1 8X10= , X10= , X10= , X10= ,35 2 8X10= ,4 3 8X10= , X10= , X10= , X10= , X10= ,3 Harga impak rata-rata 0,166 0,142 0,422 0, , INOVASI dan PEMBANGUNAN JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03

6 A B C D E F Harga Impak Rata-rata Ketagguhan J/mm Gambar : 1. Grafik Ketangguhan baja karbon sedang , Keterangan gambar : A. Raw matrials B. Quenching C. Tempering 300 C D. Tempering 400 C E. Tempering 500 C F. Tempering 600 C Heat Treatmeant 1. Impak Spesimen Raw Matrial Merupakan spesimen yang mempunyai nilai yang rendah dengan harga impak rata-rata sebesar (0,166 J/mm 2 ). Hal ini disebabkan pendinginan dengan udara membentuk butiran kristal logam yang besar/keras sehingga ikatan antara butirannya lemah dan mudah patah dan getas. Jenis patahan termasuk getas dengan ciri deformasinya paling kecil (diperlihatkan dengan permukaan patah yang rata). Gambar 3. Penampang Patah RawMatrials 304 INOVASI dan PEMBANGUNAN JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03

7 2. Impak Spesimen Quenching Pada spesimen quenching 910 C dengan nilai ketangguhan dengan nilai rata-rata sebesar 0,142 J/mm 2 didapatkan fasa martensit dengan kekerasan yang tinggi disebabkan spesimen tersebut mengalami proses pendinginan yang cepat. Kemudianpatahan yang dihasilkan bersifat getas. Gambar 4. Penampang patah matrial quenching 3. Impak spesimen tempering 300 C Pada spesimen tempering 300 C dengan nilai ketangguhan rata-rata sebesar 0,422 J/mm 2 didapatkan fasa martensit temper yang tangguh meskipun kekerasan turun. Karena butir-butir logam agak lebih kecil menyebabkan ikatan logam semakin kuat maka jenis patahan termasuk liat/ulet. Gambar 5. Penampang patahtempering 300 C 305 INOVASI dan PEMBANGUNAN JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03

8 4. Impak spesimen tempering 400 C Spesimen tempering 400 C dengan nilai ketangguhan rata-rata sebesar 0,525 J/mm 2 lebih besar dari spesimen tempering 300 C karena adanya fasa bainit dengan disfersi karbida yang halus dalam ferit membuat butiran-butiran kristal logam semakin halus dengan patahan jenis liat menunjukan adanya deformasi plastis yang tinggi. Gambar 6. Penampang patahtempering 400 C 5. Impak spesimen tempering 500 C Spesimen tempering 500 C memiliki harga impak rata-rata sebesar J/mm. Pendinginan yang dilakukan secara perlahan sehingga terbentuk butiran kristal ferlit dan patahan yang hasil bersifat ulet/liat. Gambar 7. Penampang patah tempering 500 C 306 INOVASI dan PEMBANGUNAN JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03

9 6. Impak spesimen tempering 600 C Spesimen tempering 600 C memiliki harga impak rata-rata yang paling besar yaitu sebesar 1,249 J/mm 2 karena pendinginan paling lambat menghasilkan butiran perlit paling halus, maka patahan termasuk liat yaitu tampak patahan banyak berbentuk sudu, tajam, atau banyak perubahan bentuk dengan ciriciri runcing, suram dan berserat. Gambar 8. Penampang patah tempering 600 C PEMBAHASAN mempunyai bentuk permukaan patahan rata.proses perlakuan panas quenching Dari hasil penelitian yang ditabulasikan dilakukan untuk mengetahui seberapa dalam bentuk diagram batang dan gambar bersar perubahan kondisi sebagai treatment penampang patahan diketahui ada awal pada penelitian ini dengan media oil perbedaan karakteristik ketangguhan dari quenching, hasil patahan pada matrial yang spesimen penelitian antara raw matrial, mengalami proses quenching menunjukan proses quenching dengan temperatur 910 C kekerasan sangat tinggi tetapi dan dengan yang mengalami proses setelah ketangguhannya menurun. Perlakuan di quenching dengan temperatur pemanasan quenching terlihat bentuk patahan yang rata 300 C, 400 C, 500 C, 600 C serta waktu tanpa pengecilan penampang, tekstur penahanan selama 30 menit dan 60 menit dengan butiran sangat halus dan berserat untuk temperatur spesimen quenching 30 menandakan bahan ini mempunyai menit dan spesimen tempering 60 menit. kekerasan yang tinggi dan ketangguhannya Dari hasil penelitian tersebut di atas rendah serta bersifat getas, karena struktur menunjukan bahwa raw matrial yang telah terbentuk setelah dicelup cepat 307 INOVASI dan PEMBANGUNAN JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03

10 dengan menggunakan medium pendingin oli adalah struktur martensit. Struktur martensit mempunyai kelemahan yaitu getas, sehingga harus ditemper dipakai dalam peralatan maupun kontruksi mesin yang mensyaratkan keuletan.proses tempering akan merubah struktur martensit menjadi struktur ferit dan sementit, dengan lepasnya karbon dari martensit dan akan membantuk sementit lagi. Melihat hasil penelitian di atas telah memberikan gambaran yang jelas bahwa kelompok penelitian dari perlakuan panas baja karbon sedang yang terdiri dari kelompok perbedaan dari raw matrials, quenching, tempering, memberikan hasil yang baik pada quenching di bandingkan dengan raw matrial dengan keuletan yang baik dan mulai menaik setelah dilanjutkan dengan proses tempering. Fenomena semacam ini menunjukan bahwa dengan proses quenching bahan akan sangat keras dan cenderung getas sehingga reduksi penampang hampir tidak ada dan bentuk penampang patahnya flat. Spesimen mengalami kenaikan keuletannya jika dilanjutkan pada proses tempering. semakin tinggi suhu pemanasannya, nilai kekuatan impaknya semakin meningkat. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Proses perlakuan panas tempering yang telah dilakukan terhadap baja karbon sedang dapat meningkatkan keuletan baja tersebut. 2. Spesimen tempering 600 C dengan penahanan waktu 60 menit memiliki harga impak yang paling besar yaitu sebesar 1,249 J/mm 2 karena pendinginan lambat, maka patahan yang dihasilkan patahan ulet/liat. 3. Pendinginan dengan media pendingin oli quenching dapat mencegah retak atau distorsi pada spesimen. 4. Perlakuan quenching dapat meningkatkan kekerasan pada baja namun ketangguhannya menurun. DAFTAR PUSTAKA Amanto, H dan Daryanto ilmu Bahan PT Bumi Aksara. Jakarta. Anrinal Metalurgi Fisikb. Cv. Andi Offset. Yogyakarta. BJ.M. Beumer (Ahli bahasa: B.S. Anwir/Matandong)1980. Pengetahuan BahanBhratara Karya Aksara. Jakarta. Daryanto Pengetahuan Tentang Metalurgy. Tarsito. Bandung Edih Supardi Pengujian Logam. Angkasa. Bandung. 308 INOVASI dan PEMBANGUNAN JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03

11 Jhon A. Scey. (Ahli Bahasa : Ir Rines M.T,. Dwiyani Asih, Indah Sri Utami, Basuki Hri Winarno) 2009.Proses Manufaktur. Cv. Andi Offset. Yogyakarta. Prof. Dr. Ing. K.W.Vohdin 1981.Mengolah Logam. Pradnya Paramita. Jakarta. Syamsul Arifin Ilmu Logam. Ghalia Indonesia. Salman, R. E. dan Bishop, R. J. (Ahli bahasa : Ir. Sriati Djaprie M. Met) Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Matrial.Erlangga. Jakarta. Vlack, Van. (Ahli bahasa: Ir. Sriati Djaprie M. Met.)1994. Ilmu Bahan dan Teknologi Bahan(Ilmu Logam dan Bukan Logam).Edisi 5.Erlangga. Jakarta. 309 INOVASI dan PEMBANGUNAN JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03