BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Kajian Teori

Sejak zaman dulu metode heat treatment telah digunakan oleh orang-orang untuk

mengubah sifat-sifat mekanik logam sesuai dengan keinginannya, contohnya dalam

pembuatan alat-alat perang seperti ujung tombak pedang serta tameng. Ini menunjukan

bahwa heat treatment adalah metode paling mudah dan baik yang dapat digunakan mengubah

sifat-sifat mekanik dari suatu material.

Pada zaman dahulu logam yang baik dianggap adalah logam yang keras dan kuat

karena penggunannya hanya semata-mata untuk peralatan-peralatan yang sederhana seperti

pedang, ujung tombak dan yang lainnya. Oleh karena itu metode perlakuan panas yang

digunakan belum bervariasi, nanti kemudian di zaman modern ketika Kualitas logam tidak

hanya diukur dari kekuatan dan kekerasaanya tetapi dari terpenuhinya sifat-sifat mekanik lain

yang sesuai dengan kebutuhan, baru kemudian berkembang metode-metode Heat treatment

untuk menghasilkan sifat-sifat mekanik yang dibutuhkan.

Sekarang metode heat treatment masih merupakan metode yang paling baik yang

dapat digunakan untuk mengubah sifat-sifat mekanik suatu material logam. Dengan heat

treatment kita dapat meningkatkan ataupun menurunkan sifat-sifat dari logam sesuai dengan

kebutuhan akan sifat mekanik logam tersebut yang kita butuhkan.

Pesatnya laju pembangunan dan teknologi yang semakin modern sekarang ini

mendorong naiknya tingkat kebutuhan akan logam dengan berbagai macam karakteristik

yang sesuai dengan tujuan penggunaannya. Hal ini juga mendorong berkembangnnya variasi

metode-metode Heat treatment untuk menghasilkan sifat-sifat dari logam yang sesuai

dengan kebutuhan dunia industri modern saat ini.

Heat treatment adalah proses memanaskan dan mendinginkan suatu bahan untuk

mendapatkan perubahan fasa (struktur) guna meningkatkan kemampuan bahan tersebut

sehingga bertambah daya guna teknik dari bahan tersebut. Perubahan sifat yang dihasilkan

merupakan akibat dari perubahan mikro yang terjadi sesuai dengan kecepatan/ laju

pendinganan.

Heat treatment (Perlakuan panas) merupakan suatu proses untuk merubah sifat-sifat

dari logam sampai suhu tertentu kemudian didinginkan dengan media pendingin tertentu

pula. Baja merupakan jenis logam yang banyak mendapatkan perlakuan panas untuk

1

mengubah sifat mekanik sesuai dengan keinginan namun terlebih dahulu diketahui instalasi

dari baja tersebut.

Untuk mengetahui suhu yang digunakan dapat dilihatpada gambar Fe-C dan aturan

kerja perlakuan panas pada baja:

Setiap jenis baja mempunyai daerah suhu yang optimal untuk pencelupanyang terbentang

dari suhu awal yang tinggi ke suhu akhir yang rendah

Bahan campuran baja dengan keadaan kadar karbon yang tinggi 0,3 %, beroksidasi

dengan intensif oleh karenanya harus dipanaskan sampai suhu awal.

Baja karbon yang tinggi dan campuran merupakan penghantar panas yang buruk sehingga

haru dipanaskan secara perlahan-lahan dan menyeluruh hingga di atas suhu kritis.

Jika pemanasan dilakukan melampaui batas suhu yang diperbolehkan akan terjadi gosong

pada baja dan setelah dingin akan mengalami kerapuhan.

Perlakuan panas meliputi :

1. Proses anil (annealing).

2. Proses hardening (sepuhan).

3. Proses normalisasi.

4. Tempering (peredaan).

5. Proses stress relief.

6. Proses spheroidizing.

7. Proses rekristalisasi.

8. Proses homogenisasi.

1.2. Metode Pemanasan

Metode pemanasan dan pendinginan dalam proses perlakuan panas ini tergantung

pada perubahan sifat yang dikehendaki serta bergantung pula jenis logam atau paduannya.

Proses perlakuan panas ada dua kategori, yaitu :

1. Softening (Pelunakan) : Adalah usaha untuk menurunkan sifat mekanik agar menjadi

lunak dengan cara mendinginkan material yang sudah dipanaskan didalam tungku (

annealing ) atau mendinginkan dalam udara terbuka ( normalizing ).

2. Hardening (Pengerasan) : Adalah usaha untuk meningkatkan sifat material terutama

kekerasan dengan cara celup cepat ( quenching ) material yang sudah dipanaskan ke

2

dalam suatu media quenching berupa air, air garam, maupun oli. Pada praktikum

perlakuan panas ini diberikan pengujian kekerasan terhadap baja yang sudah

diberikan perlakuan panas, pengujian struktur mikro dan ukuran besar butir yang

terbentuk setelah diproses perlakuan panas.

Baja karbon mempunyai nilai kekerasan yang berbeda bergantung pada kadar karbon

pada suatu baja. Namun, pada kadar karbon yang sama juga bisa mempunyai nilai kekerasan

yang berbeda. Hal tersebut dapat terjadi akibat proses manufacturing yang berbeda-beda pada

baja kadar karbon sama. Sehingga, kita perlu mempelajari fenomena-fenomena pengerasan

baja karbon agar kita bisa mendapatkan baja karbon sesuai dengan spesifikasi yang

kitainginkan.

Pada logam lain juga dapat mengeras jika diberi suatu perlakuan tertentu.

Suatu logam dapat berubah kekerasannya akibat dari faktor-faktor penentu kekerasan logam

itu juga sehingga kita perlu memahami faktor penentu kekerasan logam tersebut. Praktikan

juga dituntut untuk memahami mekanisme dan fenomena precipitation hardening pada

paduan Al-Cu untuk mengetahui perubahan kekerasan pada logam tersebut apabila diberiheat

treatment.

Pengujian kekerasan pada brinell biasa disebut BHN (brinell hardness number). Pada

pengujian brinnel akan dipengaruhi oleh beberapa faktor berikut:

1. Kehalusan permukaan.

2. Letak benda uji pada identor.

3. Adanya pengotor pada permukaan.

Pendinginan. Untuk proses Hardening kita melakukan pendinginan secara cepat dengan

menggunakan media air. Tujuanya adalah untuk mendapatkan struktur martensite, semakin

banyak unsur karbon, maka struktur martensite yang terbentuk juga akan semakin banyak.

Karena martensite terbentuk dari fase Austenite yang didinginkan secara cepat. Hal ini

disebabkan karena atom karbon tidak sempat berdifusi keluar dan terjebak dalam struktur

kristal dan membentuk struktur tetragonal yang ruang kosong antar atomnya kecil, sehingga

kekerasanya meningkat.

 a. efek pada struktur mikro dan ukuran butiran

Pada proses pembuatannya, komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja

dalam bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi.

3

Pada saat proses pendinginan dari suhu lelehnya, baja mulai berubah menjadi fasa padat

pada suhu 13500, pada fasa ini lah berlangsung perubahan struktur mikro. Perubahan struktur

mikro dapat juga dilakukan dengan jalan heat treatment.

Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan dapat dicapai tiap jenis

struktur mikro yang seimbang sesuai dengan komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan

struktur mikro pada berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase

Keseimbangan (Equilibrium Phase Diagram).

Gambar 1.1 Equilibrium phase diagram for iron carbide system

  Penjelasan diagram:

Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur mikro dinamakan Sementit

Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan).

Sifat – sifat sementit: sangat keras dan sangat getas

Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu

kamar terbentuk struktur mikro ferit. 

Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk adalah Perlit,

kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid. 

Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titikeutectoid, struktur

mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan perlit. 

Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan6.67%, struktur mikro yang

terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit. 

4

Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon rendah, akan terbentuk

struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur mikro Austenit. 

Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya

kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi Austenit.

Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses    pendinginan perubahan –

perubahan pada struktur kristal dan  struktur mikrosangat bergantung pada komposisi

kimia.

 b. Heat treatment dengan pendinginan tak menerus

Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu

yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang

berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.

Gambar 1.2. Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn steel

Penjelasan diagram:

Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja.

Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik

tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan

ferit.

Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah

atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari

perlit).

5

Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat

struktur Martensit (sangat keras dan getas).

Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser

kekanan.

Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan

dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat

pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.

c. Heat Treatment dengan pendinginan menerus

Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara

menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah.

Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat

dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.

    Gambar 1.3. Isothermal Continuos Cooling Transformation Diagram

Penjelasan diagram:

Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan

struktur mikro perlit dan ferlit.

Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur

mikro perlit dan bainit.

Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro

martensit.

1.3. Pengerasan Baja Karbon

6

Baja dapat dikeraskan dengan menerapkan proses perlakuan panas (heat treatment).

Prosesheat treatment merupakan proses pengubahan sifat logam, terutama baja, melalui

pengubahan strukturmikro dengan cara pemanasan dan pengaturan laju pendinginan.

Heat treatment merupakan mekanisme penguatan logam dimana logam yang akan kita

ubah sifatnya sudah berada dalam kondisisolid. Dalam heat treatment kita memanaskan

specimen sampai dengan temperature austenisasinya.Temperatur austenisasi yang diberikan

tergantung pada kadar karbon baja yang diproses. Setelah temperature austenisasinya tecapai,

benda kerja dibiarkan pada temperature tersebut dalam jangka waktu tertentu agar

temperature homogeny diseluruh benda kerja. Proses ini disebut dengan homogenisasi.

Setelah itu, dengan mengatur laju pendinginan akan didapat kekerasan yang diinginkan.

Kekerasan yang diperoleh bergantung pada kadar karbon baja yang diproses. Dalam

praktikum ini, akan dilihat pengaruh kadar karbon terhadap baja hasil quench.

Pada saat temperature austenisasinya tercapai, maka fasa yang terjadi pada baja

karbon tersebut adalah austenite(γ). Setelah dalam fasa gamma kemudian baja tersebut di-quench

sehingga akan terbentuk martensit. Martensit yang terjadi tersebut bersifat keras. Oleh karena

itu, pengontrolan transformasi dari austenite menjadi martensit diperlukan untuk

meningkatkan kekuatan dan kekerasan dari aja.Proses quenching untuk meningkatkan

kekerasan dari baja dikontrol dengan pemilihan media pendinginan yang tepat. Media

quenching yang dipakai biasanya antara lain air, larutan natrium hidroksida, oli, dsb.

Karakteristik medium yang digunakan untuk quenching antara lain:

Temperature dari medium

Panas spesifik 

Panas penguapan

Konduktifitas termal medium quenching

Viskositas.

Agitasi

Dalam prakteknya ada 3 macam heat treatment dalam pembuatan baja: 

Pelunakan (Annealing) : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 850 - 9500 C

dalam waktu yang tertentu, lalu didinginkan secara perlahan (seperti garis-a diagram

diatas). Proses ini berlangsung didapur (furnace). Butiran yang dihasilkan umumnya

besar/kasar.

Normalizing : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 875 – 9800C disusul dengan

pendinginan udara terbuka (seperti garis-b diagram diatas). Butiran yang dihasilkan

7

umumnya berlangsung bersamaan dengan pelaksanaan penggilingan kondisi panas

(rolling).

Quenching : sistem pendinginan produk baja secara cepat dengan cara penyemprotan

air pada pencelupan serta perendaman produk yang masih panas kedalam media air

atau oli. Sistem pendinginan ini seperti garis-c diagram diatas.

Selain dari ketiga system heat treatment diatas ada juga heat treatment tahap kedua

pada rentang suhu dibawah austenit yang dinamakan Tempering. Pemanasan ulang produk

baja ini biasa dilakukan untuk produk yang sebelumnya di quenching. Setelah di temper,

maka diharapkan produk tersebut akan lebih ulet dan liat.

Struktur mikro dan sifat karakteristik baja dapat disesuaikan dengan pemilihan heat

treatment yang tepat.

Keterangan tambahan:

Ferit biasa dinamakan juga Besi - α

Austenit dinamakan juga Besi - g

Struktur mikro diatas suhu 13500C dinamakan Besi - d

Proses pendinginan sendiri memiliki dua macam proses, yaitu :

1. Proses pendinginan secara langsung

Proses ini dilakukan dengan cara logam yang sudah dipanaskan hingga suhu austenite

dan setelah itu logam didinginkan dengan cara mencelupkan logam tersebut ke dalam media

pendingin cair, seperti air, oli, air garam dan lain-lain.

Pada percobaan ini pelaksanaannya menggunakan dua metode, dimana cara

pendinginan untuk ujung yang bawah dengan cara menyemprotkan air langsung yaitu quench

sedangkan untuk ujung yang lain dilakukan dengan cara normalizing.

Pendinginan di ujung yang disemprot dengan air pendinginannya lebih cepat daripada

ujung yang satunya karena bantuan udara/suhu ruangan. Jadi laju pendinginan terbesar terjadi

di ujung benda uji yang disemprot air.

2. Proses pendinginan secara tidak langsung

Proses ini dilakukan dengan cara, logam yang telah dipanaskan sampai dengan suhu

austenite setelah itu logam didinginkan dengan cara menyemprotkan air pada salah satu ujung

dari logam tersebut atau dengan cara didinginkan pada udara terbuka atau temperature kamar.

Adapun metode-metode pendinginan sebagai berikut :

1. Quenching

Quenching merupakan suatu proses pendinginan yang termasuk pendinginan langsung.

Pada proses ini benda uji dipanaskan sampai suhu austenite dan dipertahankan beberapa lama

8

sehingga strukturnya seragam, setelah itu didinginkan dengan mengatur laju pendinginannya

untuk mendapatkan sifat mekanis yang dikehendaki. Pemilihan temperature media pendingin

dan laju pendingin pada proses quenching sangat penting, sebab apabila temperature terlalu

tinggi atau pendinginan terlalu besar, maka akan menyebabkan permukaan logam menjadi

retak.

Hasil quench hardening :

menghasilkan produk yang keras tetapi getas

Menghasilkan tegangan sisa

Keuletan dan ketangguhan turun. Fluida yang ideal untuk media quench agar diperoleh

struktur martensit, harus bersifat:

Mendinginkan benda kerja relatif lambat di daerah temperatur yang rendah, misalnya di

bawah temperatur 350˚C agar distorsi atau retak dapat dicegah.

Proses kombinasi pemanasan dan pendinginan yang bertujuan mengubah struktur mikro

dan sifat mekanis logam disebut Perlakuan Panas (Heat Treatment). Logam yang didinginkan

dengan kecepatan yang berbeda-beda misalnya dengan media pendingin yang berbeda, air,

udara atau minyak akan mengalami perubahan struktur mikro yang berbeda. Setiap struktur

mikro misalnya fasa martensit, bainit, ferit dan perlit merupakan hasil transformasi fasa dari

fasa austenit. Masing-masing fasa tersebut terjadi dengan kondisi pendinginan yang berbeda-

beda dimana untuk setiap paduan bahan dapat dilihat pada diagram Continous Cooling

Transformation (CCT) dan Time Temperature Transformation (TTT) diagram. Masing-

masing fasa di atas mempunyai nilai kekerasan yang berbeda. Dengan pengujian Jominy

maka dapat diketahui laju pendinginan yang berbeda akan menghasilkan kekerasan bahan

yang berbeda. Pada percobaan Jominy ini , mampu keras dari suatu baja yang sama akan

bervariasi karena dipengaruhi oleh komposisinya, dimana komposisi tersebut merupakan

komposisi kimia dan terdapat ukuran-ukuran dari setiap benda uji atau spesimen. Spesimen

yang biasa digunakan dalam percobaan Jominy test ini adalah baja karbon. Pada baja,

pendinginan yang cepat dari fasa austenit menghasilkan fasa martensit yang tinggi

kekerasannya. Untuk pendinginan lambat akan mendapatkan struktur

Laju pendinginan bergantung pada media pendinginnya juga. Adapun media pendingin

adalah sebagai berikut :

Air

Oli

Udara

Air Garam

9

BAB II

METODE PRAKTIKUM

2.1. ALAT dan BAHAN

Alat :

a. Kikirb. Amplasc. Stampingd. Tang e. Mesin Furnacef. Mesin uji keras Rockwell

Bahan :

a. Besi ST 60b. Larutan Pendingin (Oli)

2.2. Flow Chart Praktikum

10

Bersihkan permukaan benda kerja dengan Kikir

Berikan penomoran dengan menggunakan stamping

Dinginkan dengan cairan pendingin (oli)

Panaskan benda kerja pada mesin furnace (Proses Hardening)

Uji kekerasan benda kerja sebelum melakukan proses heattreatment

2.3. Prosedur Praktikum

Pertama-tama siapkan alat dan bahan praktikum. Bahan yang digunakan pada

praktikum ini adalah besi berbentuk silinder dengan ketentuan jenis besi yaitu ST

60.

Pastikan besi telah pada bagian sisi alas telah bersih dari karat dan rata. Gunakan

Kikir untuk menghilangkan karat dan kotoran, lalu dilanjutkan dengan digosok

menggunakan amplas untuk memperhalus permukaan benda kerja.

Stamping besi sesuai dengan kode kadar baja (misal: ST 60 di stamping dengan

angka 600). Tujuannya agar tidak lupa jenis besi yang dipakai setelah proses

pemanas.

Setelah halus besi sudah bisa di uji dengan menggunakan mesin uji keras. Metode

uji yang digunakan adalah Metode Brinell. Catat hasil pengujian tersebut masing-

masing besi lima kali uji dengan satuan HRB dan cari nilai rata-rata data dari

masing-masing besi tersebut.

Setelah besi diuji kekerasannya, besi siap dilakukan Heat Treatment.

Masukan besi ke oven lalu panaskan. Temperatur yang dibutuhkan untuk

melakukan hardening ini adalah 850oC sehingga besi mencapai temperatur

Austenit yang menjadikan besi membentuk struktur mikro Austenit.

Sebelum temperatur telah mencapai suhu yang diinginkan, pastikan bahwa larutan

yang dipakai untuk pendinginan cepat (quenching) telah siap, yaitu oli. Setelah

mencapai suhu 850oC angkat besi menggunakan tang panjang (jangan lupa

memakai gloves) dan langsung dicelupkan.

Setelah besi itu dingin, amplas dan bersihkan permukaan benda kerja.

uji kembali menggunakan mesin uji kekerasan. Ambil data dari besi tersebut lima

kali uji.

2.4. Data Hasil Pengukuran

11

No.Benda Kerja

ST 60

Uji Keras (HRB) Rata-rata

(HRB)1 2 3 4 5

1 Sebelum 24,7 23,5 26,5 25,6 25,6 25,18

2 Sesudah 51,7 49,8 49,9 51,3 50,1 50,56

BAB III

KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa percobaan ini

telah membuktikan proses hardening dapat mengubah karakteristik suatu bahan.Dimana,

hardening dilakukan untuk menambah kekerasan pada suatu bahan.Hal tersebut ditunjukan

dengan nilai BHN yang relative lebih tinggi setelah dilakukan proses hardening.

Selain itu, melalui percobaan ini juga dapat diketahui bahwa terdapat hubungan antara

laju pendinginan dengan tingkat kekerasan, selain itu, ada faktor lain yang

mempengaruhinya, yaitu media pendingin yang digunakan, kadar karbon, bentuk struktur

logam, dan unsur paduan dari logam tersebut. Semakin cepat laju pendinginan, semakin

tinggi nilai kekerasan dan semakinbanyak struktur martensit yang dihasilkan atau terbentuk.

12