JURNAL Teori dan Aplikasi Fisika Vol. 4, No.0 2, Juli Tahun 2016 Pengaruh Heat Treatment denganvariasi Media Quenching Oli dan Solar terhadap StrukturMikro dan Nilai Kekerasan Baja Pegas Daun AISI 6135 Okti Bela Palupi 1, Pulung Karo Karo 1, & Yayat Iman Supriyatna 2 1 Jurusan Fisika FMIPA Unila, 2 UPT. Badan Penelitian Teknologi Mineral - LIPI Jl. Sumantri Brojonegoro 1, Bandar Lampung 35144. E-mail: palupi794@gmail.com Diterima (27 Mei 2016), direvisi (12 Juni 2016) Abstract. This research was conducted to determine the effect of heat treatment with variations of the oil and diesel fuel quenching medium to microstructure and hardness value in the leaf spring steel AISI 6135. The heating process at a temperature of 800 for 60 minutes then quenching with variations of 100% oil and mix of 50% oil : 50% diesel fuel quenching medium, and tempering at temperature 600 for 45 minutes. Chemical composition test showed that leaf spring steel includes medium carbon steel and chromium-vanadium steel (AISI 6135). Raw material hardness testing at 42,2 HRc, tempering with 100% oil and a mix of 50% oil : 50% diesel fuel quenching medium at 36,8 HRc dan 37,3 HRc. Microstructure testing showed ferit and perlit phase formed at raw material sample. Mix quench-temper of 50% oil : 50% diesel fuel formed martensite temper phase more scattered than 100% oil. Keywords. Hardness testing, leaf spring steel, microstructure, quenching, tempering. Abstrak. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh heat treatment dengan variasi media quenching oli dan solar terhadap struktur mikro dan nilai kekerasan baja pegas daun AISI 6135. Proses pemanasan dilakukanpada temperatur 800 selama 60 menit, lalu proses quenching dengan variasi media pendingin 100% oli dan campuran 50% oli : 50% solar, dan tempering pada temperatur 600 selama 45 menit. Uji komposisi kimia menunjukkan baja pegas daun termasuk baja karbon sedang dan chromium-vanadium steel(aisi 6135). Uji kekerasan raw material 42,2 HRc, tempering dengan media quenching 100% oli dan campuran 50% oli : 50% solar sebesar 36,8 HRc dan 37,3 HRc. Uji struktur mikro menunjukkan fasa ferit dan perlit yang terbentuk pada sampel raw material. Quench-temper campuran 50% oli : 50% solar terbentuk fasa martensit temper yang lebih menyebar dibanding 100% oli. Kata Kunci. Baja pegas daun, quenching, struktur mikro, tempering, uji kekerasan. PENDAHULUAN Perkembangan industri permesinan dan konstruksi memacu perkembangan teknologi pembuatan material dasar logam seperti baja. Baja yang banyak digunakan harus berkualitas tinggi. Contohnya pada baja pegas daun yang banyak digunakan pada kendaraan darat terutama roda empat harus mempunyai ketangguhan dan keuletan untuk membuat stabil kendaraan bermotor saat menerima beban statik dan dinamik (FudanCebon, 2002). Mengingat kondisi tersebut, dibutuhkan sifat-sifat mekanis yang memadai agar umur pakai baja pegas daun tersebut dapat ditingkatkan sehingga dilakukan pengembangan struktur material baru seperti menggunakan proses perlakuan panas (heat treatment). 189
Heat treatment dilakukan dengan banyak cara, misalnya pemanasan sampai suhu dan kecepatan tertentu, mempertahankannya untuk waktu tertentu sehingga temperaturnya merata, lalu didinginkan dengan media pendingin (quenching). Baja hasil dari proses quenching dilakukan pemanasan lanjut atau tempering untuk mengurangi terjadinya internal stress (Miftahudin, 2012). Salah satu media quenching adalah minyak. Jenis fluida minyak yang dapat digunakan sebagai media quenching adalah oli dan solar. Penggunaan pelumas oli dan solar sebagai media pendingin dalam proses perlakuan panas akan menyebabkan timbulnya lapisan selaput karbon pada bagian permukaan sampel yang akan mempengaruhi sifat mekanis sampel tersebut (James, 1992). Penelitian Purwanto (2011) menyimpulkan bahwa media solar memerlukan pencampuran dari media lain. Penelitian Sahwendi (2013) menyimpulkan pengaruh tempering dengan media quenching oli menunjukkan penurunan nilai kekerasan dan diperoleh fasamartensit temper setelah pemanasan tempering dan normalizing. Berdasarkan alas an tersebut untuk memperbaiki sifat baja, peneliti memilih perlakuan panas pada baja pegas daun dengan media quenching oli dan campuran oli dan solar. Tabel 1. Preparasi sampel baja pegas daun Jenis Perlakuan Kode Sampel Jumlah (buah) Raw material B1, B2, B3 3 Quench-temper 100%oli B4, B5, B6 3 Quench-temper campuran50%oli : B7, B8, B9 3 50% solar Jumlah total sampel 9 Proses selanjutnya melakukan pre-heating suhu 600 (30 menit), austenisasi suhu 800 (60 menit). Melakukan proses quenching dengan variasi media pendingin, tempering suhu 600 (40 menit), normalizing, dan pengujian. Baja pegas daun Pre Heating 600 C (30 menit) Pemanasan 800 C (60 menit) Quenching 100% oli 50% oli: 50% solar Tempering 600 C (40 menit) Normalizing Raw material METODE PENELITIAN Langkah kerja penelitian ini ditampilkan pada Gambar 1. Penelitian dimulai dengan preparasi sampel dengan proses pemotongan menggunakan cutting tool. Panjang 37 mm, lebar 30 mm, dantebal 12 mm sebanyak 9 buah (3 buah untuk sampel raw material dan 6 buah untuk sampel heat treatment). Adapun preparasi jumlah dan pengkodean sampel baja pegas daun seperti yang ditampilkan pada Tabel 1. Struktur Mikro Uji Kekerasan Komposisi Hasil + Data Pembahasan Kesimpulan Gambar 1. Diagram alir penelitian 190
JURNAL TeoridanAplikasiFisika Vol. 4 No. 2Juli 2016 HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 2, 3, dan 4 menunjukkan nilai rata-rata kadar karbon baja pegas daun mengandung 0,3383% C untuk raw material, 0,3156% C setelah proses heat treatment dengan media quenching 100% oli, dan 0,3333% C setelah proses heat treatment dengan media quenching campuran 50 % oli : 50 % solar. Baja pegas daun yang digunakan tergolong baja karbon sedang. Logam jenis ini dapat dikatakan chromium-vanadium steel atau baja paduan medium (medium alloy steel). Termasuk ke dalam jenis baja SAE 6135 (AISI 6135) (ASM Handbook, 1993). Unsur karbon merupakan unsur pengeras utama untuk meningkatkan sifat mekanis baja seperti kekuatan dan kekerasan yang tinggi, tetapi kadar karbon baja yang terlalu tinggi juga dapat mengakibatkan sifat getasdan internal stress sehingga menurunkan keuletan, ketangguhan, dan mampu tempa sehingga harus dilakukan proses lebih lanjut, yaitu proses tempering. Tabel 2.Komposisikimiaraw material Fe 96,966 W 0,0070 Cr 1,1000 Te 0,0056 Mn 0,8423 Zr 0,0055 C 0,3383 Sn 0,0044 Si 0,2743 Nb 0,0040 V 0,1143 Ce 0,0033 Cu 0,1013 Sb 0,0026 Ni 0,0752 Pb 0,0020 Mo 0,0291 As 0,0020 Ta 0,0269 Bi 0,0020 Al 0,0241 Ca 0,0019 P 0,0220 Se 0,0019 Ti 0,0208 Mg 0,0010 Co 0,0097 La 0,0008 Zn 0,0086 B 0,0004 S 0,0070 Tabel 3. Komposisi kimia quench-temper 100% oli Fe 97,033 Sn 0,0045 Cr 1,0733 S 0,0042 Mn 0,8586 Bi 0,0041 C 0,3156 Nb 0,0040 Si 0,2770 Te 0,0037 V 0,1236 As 0,0036 Cu 0,0979 Zr 0,0025 Ni 0,0625 Ce 0,0025 Mo 0,0285 Pb 0,0020 Al 0,0223 Sb 0,0020 Ta 0,0200 Se 0,0016 P 0,0123 Mg 0,0010 Zn 0,0082 Ca 0,0007 Ti 0,0081 La 0,0007 Co 0,0075 B 0,0002 W 0,0070 Tabel 4. Komposisi kimia quench-temper campuran 50% oli : 50% solar Fe 97,000 S 0,0072 Cr 1,0833 W 0,0070 Mn 0,8550 Sn 0,0056 C 0,3333 Te 0,0055 Si 0,2710 Zr 0,0048 V 0,1143 Nb 0,0040 Cu 0,1020 Ce 0,0027 Ni 0,0736 Sb 0,0023 Ta 0,0416 Se 0,0022 Mo 0,0284 Pb 0,0020 Al 0,0250 Bi 0,0020 P 0,0243 Ca 0,0012 Ti 0,0183 Mg 0,0010 Co 0,0094 La 0,0008 Zn 0,0082 B 0,0006 As 0,0077 Hasil pengujian nilai kekerasan yang dilakukan dengan menggunakan metode Rockwell C. Hasil data yang diperoleh ditampilkan padatabel 5. 191
Tabel 5. Hasil pengujian nilai kekerasan Sampel Nilai kekerasan (HRc) Raw material 42,2 Quench-temperoli 36,8 Quench-tempercampuran 50% oli : 50% solar 37,3 Nilai kekerasan mengalami penurunan setelah dilakukan proses pemanasan tempering. Walaupun sama-sama media pendingin jenis minyak, specimen quenchtemper dengan oli memperoleh nilai kekerasan yang lebih rendah jika dibandingkan dengan quench-temper campuran oli dan solar. Hal tersebut dikarenakan penambahan campuran solar sebagai media pendingin sehingga nilai kekerasan meningkat. Diagram nilai kekerasan baja pegas daun setelah pemanasan tempering ditampilkan pada Gambar 2. Persentase nilai kekerasan baja pegas daun setelah tempering menurun hingga 5,4% HRC untuk quench-temper oli dan 4,9% untuk campuran 50% oli : 50% solar dari nilai kekerasan awal (raw material). Nilai kekerasan setelah perlakuan panas dengan quench-temper campuran 50% oli : 50% solar mengalami peningkatan yang tidak signifikan yakni hanya 0,5% jika dibandingkan dengan nilai kekerasan setelah quench-temper oli. Gambar 3 dan 4 menunjukkan hasil uji stuktur mikro sampel baja pegas daun. Fasa yang terbentuk sebelum dan setelah proses perlakuan panas terlihat berbeda. Gambar 3.Struktur mikro baja pegas daun raw material (a) Gambar2. Diagram nilai kekerasan (b) Gambar 4. Struktur mikro quench-temper(a) oli dan (b) campuran 50% oli : 50% solar 192
JURNAL TeoridanAplikasiFisika Vol. 4 No. 2Juli 2016 Gambar 3 menunjukkan struktur mikro terdiri dari butir-butir kristal ferit (berwarna putih) dan perlit (berwarna hitam). Apabila semakin besar warna putih pada suatu struktur mikro baja, maka semakin banyak ferit yang terbentuk berarti bahwa material tersebut semakin lunak dan ulet. Pada fasa perlit terdiri dari lapisan-lapisan halus yang bersifat kuat dan keras (Haryadi, 2005). Gambar 4 dengan perlakuan quenchtemper memperoleh fasa martensit temper, karbida, dan austenite sisa (retained austenite). Struktur mikro quench-temper oli pada Gambar 4 (a) memperoleh fasa martensit temper seperti jarum-jarum kecil terbentuk lebih rapat, halus, dan mulai tersebar merata seangkan untuk campuran 50% oli : 50% solar pada Gambar 4 (b) terlihat fasa martensit temper sudah tersebar merata tetapi lebih kehitaman dan kasar. KESIMPULAN Hasil uji komposisi kimia mengandung 0,3383 % C untuk raw material, 0,3156 % C setelah heat treatment qench-temper oli, dan campuran 50 % oli : 50 % solar sebesar 0,3333% C. Uji kekerasan raw material 42,2 HRc, quench-temper oli dan campuran 50% oli : 50% solar sebesar 36,8 HRc dan 37,3 HRc. Uji struktur mikro menunjukkan terdapat fasa ferit dan perlit pada specimen raw material sedangkan quench-temper 100% oli dan campuran 50% oli : 50% solar terbentuk fasa martensit temper, austenite sisa (retained austenite), dan ferit. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada UPT. Badan Penelitian Teknologi Mineral (BPTM) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia(LIPI) yang telah membantu terlaksananya penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA ASM Handbook. 1993. Properties and Selection : Iron Steel and High Performance Alloys. Metals handbook. Vol.1.pp 329-335. Fu, TT. dan Cebon, David. 2002. Analysis Of Truck Suspension Data Base. International Journal of Vehicle Design Heavy Vechile System.Vol. 9.No. 4.pp 281-297. Haryadi. 2005. Pengaruh Suhu Tempering terhadap Kekerasan Struktur Mikro dan Kekuatan Tarik pada Baja K-460. Jurnal Teknik Mesin Rotasi. Vol. 7.No. 3.pp 1-10. James, Shackford. 1992. Introduction to Material Science for Engineers. New York: Macmilan Publishing Company. Miftahudin. 2012. Pengaruh temper dengan Quench Media Oli Mesran SAE 20W- 50 Terhadap Karakteristik Medium Carbon Steel. Skripsi. Pendidikan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Semarang. Purwanto, Helmy. 2011. Analisa Quenching pada Baja Karbon Rendah dengan Media Solar. Jurnal Momentum. Vol. 7.No. 1. pp 36-37. Sahwendi. 2013. Pengaruh Perlakuan Panas, Variasi Suhu Tempering dan Lama Waktu Penahanan terhadap Kekerasan dan Struktur Mikro Baja Pegas daun Karbon Sedang. Skripsi. Universitas Lampung. Bandar Lampung. 193
194