ANALISA PROSES SPRAY QUENCHING PADA PLAT BAJA KARBON SEDANG Sutrimo, Helmy purwanto 1, S.M. Bondan respati 2 program studi teknik mesin fakultas teknik universitas wahid hasyim semarang Jl. Menoreh tengah X/22. Email: bangthree@rocketmail.com ABSTRAK Spray quenching adalah salah satu perlakuan panas menggunakan pendinginan secara kejut atau cepat dengan cara menyemprotkan fluida yang akan menghasilkan sifat logam yang keras. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui hasil proses Spray quenching, struktur mikro dan kekerasan pada plat baja ketebalan 13 mm dengan kandungan 0.46%C. Spesimen dipanaskan pada suhu 900 C dengan variasi waktu 30, 60, 90 menit, kemudian bahan/spesimen didinginkan dengan semburan air yang bertekanan pada salah satu sisi. Hasil perlakuan dilakukan pengamatan struktur mikro dan pengujian kekerasan (Brinell). Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses Spray quenching tidak merubah bentuk butir yaitu oval. Ukuran butir semakin mengecil seiring dengan penambahan waktu Holding time. Penambahan waktu Holding time berakibat kekerasan Brinell semakin tinggi baik pada bagian depan, tangah dan belakang dari penampang melintang. Kata kunci : Spray quenching, struktur mikro, kekerasan. Latar Belakang Seiring dengan perkembangan jaman dan teknologi, banyak kalangan dunia industri yang menggunakan logam sebagai bahan utama operasional atau sebagai bahan baku produksinya. Baja karbon banyak digunakan terutama untuk membuat alat-alat perkakas, alat-alat pertanian, komponen-komponen otomotif, kebutuhan rumah tangga. Aplikasi pemakaiannya, semua struktur logam akan terkena pengaruh gaya luar berupa tegangan sehingga menimbulkan deformasi atau perubahan bentuk. Wibowo (2006), melakukan quenching dengan media oli terhadap baja ST 60, dengan temperatur 830 C, memperoleh kekerasan awal sebelum di quench sebesar 100,0 HRC dan mengalami kenaikan setelah proses quench sebesar 118.3 HRC. Kholis (2014), melakukan spray quenching dengan media air terhadap plat baja karbon rendah dengan temperatur 700 C, 800 C dan 900 C dengan Holding time 30 menit, dari penelitian tersebut menghasilkan kenaikan nilai dari penguijan kekerasan dengan variasi suhu 700 C, 800 C, 900 C dengan tiap-tiap suhu di tahan 30 menit adalah 76.2, 78,2, 84.6 HRC dan untuk pengamatan foto mikro menunjukkan adanya penurunan dengan variasi suhu 700 C, 800 C, 900 C sebesar 17.8 µm, 10.4 µm, 8.9 µm. Purwanto (2011), melakukan quenching pada baja st 37 dengan kandungan karbon 0.20% dengan variasi suhu 700 C, 800 C, 900 C dengan Holding time 60 menit dengan mencelupkan spesimen ke solar dan penelitian tersebut menghasilkan kekerasan 61.5, 62.7, 63.6 HRC. Mengalami peningkatan setelah di lakukan quenching. Dengan penelitian yang telah dilakukan seperti yang di atas akan mencoba melakukan penelitian Spray quenching dengan media air terhadap plat baja karbon sedang dengan temperatur 900 C dengan variasi waktu penahanan 30, 60, 90 menit. Usaha menjaga agar logam lebih tahan gesekan atau tekanan adalah dengan cara perlakuan panas pada baja, hal ini memegang peranan penting dalam upaya meningkatkan kekerasan baja sesuai kebutuhan. Proses ini meliputi pemanasan baja pada suhu tertentu, dipertahankan pada waktu tertentu dan didinginkan pada media tertentu pula. perlakuan panas mempunyai tujuan untuk meningkatkan keuletan, menghilangkan tegangan internal, menghaluskan butir kristal, meningkatkan kekerasan, meningkatkan tegangan tarik logam dan sebagainya, tujuan ini akan tercapai seperti apa yang diinginkan
jika memperhatikan faktor yang mempengaruhinya, seperti suhu pemanasan dan media pendingin yang digunakan. Atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja tersebut, maka peneliti memilih perlakuan panas dengan spray quenching media air dengan variasi waktu penahanan pemanasan (Holding time). Perubahan sifat pada baja dapat diketahui dengan cara melakukan pengujian kekerasan, dan struktur mikro. Mengingat banyaknya jenis baja karbon penelitian ini akan dibatasi pada baja karbon sedang, yaitu baja dengan kadar karbon antara 0,46 %C, alasan dipilihnya media pendingin air. di karenakan karena fluida yg dapat di temukan dimana saja. Djafrie (1995). Metodologi Penelitian Alat yang di gunakan dalam penelitian ialah pemanasan spesimen menggunakan tungku gas, gas yang di gunakan ialah lpg dan O 2 dengan perlengkapannya, alat spray qunching, pompa, ember, thermometer infrared, alat uji kekerasan, alat foto mikro. Alat yang digunakan untuk spray qunenching seperti terlihat pada gambar 1. quench seperti terlihat pada gambar 2 dengan alur penelitian sesuai dengan gambar 3. Gambar 2. Proses Pemenasan Diagram alur penelitian dapat dilihat pada gambar 3 Mulai Material baja karbon 0.46% Pembuatan spesimen 10x20x1,3 cm Pemanasan suhu 900 C Spesimen tanpa perlakuan 30 menit 60 menit 90 menit Spray Quench Gambar 1. Spray quenching Spesimen uji spray quench yang berupa plat dengan ukuran 200x100x13mm dipanaskan pada salah satu permukaan dengan menggunakan tungku gas sampai suhu 900 dengan variasi penahanan (Holding time) 30, 60 dan 90 menit. Spesimen yang telah di panaskan pada temperatur penelitian dan di tahan pada variasi waktu penelitian di semprot dengan debit 20.5 L/menit. Hasil spray quench di lakukan pengamatan struktur mikro dan pengujian kekerasan rockwell. Proses spray Uji kekerasan Foto mikro Analisa hasil pengujian Kesimpulan Selesai Gambar 3. Diagram alur penelitian
Hasil Dan Pembahasan Hasil spray quench memperlihatkan bahwa plat yang terkena semprotan dengan media air berwarna coklat kehitaman dan yang tanpa perlakuan berwarna coklat seperti diperlihatkan pada gambar 4 (a) (b) h Tidak rtersemprot pperlit Martensit Ferrit Tersemprot Gambar 7. Struktur mikro Holding time 60 Menit a. tanpa perlakuan b. Hasil Spray quenching Gambar 4. Spesimen h Perlit Hasil Foto Mikro Struktur mikro yang terlihat adalah fasa ferrit (terang), fasa perlit (abu-abu) dan martensit (gelap). Adapun bentuk batas butir yang terlihat dari holding time 30 menit berbentuk oval, batas butir yang terlihat pada holding time 60 menit berbentuk oval kecilkecil, dan bentuk batas butir yang terlihat pada holding time 90 menit berbentuk oval kecilp perlit x Martensit Ferrit Martensit f Ferrit Gambar 5. Struktur mikro spesimen tanpa panas p Perlit Martensit F Ferrit Gambar 6. Struktur mikro Holding time 30 menit Gambar 8. Struktur mikro Holding time 90 Menit Gambar 5 sampai dengan Gambar 8. Adalah struktur mikro spesimen tanpa pemanasan dan Holding time 30, 60 dan 90 menit. Fasa yang terbentuk pada struktur mikro pada plat dengan Holding time 30 dan 60 menit meningkat baik martensit, perlit, ferrit akan tetapi peningkatan tidak signifikan dengan struktur mikro spesimen tanpa pemanasan. Namun pada struktur mikro Holding time 90 menit menunjukkan terbentuknya fasa yang lebih banyak/signifikan baik fasa martensit, perlit, ferrit.
Rata-rata batas butir(µm) kecil dan lebih halus. Dengan perbedaan tersebut maka baja hasil dari Spray quenching dengan variasi waktu (Holding time) kekerasannya meningkat, dengan demikian penambahan variasi waktu penahanan (Holding time), maka kekerasanbaja melalui spray quench akan meningkat. Seperti yang di laporkan Anwar, dkk (2006) Tabel 1 rata-rata batas butir No nama suhu Depan (µm) Tengah (µm) Belakang (µm) 1 Tanpa 0 menit 19.2 19.2 19.2 2 Treatment 30 menit 20.8 20.8 22.7 3 Treatment 60 menit 17.8 19.2 20.8 4 treatment 90 menit 15.6 16.6 17.8 25 23 21 19 17 15 Depan Tengah Belakang 13 20 40 60 80 100 Holding time(s) Gambar 6. Rata-rata batas butir Tabel 1 menunjukkan bahwa rata-rata batas butir bagian depan pada temperatur 900⁰C (Holding time 90 menit) 15,6 µm, bagian tengah 16,6 µm, dan bagian belakang 17,8 µm, sedangkan yang Holding time 60 menit rata-rata batas butir bagian depan 17,8 µm, bagian tengah 19,2 µm, bagian belakang 20,8 µm, dan sedangkan yang Holding time 30 menit rata-rata batas butir bagian depan 20,8 µm, bagian tengah 20,8 µm, bagian belakang 22,7 µm. Rata-rata batas butir disetiap variasi holding time semua mengalami peningkatan, maka ini menunjukkan adanya perbedaan antara bagian depan, tengah, dan belakang. Terlihat pada grafik gambar 6. Hal serupa seperti yang dilakukan Wibowo (2006) pada proses quench dengan media oli.
BHN Tabel 2 Hasil Uji Kekerasan Brinell NO NAMA WAKTU (S) DEPAN BELAKANG 1 Tanpa treatmen 0 207,6 207,6 2 Treatmen 30 269,3 253,3 3 Treatmen 60 283,1 253,5 4 treatmen 90 307,4 266,5 350 300 250 200 150 100 50 0 0 30 60 90 Holding time (s) depan belakang Gambar 7. Grafik Hasil Pengujian Kekerasan Brinell Dalam tabel 2 dan Gambar 7 grafik kekerasan terlihat bahwa benda kerja yang tidak melalui pemanasan pada suhu yang telah ditentukan dan tanpa uji Spray quenching dimana bagian depan mempunyai nilai kekerasan rata-rata 207,6 HRB dan bagian belakang mempunyai nilai kekerasan rata-rata 207,6 HRB. Sedangkan benda kerja/spesimen yang diperlakukan dengan pemanasan dan pengujian Spray quenching mempunyai kekerasan yang berbeda, spesimen dengan temperatur 900 C (30 menit) bagian depan mempunyai nilai kekerasan rata-rata 269,3 HRB, sedangkan bagian belakang mempunyai nilai kekerasan rata-rata 253,3 HRB. Spesimen dengan temperature 900 C (60 menit) bagian depan mempunyai kekerasan rata-rata 283,1 HRB, meningkat 6.4% terhadap spesimen bagian depan dengan Holding time 30 menit. sedangkan bagian belakang mempunyai nilai kekerasan rata-rata 253,5 HRB, meningkat 6,1% terhadap Spesimen bagian depan Holding time 30 menit. Spesimen temperatur 900 C (90 menit) bagian depan mempunyai nilai kekerasan rata-rata 307,4 HRB. Meningkat 6,2% terhadap spesimen bagian depan holding time 60 menit. Sedangkan bagian belakang mempunyai nilai kekerasan 266,5 HRB. Meningkat 60 % terhadap spesimen bagian belakang holding time 60 menit Kesimpulan Setelah di lakukan penelitian dan pengujian kekerasa dan proses foto mikro maka dapat disimpulkan: 1. Holding time pada proses Spray quenching mempengaruhi dari tiap-tiap beda dan sangat berbeda jika di bandingkan dengan kondisi spesimen awal / tanpa proses Spray quenching. Pada proses Spray quenching dan media semburan pendingin air, terlihat adanya batas butir, semakin tinggi Holding time batas butir semakin merapat dan semakin mengecil, akibatnya spesimen akan mengalami bertambahnya kekerasan. 2. Nilai kekerasan pada spesimen yang tidak mengalami proses Spray quenching dengan metode brinell di dapat rata-rata sebesar 207,6 BHN. Setelah mengalami proses Spray quenching dengan temperatur 900 C dengan variasi waktu
Saran 30 menit nilai kekerasannya sebesar 269,3 BHN. Temperatur 900 C dengan variasi waktu 60 menit nilai kekerasannya sebesar 283,1 BHN. Temperatur 900 C dengan variasi waktu 90 menit nilai kekerasannya sebesar 307,4 BHN. Nilai kekerasan pada point ini adalah nilai kekerasan setelah proses Spray quenching menggunakan media semburan pendingin air, dan setiap penambahan Holding time nilai kekerasannya menjadi naik. Dengan demikian Holding time sangat berpengaruh terhadap proses Spray quenching pada baja. Adapun saran untuk penelitian selanjutnya adalah: 1. Untuk mendapatkan spesimen yang diinginkan sesuai dengan latar belakang maka penelitian selanjutnya bisa memakai baja karbon tinggi sebagai perbandingan. 2. Untuk perbandingan Spray quenching bisa di lakukan dengan media pendinginanan yang lain seperti minyak pelumas (oli) 3. Supaya dapat di perbaiki lagi alat Spray quenchingnya agar mendapatkan pembakaran yang sempurna Daftar Pustaka Anwar Budianto, kristina purwantini, BA.Tjipto Sujitno. 2006. Pengamatan Struktur Mikro Pada Korosi Antar Butir Dari Material Baja Tahan Karat Austenitik Setelah Mengalami Proses Pemanasan. Yogyakarta Dieter, G.E., 1993, Metalurgi Mekanik Jilid 1, edisi ketiga, Erlangga, Jakarta Helmy Purwanto, 2011. Momentum volume 7 Analisa quenching pada baja karbon rendah dengan media solar, Semarang Nur kholis. 2014. Analisa proses Spray quenching pada plat pada baja karbon rendah. TA teknik mesinunwahas semarang Van Vlack, L.H. 1991. Ilmu dan Teknologi Bahan alih bahasa Sriati Djaprie. Edisi kelima. Jakarta: Erlangga Wibowo, Bambang Tri 2006, Universitas Negeri Semarang : Pengaruh Temper Dengan Quenching Media Pendingin Oli Mesran SAE 40 Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Baja ST 60. Semarang..