PENGARUH TEMPER DENGAN QUENCHING MEDIA PENDINGIN OLI MESRAN SAE 40 TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS

BAJA ST 60

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan

Oleh :

Nama :Bambang Tri Wibowo NIM :5201401045 Program Studi :Pendidikan Teknik Mesin S1

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2006

ii

ABSTRAK Bambang Tri wibowo, 2006, Pend. Teknik Mesin FT UNNES, 5201401045, “Pengaruh Temper dengan Quenching Media Pendingin Oli Mesran SAE 40 Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Baja ST 60”

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh temper dengan

quenching media Oli Mesran SAE 40 terhadap sifat fisis dan mekanis Baja ST 60. Proses temper dilakukan dengan suhu 6000C dengan quenching pada suhu 8300C.

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah deskriptif yang menggunakan bahan baku material untuk spesimen adalah Baja ST 60 produksi PT. BHINEKA BAJANAS. Spesimen uji tarik menggunakan standard ASTM E8 A48, spesimen impact mengacu pada ASTM E23-56T, dan spesimen muai panas berdasarkan ASTM E80.

Hasil uji komposisi menunjukkan material dasar termasuk dalam golongan medium carbon steel atau baja karbon menengah dengan kandungan karbon 0,452%. Kekuatan tarik Baja ST 60 sebesar 67,74 kg/mm2 dan mengalami kenaikan sebesar 28,26% saat dilakukan proses quenching dengan tegangan maksimum sebesar 86,88 kg/mm2 dengan kenaikan sebesar 20,09% pada spesimen temper dengan kekuatan tarik sebesar 81,35%. Hasil pengujian tarik yang berakhir dengan perpatahan spesimen menunjukkan adanya perpanjangan sebesar 12,38% pada raw material, 9,80% pada quenching, dan 14,06% pada temper. Kontraksi terbesar terjadi pada spesimen temper sebesar 49,15% mengalami penurunan sebesar 44,16% pada spesimen quenching, dan 46,88% pada raw materials. Kekerasan rockwell rata-rata pada raw materials sebesar 100,0HRC dan mengalami kenaikan pada quenching dengan kekerasan sebesar 118,3HRC. Kekerasan spesimen temper sebesar 112,13HRC menunjukkan penurunan sebesar 5,19% dibanding dengan quenching. Ketangguhan terbesar terjadi pada spesimen temper sebesar 0,902 J/mm2 atau mengalami kenaikan sebesar 93,98% terhadap raw materials. Hasil pengujian muai panas menunjukkan muai panas Baja ST 60 sebesar 1721 x 10-6 mm dan mengalami kenaikan menjadi 2828 x 10-6 mm pada spesimen quenching dan 1814 x 10-6 mm pada spesimen temper. Pengujian struktur mikro menunjukkan struktur mikro raw materials terdiri dari ferit dan perlit dengan bentuk dan besar kristal yang berimbang sesuai dengan kandungan karbon yang sebesar 0,452%.

Saran yang diajukan dalam penelitian ini adalah variasi suhu pada proses tempering dan variasi media pendingin saat proses quenching pada Baja ST 60 serta variasi pada jenis bahan Baja ST 60.Pengambilan foto mikro spesimen dilakukan dengan memperhatikan daerah terjadinya perbedaan tingkat kekerasan dalam spesimen.

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan sidang panitia ujian skripsi

Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang pada :

Hari :

Tanggal :

Panitia Ujian Ketua Sekretaris

Drs Pramono Drs Supraptono, MPd NIP. 131474226 NIP. 131125645 Pembimbing Anggota Penguji

Pembimbing I Penguji I

Drs. Sunyoto, M.Si Drs. Sunyoto, M.Si NIP. 131931835 NIP. 131931835 Pembimbing II Penguji II

Drs. Budiharso Eko, M.Pd Drs. Budiharso Eko, M.Pd NIP. 131285577 NIP. 131285577

Penguji III

Drs Supraptono, MPd NIP. . 131125645

Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik

Prof, Dr. Soesanto NIP. 130875753

iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

Moto

• Jadilah engkau pema’af dan suruhlah orang mengerjakan yang ma’ruf serta

berpalinglah dari orang-orang yang bodoh.

• Janganlah hanya belajar melalui kesalahan yang kita lakukan, tapi ambilah

hikmah dari kebenaran yang kita kerjakan.

• Sesungguhnya Allah SWT tidak akan mengubah nasib suatu kaum, kecuali

mereka mau berusaha sendiri.

Persembahan

• Bapak dan Ibu tercinta

• Saudara-saudaraku tersayang, Mbak Sri

Purwanti dan Mas Broto Sisiwoko

v

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur peneliti panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan segala rahmat dan hidayahnya, sehingga peneliti dapat

menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Sholawat serta salam peneliti curahkan

kepada Nabi Agung Muhammad SAW Nabi yang terakhir.

Penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bimbingan dan bantuan dari

berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini peneliti menyampaikan

banyak terima kasih kepada :

1. Prof. Dr. Soesanto, dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.

2. Drs.Pramono, ketua jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang.

3. Drs. Sunyoto, M.Si, dosen pembimbing I yang telah memberikan bimbingan

dan dorongan kepada peneliti untuk menyelesaikan skripsi ini.

4. Drs. Budiarso Eko, MPd, dosen pembimbing II skripsi ini yang dengan penuh

kesabaran telah memberikan petunjuk, bimbingan, arahan dan motivasi

5. Drs. Hadromi, MT yang telah memberikan kesempatan dan ide kepada

peneliti untuk penulisan skripsi ini.

6. Teman-teman seperjuanganku Udin, Nur, Wisnu, teman-teman PTM’01,

senior-senior, Laborat dan Teknisi serta semua pihak yang turut membantu

penelitian ini yang tidak mungkin kami sebutkan satu persatu.

Semoga Allah SWT memberikan balasan atas jasa-jasa beliau yang telah

membantu dan membimbing peneliti dalam menyelesaikan skripsi ini. Peneliti

menyadari bahwa skripsi ini masih sangat jauh dari sempurna, maka kritik dan

vi

saran yang konstruktif dan membangun sangat peneliti harapkan. Akhir kata

peneliti berharap semoga skripsi ini memberikan manfaat dan tambahan ilmu bagi

para pembaca.

Semarang, Mei 2006

Peneliti

vii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i

ABSTRAK ....................................................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................... iii

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ................................................................... iv

KATA PENGANTAR ..................................................................................... v

DAFTAR ISI.................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... x

DAFTAR TABEL............................................................................................ xii

DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN........................................................................... 1

A. Latar Belakang ........................................................................ 1

B. Perumusan Masalah ................................................................ 3

C. Penegasan Istilah ..................................................................... 3

D. Tujuan Penelitian .................................................................... 5

E. Manfaat Penelitian .................................................................. 5

BAB II LANDASAN TEORI ...................................................................... 7

A. Baja Karbon ............................................................................ 7

B. Quenching ............................................................................... 9

C. Tempering ............................................................................... 11

D. Media Pendingin ..................................................................... 12

viii

E. Pengujian Tarik ....................................................................... 16

F. Pengujian Ketangguhan (impact) ............................................ 21

G. Pengujian Kekerasan ............................................................... 24

H. Muai Panas .............................................................................. 25

I. Pengujian Struktur Mikro ....................................................... 30

BAB III METODELOGI PENELITIAN...................................................... 32

A. Material dan Dimensi Spesimen ............................................. 32

B. Alur Penelitian ........................................................................ 35

C. Peralatan Penelitian ................................................................. 37

D. Desain Penelitian ..................................................................... 38

E. Variabel Penelitian .................................................................. 39

F. Teknik Pengumpulan Data ...................................................... 39

G. Analisis Data ........................................................................... 42

H. Tempat Penelitian ................................................................... 42

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN.............................. 44

A. Hasil Penelitian ........................................................................ 44

1. Hasil uji komposisi ............................................................ 44

2. Hasil Uji Tarik .................................................................. 45

3. Hasil pengujian kekerasan.................................................. 47

4. Hasil pengujian Ketangguhan ........................................... 49

5. Hasil pengujian Muai panas .............................................. 50

6. Penampang patah uji tarik ................................................. 51

7. Penampang patah uji ketangguhan .................................... 53

ix

8. Foto mikro ......................................................................... 55

B. Pembahasan.............................................................................. 56

BAB V PENUTUP....................................................................................... 60

A. Simpulan .................................................................................. 60

B. Saran......................................................................................... 61

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 63

LAMPIRAN – LAMPIRAN ........................................................................... 64

x

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Diagram besi karbon ...................................................................... 9

Gambar 2. Struktur body center cubic ............................................................. 9

Gambar 3. Diagram tegangan regangan .......................................................... 18

Gambar 4. Bentuk penampang patahan ........................................................... 20

Gambar 5. Prinsip pengukuran pengujian ketangguhan ................................. 22

Gambar 6. Kurva energi ikat antar atom-jarak antar atom............................... 26

Gambar 7. Benda kerja uji tarik ....................................................................... 32

Gambar 8. Spesimen uji kekerasan ................................................................. 33

Gambar 9. Benda uji ketangguhan dan takik ................................................... 34

Gambar 10. Benda kerja uji muai panas .......................................................... 34

Gambar 11. Siklus temperatur hardening ........................................................ 36

Gambar 12. Proses jalannya penelitian ........................................................... 37

Gambar 13. Hasil kekuatan tarik baja karbon sedang...................................... 46

Gambar 14. Prosentase perpanjangan hasil pengujian tarik............................. 46

Gambar 15. Prosentase dari konstraksi uji tarik .............................................. 47

Gambar 16. Grafik hasil pengujian kekerasan ................................................. 48

Gambar 17. Grafik hasil pengujian impact ...................................................... 50

Gambar 18. Hasil uji muai panas linier............................................................ 51

Gambar 19. Penampang patah raw material.................................................... 52

Gambar 20. Penampang patah quenching ........................................................ 52

xi

Gambar 21. Penampang patah temper ............................................................. 53

Gambar 22. Penampang patah impact raw material ........................................ 53

Gambar 23. Penampang patah impact quenching ............................................ 54

Gambar 24. Penampang patah impact temper.................................................. 54

Gambar 25. Foto mikro spesimen raw material .............................................. 55

Gambar 26. Foto mikro spesimen quenching .................................................. 56

Gambar 27. Foto mikro spesimen temper ........................................................ 56

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Lembar pengamatan pengujian kekerasan ....................................... 40

Tabel 2. Lembar pengujian tarik ..................................................................... 40

Tabel 3. Lembar pengamatan uji muai panas.................................................. 41

Tabel 4. Lembar pengamatan impack (ketangguhan) ..................................... 41

Tabel 5. Komposisi kimia bahan Baja ST 60.................................................. 44

Tabel 6. Hasil pengujian tarik ........................................................................ 45

Tabel 7. Hasil pengujian kekerasan ................................................................ 48

Tabel 8. Hasil pengujian impact...................................................................... 49

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Hasil uji komposisi Baja ST 60 ............................................................... 63

Lampiran 2. Grafik dan perhitungan pada hasil uji tarik spesimen raw materials 1 ...... 64

Lampiran 3. Grafik dan perhitungan pada hasil uji tarik spesimen raw materials 2 ...... 65

Lampiran 4. Grafik dan perhitungan pada hasil uji tarik spesimen `raw materials 3..... 66

Lampiran 5. Grafik dan perhitungan pada hasil uji tarik spesimen quench 1 ................ 67

Lampiran 6. Grafik dan perhitungan pada hasil uji tarik spesimen quench 2................. 68

Lampiran 7. Grafik dan perhitungan pada hasil uji tarik spesimen quench 3 ................ 69

Lampiran 8. Grafik dan perhitungan pada hasil uji tarik spesimen temper 1 ................ 70

Lampiran 9. Grafik dan perhitungan pada hasil uji tarik spesimen temper 2 ................ 71

Lampiran 10. Grafik dan perhitungan pada hasil uji tarik spesimen temper 3 .............. 72

Lampiran 11. Lembar Pengamatan Uji Tarik ................................................................ 73

Lampiran 12. Lembar Pengamatan Pengujian Kekerasan ............................................. 74

Lampiran 13. Lembar Pengamatan Pengujian Ketangguhan ......................................... 75

Lampiran 14. Lembar Pengamatan Uji Muai Panas ...................................................... 76

Lampiran 15. Surat Penetapan Dosen Pembimbing Skripsi Mahasiswa ....................... 77

Lampiran 16. Surat Tugas Panitia Ujian ........................................................................ 78

Halaman

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Seiring dengan perkembangan jaman dan teknologi,banyak kalangan dunia

industri yang menggunakan logam sebagai 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-tegangan gesek sehingga menimbulkan

deformasi atau perubahan bentuk. 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

mempemgaruhinya, seperti suhu pemanasan dan media pendingin yang digunakan.

Salah satu proses perlakuan panas pada baja adalah pengerasan (hardening),

yaitu proses pemanasan baja sampai suhu di daerah atau diatas daerah kritis disusul

dengan pendinginan yang cepat dinamakan quench, (Djafrie, 1995).

2

Akibat proses hardening pada baja, maka timbulnya tegangan dalam

(internal stresses), dan rapuh (britles), sehingga baja tersebut belum cocok untuk

segera digunakan. Oleh karena itu pada baja tersebut perlu dilakukan proses lanjut

yaitu temper. Dengan proses temper kegetasan dan kekerasan dapat diturunkan

sampai memenuhi syarat penggunaan, kekuatan tarik turun sedangkan keuletan dan

ketangguhan meningkat. Namun yang menjadi permasalahan sejauh mana sifat - sifat

yang memenuhi syarat yang diinginkan ini dapat dicapai melalui proses temper.

Pengkajian lebih lanjut dampak dari faktor perbedaan media quenching-

temper, dapat dilakukan melalui beberapa uji bahan. Pengujian bahan yang digunakan

untuk proses quenching-temper adalah uji kekuatan tarik, uji ketangguhan, uji

kekerasan, uji muai panas dan uji struktur mikro.

Oli Mesran SAE 40 merupakan pelumas produksi PT Pertamina dengan

viskositas 40 pada temperatur 1000C. Penggunaan pelumas sebagai media pendingin

akan menyebabkan timbulnya selaput karbon pada spesimaen tergantung dari

besarnya viskositas pelumas. Atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja tersebut,

maka peneliti memilih perlakuan panas temper dengan quenching media Oli Mesran

SAE 40. Perubahan sifat pada baja dapat diketahui dengan cara melakukan pengujian

tarik, kekerasan, ketangguhan dan muai panas. Mengingat banyaknya jenis baja

karbon dan pelumas maka dalam penelitian ini akan dibatasi pada baja karbon

menengah, yaitu baja dengan kadar karbon antara 0,25 – 0,65%C dan pelumas

Mesran SAE 40, alasan dipilihnya media pendingin Oli Mesran SAE 40 adalah

3

karena Oli Mesran SAE 40 yang diproduksi oleh PT Pertamina yang memiliki kadar

viskositas 40 pada temperatur 1000C. Penggunaan pelumas ini sebagai media

pendingin akan menyebabkan timbulnya selaput karbon pada spesimen tergantung

pada besarnya viskositas pelumas. Atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja

tersebut.

B. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, permasalahan utama yang

akan diungkap dalam penelitian ini adalah :

1. Bagaimana pengaruh temper dengan quenching media pendingin Oli Mesran

SAE 40 terhadap sifat mekanis baja ST 60 yang meliputi kekuatan tarik,

kekerasan, ketangguhan dan muai panas.

2. Bagaimana pengaruh temper dengan quenching media pendingin Oli Mesran

SAE 40 terhadap sifat fisis baja ST 60 yang meliputi foto mikro dan penampang

patah.

C. Penegasan Istilah

Penegasan istilah digunakan untuk menghindari kemungkinan salah

pengertian atau salah penafsiran terhadap arti kata - kata yang menjadi judul skripsi

ini.

4

1. Pengaruh adalah data yang ada atau timbul dari sesuatu (orang, benda dan

sebagainya) yang berkuasa atau berkekuatan. (Poerwadarminta, 1976 : 664).

Pengaruh dalam penelitian ini adalah hubungan yang mempengaruhi media

quenching pada proses temper terhadap kekuatan tarik, kekerasan, ketangguhan

dan muai panas dan struktur mikro baja ST 60.

2. Quenching adalah proses pengerasan (hardening) dengan menggunakan media

pendingin yaitu Oli Mesran SAE 40 (mendinginkan secara cepat dengan

memasukkan kedalam bak Oli Mesran SAE 40, merendam).

3. Temper adalah suatu proses pemanasan setelah proses pengerasan dilakukan,

yang bertujuan untuk meningkatkan ketangguhan atau keuletan baja, dengan

menggunakan suhu pemanasan 6000C.

4. Sifat mekanis adalah keadaan yang tampak pada suatu benda dilihat dari

kemampuan mesin (sifat mampu mesin). Sifat mekanis diketahui dengan

pengujian kekuatan tarik, ketangguhan, kekerasan, dan muai panas.

5. Sifat fisis baja ST 60 adalah kedaan yang tampak pada suatu benda dilihat dari

perubahan fisik (benda) dengan menggunakan mikroskop logam serta

pengamatan foto mikro dan penampang patah logam.

6. Baja ST 60

Baja ST 60 adalah baja produksi dari PT. Bhineka Bajanas yang mempunyai

kekuatan tarik 60 kg/mm2 . Baja ini mempunyai kandungan karbon 0,452%C

5

yang tarmasuk baja karbon menengah. Menurut TJ Rajan (1997), baja ST 60

adalah baja yang memiliki kadar karbon 0,3%C sampai 0,6%C

7. Media pendingin

Menurut kamus Bahasa Indonesia pendingin adalah alat untuk mendinginkan,

sedangkan Media adalah alat yang digunakan untuk mendinginkan.

Pada penelitian ini digunakan Oli Mesran SAE 40 produksi PT Pertamina sebagai

media pendingin yang digunakan untuk menurunkan temperatur baja ST 60 pada

proses quenching.

D. Tujuan Penelitian

Penelitian ini mempunyai tujuan yang akan dicapai, yaitu :

1. Mengetahui pengaruh temper dengan quenching media pendingin Oli Mesran

SAE 40 terhadap sifat mekanis baja ST 60 meliputi kekuatan tarik, ketangguhan,

kekerasan dan muai panas.

2. Mengetahui pengaruh ‘quench-temper’ dengan media pendingin Oli Mesran

SAE 40 terhadap sifat fisis meliputi struktur mikro dan penampang patah

baja ST 60

E. Manfaat Penelitian

Dari penelitian ini diharapkan akan memberi manfaat dalam kontribusinya

terhadap pembangunan nasional serta ilmu pengetahuan dan teknologi yaitu:

6

1. Memberikan kontribusi terhadap pengetahuan tentang karakteristik sifat fisis

yaitu struktur mikro dan mekanis yaitu kekuatan tarik, ketangguhan, kekerasan

dan muai panas pada bahan baja ST 60 yang dihasilkan dari proses temper dengan

quench media Oli Mesran SAE 40.

2. Dapat membantu mengatasi masalah-masalah yang ada pada industri nasional,

khususnya yang berhubungan dengan elemen - elemen mesin dan industri logam.

3. Memberikan kontribusi terhadap pengembangan ilmu bahan dan konstruksi.

4. Memberikan wawasan baru bagi perancangan suatu produk yang membutuhkan

kekuatan suatu bahan yang tinggi.

7

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Baja Karbon

Baja merupakan salah satu jenis logam ferro dengan unsur carbon (C)

1,7%. Di samping itu baja juga mengandung unsur-unsur lain seperti sulfur

(S), fosfor (P), silikon (Si), mangan (Mn), dan sebagainya yang jumlahnya

dibatasi. Sifat baja pada umumnya sangat dipengaruhi oleh prosentase karbon dan

struktur mikro. Struktur mikro pada baja karbon dipengaruhi oleh perlakuan panas

dan komposisi baja.

Karbon dengan unsur campuran lain dalam baja membentuk karbid yang

dapat menambah kekerasan, tahan gores dan tahan suhu baja. Perbedaan

prosentase karbon dalam campuran logam baja karbon menjadi salah satu cara

mengklasifikasikan baja. Berdasarkan kandungan karbon, baja dibagi menjadi tiga

macam, yaitu :

1. Baja karbon rendah

Baja kabon rendah (low carbon steel) mengandung karbon dalam

campuran baja karbon kurang dari 0,3%. Baja ini bukan baja yang keras karena

kandungan karbonnya yang rendah kurang dari 0,3%C. Baja karbon rendah tidak

dapat dikeraskan karena kandungan karbonnya tidak cukup untuk membentuk

struktur martensit (Amanto, 1999).

8

2. Baja karbon menengah

Baja karbon sedang mengandung karbon 0,3%C – 0,6%C (medium

carbon steel) dan dengan kandungan karbonnya memungkinkan baja untuk

dikeraskan sebagian dengan perlakuan panas (heat treatment) yang sesuai. Baja

karbon sedang lebih keras serta lebih lebih kuat dibandingkan dengan baja karbon

rendah (Amanto, 1999).

3. Baja karbon tinggi

Baja karbon tinggi mengandung 0,6%C – 1,5%C dan memiliki kekerasan

tinggi namun keuletannya lebih rendah, hampir tidak dapat diketahui jarak

tegangan lumernya terhadap tegangan proporsional pada grafik tegangan

regangan. Berkebalikan dengan baja karbon rendah, pengerasan dengan

perlakuan panas pada baja karbon tinggi tidak memberikan hasil yang optimal

dikarenakan terlalu banyaknya martensit sehingga membuat baja menjadi getas.

Sifat mekanis baja juga dipengaruhi oleh cara mengadakan ikatan karbon

dengan besi. Menurut Schonmetz (1985) terdapat 2 bentuk utama kristal saat

karbon mengadakan ikatan dengan besi, yaitu :

1. Ferit, yaitu besi murni (Fe) terletak rapat saling berdekatan tidak teratur, baik

bentuk maupun besarnya. Ferit merupakan bagian baja yang paling lunak,

ferrit murni tidak akan cocok digunakan sebagai bahan untuk benda kerja yang

menahan beban karena kekuatannya kecil.

2. Perlit, merupakan campuran antara ferrit dan sementit dengan kandungan

karbon sebesar 0,8%. Struktur perlitis mempunyai kristal ferrit tersendiri dari

serpihan sementit halus yang saling berdampingan dalam lapisan tipis mirip

lamel.

9

B. Quenching

Menurut Edih Supardi (1999) dasar pengujian pengerasan pada bahan baja

yaitu suatu proses pemanasan dan pendinginan untuk mendapatkan struktur keras

yang disebut martensit. Martensit yaitu fasa larutan padat lewat jenuh dari karbon

dalam sel satuan tetragonal pusat badan atau mempunyai bentuk kristal Body

Centered Tetragonal (BCT)

.

Gambar 1. Diagram besi karbon

Gambar 2. Struktur Body Center Cubic

0,8 0,50,45

8100

8300

0

10

Makin tinggi derajat kelewatan jenuh karbon, maka makin besar

perbandingan satuan sumbu sel satuannya, martensit makin keras tetapi getas.

Martensit adalah fasa metastabil terbentuk dengan laju pendinginan cepat, semua

unsur paduan masih larut dalam keadaan padat. Pemanasan harus dilakukan secara

bertahap (preheating) dan perlahan-lahan untuk memperkecil deformasi ataupun

resiko retak. Setelah temperatur pengerasan (austenitizing) tercapai, ditahan dalam

selang waktu tertentu (holding time) kemudian didinginkan cepat.

Baja canai panas dengan cara pendinginan lambat mempunyai struktur

perlit dengan ferit bebas atau sementit bebas, hal ini tergantung pada kandungan

karbon (Doan, G.E., 1952). Tahap pendinginan lambat pada baja mengakibatkan

suatu keadaan yang relatif lunak atau plastis. Untuk menambah kekerasan baja,

dapat dilakukan dengan pengerjaan yang dimana baja dipanaskan sampai suhu

8300C kemudian didinginkan secara cepat (quenching). Tujuan pengerjaan ini

dengan maksud pengerasan baja adalah mendinginkan atau melindungi suatu

perubahan austenitic dari pada pendinginan lain sampai temperatur mendekati

790C. Jika berhasil mendinginkan austenitic sampai 790C akan berubah dengan

cepat ke suatu struktur yang keras dan relatif rapuh yang dikenal martensit untuk

itu pengerjaan kedua dalam pengerasan baja yaitu pendinginan cepat (quenching)

dari austenitic yang menghasilkan struktur martensit.

Pada dasarnya baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak cocok

untuk digunakan. Melalui temper, kekerasan, dan kerapuhan dapat diturunkan

sampai memenuhi persyaratan. Kekerasan turun, kekuatan tarik akan turun,

sedang keuletan dan ketangguhan akan meningkat (Djafrie, 1985). Pada saat

11

tempering proses difusi dapat terjadi yaitu karbon dapat melepaskan diri dari

martensit berarti keuletan (ductility) dari baja naik, akan tetapi kekuatan tarik, dan

kekerasan menurun. Senada dengan itu Djafrie (1986) menyatakan sifat-sifat

mekanik baja yang telah dicelup, dan di-temper dapat diubah dengan cara

mengubah temperatur tempering

C. Tempering

Perlakuan untuk menghilangkan tegangan dalam dan menguatkan baja dari

kerapuhan disebut dengan memudakan (tempering). Tempering didefinisikan

sebagai proses pemanasan logam setelah dikeraskan pada temperatur tempering

(di bawah suhu kritis), yang dilanjutkan dengan proses pendinginan

(Koswara,1999:134).

Baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak cocok untuk digunakan,

melalui proses tempering kekerasan dan kerapuhan dapat diturunkan sampai

memenuhi persyaratan penggunaan. Kekerasan turun, kekuatan tarik akan turun

pula sedang keuletan dan ketangguhan baja akan meningkat. Meskipun proses ini

menghasilkan baja yang lebih lunak, proses ini berbeda dengan proses anil

(annealing) karena di sini sifat-sifat fisis dapat dikendalikan dengan cermat

(Amstead, 1997 : 148).

Pada suhu 200˚C sampai 300˚C laju difusi lambat hanya sebagian kecil

karbon dibebaskan, hasilnya sebagian struktur tetap keras tetapi mulai kehilangan

kerapuhannya. Di antara suhu 500˚C dan 600˚C difusi berlangsung lebih cepat,

dan atom karbon yang berdifusi di antara atom besi dapat membentuk sementit.

12

Perubahan sifat mekanis akibat temper martensit baja karbon 0,452 %C.

Prosesnya adalah memanaskan kembali berkisar antara suhu 150˚C – 650˚C dan

didinginkan secara perlahan-lahan terganutng sifat akhir baja tersebut, menurut

tujuannya proses tempering dibedakan sebagai berikut :

1. Tempering pada suhu rendah ( 150˚ – 300˚C )

Tempering ini hanya untuk mengurangi tegangan-tegangan kerut dan

kerapuhan dari baja, biasanya untuk alat-alat potong, mata bor dan

sebagainya.

2. Tempering pada suhu menengah ( 300˚ - 550˚C )

Tempering pada suhu sedang bertujuan untuk menambah keuletan dan

kekerasannya sedikit berkurang. Proses ini digunakan pada alat-alat kerja yang

mengalami beban berat, misalnya palu, pahat, pegas.

3. Tempering pada suhu tinggi ( 550˚ - 650˚C )

Tempering suhu tinggi bertujuan memberikan daya keuletan yang besar dan

sekaligus kekerasannya menjadi agak rendah misalnya pada roda gigi, poros

batang pengggerak dan sebagainya. Suhu yang digunakan dalam penelitian ini

adalah 6000C pada proses tempering dengan tujuan untuk mendapatkan

keuletan spesimen yang maksimal.

D. Media Pendingin

Media pendingin yang lazim digunakan untuk mendinginkan spesimen pada

proses pengerasan baja yang akan digunakan yaitu Oli Mesran SAE 40, dengan

alasan media pendingin tersebut digunakan sesuai dengan kemampuannya untuk

13

memperoleh hasil yang diharapkan. Penggunaan pelumas sebagai media

pendingin akan menyebabkan tibulnya selaput karbon pada spesimen tergantung

dari besarnya viskositas pelumas. Atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja

tersebut, maka peneliti memilih perlakuan panas temper dengan quenching media

Oli Mesran SAE 40.

Media pendingin yang digunakan untuk mendinginkan baja bermacam-

macam. Berbagai bahan pendingin yang digunakan dalam proses perlakuan panas

antara lain :

1. 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.

2. Minyak

Minyak yang digunakan sebagai fluida pendingin dalam perlakuan panas

adalah yang dapat memberikan lapisan karbon pada kulit (permukaan)

benda kerja yang diolah. Selain minyak yang khusus digunakan sebagai

bahan pendingin pada proses perlakuan panas, dapat juga digunakan

minyak bakar atau solar.

3. 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

14

sebagai pendingin akan memberikan kesempatan kepada logam untuk

membentuk kristal – kristal dan kemungkinan mengikat unsur – unsur lain

dari udara.

4. Garam

Garam dipakai sebagai bahan pendingin disebabkan memiliki sifat

mendinginkan yang teratur dan cepat. Bahan yang didiginkan di dalam

cairan garam yang akan 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 kemapuan media pendingin di sebabkan oleh temperatur,

kekentalan, kadar larutan dan bahan dasar media pendingin. Pelumas adalah

minyak yang mempunyai sifat untuk selalu melekat dan menyebar pada

permukaan-permukaan yang bergeser, sehingga membuat pengausan dan

kenaikan suhu kecil sekali (Soedjono, 1978).viskositas Oli, dan bahan dasar Oli

membawa pengaruh dalam mendinginkan sepesimen. Bahan dasar minyak dapat

dibedakan menjadi tiga jenis yaitu minyak yang berasal dari hewan diperoleh

dengan cara merebus atau memasak tulang belulang atau lemak babi, minyak

pelumas dari tumbuhan dan minyak pelumas mineral diperoleh dengan cara

penyulingan (destilasi) minyak bumi secara bertahap. Minyak pelumas mineral

merupakan campuran beberapa organik, terutama hidro karbon. Dalam minyak

bumi mengandung parafin (CnH2n-2), siklik parafin naftena (CnH2n) dan

aromatik (CnHn), jumlah susunan tergantung jumlah minyaknya.

15

Aromatik mempunyai sifat pelumasan yang baik tetapi tidak tahan oksidasi.

Parafin dan naftena lebih stabil tetapi tidak dapat menggantikan aromatik secara

keseluruhan. Karena tipe aromatik tertentu bertindak sebagai penghalang oksidasi

dan parafin murni tidak mempunyai sifat pelumasan yang baik. Perbedaan yang

lain yaitu aromatik mempunyai viskositas rendah, naftena mempunyai viskositas

sedang dan parafin mempunyai viskositas tinggi.

Ada tiga faktor yang mempengaruhi viskositas, yaitu komposisi, suhu dan

tekanan. Angka viskositas biasanya ditijau dengan SAE (Society of Automotive

Engine) dan disertai angka. Angka menunjukkan pada kelompok mana viskositas

itu termasuk.

Dalam perdagangan ada dua macam viskositas, misalnya SAE 10W dan 40.

SAE 10W tidak begitu peka terhadap temperatur, sedangkan Oli SAE 40 peka

terhadap temperatur. Indek kekentalan diikuti huruf W yang menunjukkan

kekentalan pada suhu 200C, sedangkan kekentalan yang tidak diikuti huruf W

menyatakan kekentalan pada suhu 1000C, dengan adanya perkembangan teknologi

lebih dari satu tingkat klasifikasi viskositasnya yang dikenal dengan minyak

pelumas multigrande. Penulisan angka viskositas misalnya SAE 10W – 40 dengan

maksud standar Olinya SAE 10 pada suhu 100C dan standar sampai SAE 40 pada

suhu 1000C, sehingga minyak pelumas ini bila digunakan dilingkungan suhu

dingin akan bersikap sebagai pelumas SAE 10W sedangkan bila digunakan

dilingkungan suhu panas akan bersikap sebagai minyak pelumas SAE 50W.

Dalam penelitian ini menggunakan pelumas mesran SAE 40.

16

E. Pengujian Tarik

Pengujian tarik dilakukan terhadap batang uji yang standar. Pada bagian

tengah batang uji merupakan bagian yang menerima tegangan yang uniform, dan

pada bagian ini diukurkan panjang uji (gauge length), yaitu bagian yang dianggap

menerima pengaruh dari pembebanan. Pada bagian inilah yang selalu diukur

panjangnya dalam proses pengujian.

Dasar yang digunakan untuk mengetahui kekuatan tarik dari suatu material

adalah kurva tegangan dan regangan. Donan (1952) menyatakan, The parameters

which are used to describe the stress - strain curve of metals are the tensile

strength, yield strength, percent elongation and reduction of area. Dari

pernyataan tersebut dapat diketahui bahwa komponen-komponen utama dari

kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum (tensile strength), tegangan luluh dari

material, regangan yang terjadi saat penarikan dan pengurangan luas penampang.

Proses memudahkan dalam mengetahui kekuatan tarik dari suatu bahan,

diadakan pengujian tarik pada bahan tersebut. Pengujian tarik dilakukan dengan

memberikan suatu gaya tarik pada suatu spesimen yang bentuk dan ukurannya

standar. Pembuatan spesimen disesuaikan dengan bentuk awal bahannya. Apabila

bahan awal bebentuk silindris maka spesimen tariknyapun dikerjakan dengan

proses permesinan sehingga berbentuk silindris pula, demikian juga untuk bahan

yang berbentuk plat, maka spesimen tariknya akan berbentuk plat pula dengan

dimensi-dimensi yang telah ditetapkan. Hasil pengukuran dari pengujian tarik

adalah suatu kurva yang memberikan hubungan antara gaya yang dipergunakan

dan perpanjangan yang dialami oleh spesimen.

17

Sifat mekanik pertama yang dapat diketahui berdasarkan kurva pengujian

tarik yang dihasilkan adalah kekuatan tarik maksimum yang diberi simbol σu.

simbol u didapat dari kata ultimate yang berarti puncak. Jadi besarnya kekuatan

tarik ditentukan oleh tegangan maksimum yang diperoleh dari kurva tarik.

Tegangan maksimum ini diperoleh dari :

σuo

u

AP

= …………………………………...………. (1)

dimana Pu = beban maksimum

Ao = luas penampang awal

Sifat mekanik yang kedua adalah kekuatan luluh yang diberi simbol σy

dimana y diambil dari kata yield atau luluh. Kekuatan luluh dinyatakan oleh suatu

tegangan yang merupakan pembatas dari tegangan yang memberikan regangan

elastis saja dengan tegangan yang memberikan tegangan elastis bersama plastis.

Titik luluh adalah suatu titik perubahan pada kurva pada bagian yang berbentuk

linier dan tidak linier.

Pada kurva tarik baja karbon rendah atau baja lunak batas ini mudah

terlihat, tetapi pada bahan lain batas ini sukar sekali untuk diamati oleh karena

daerah linier dan tidak linier bersambung secara berlanjut. Oleh karena itu untuk

menentukan titik luluh diambil dengan metoda offset yaitu suatu metoda yang

menyatakan bahwa titik luluh adalah suatu titik pada kurva yang menyatakan

dicapainya regangan plastis sebesar 0,2 %.

18

Gambar 3. Diagram Tegangan Regangan

a. Bahan tidak ulet, tidak ada deformasi plastis misalnya besi cor

b. Bahan ulet dengan titik luluh misalnya pada baja karbon rendah

c. Bahan ulet tanpa titik luluh yang jelas misalnya alumunium.

Diperlukan metode off set untuk mengetahui titik luluhnya

d. Kurva tegangan regangan sesungguhnya regangan-tegangan

nominal

σp = kekuatan patah, σu = kekuatan tarik maksimum, σy = kekuatan

luluh, ef = regangan sebelum patah, x = titik patah, YP = titik luluh

Sifat yang ketiga adalah modulus elastisitas. Modulus elastisitas biasa

disebut sebagai modulus Young dan dinyatakan dengan simbol E. Sifat ini

menyatakan kekakuan dari suatu bahan yang didalam kurva tarik menyatakan

hubungan yang linier dari tegangan dan regangan. Daerah linier pada daerah

tersebut mempunyai persamaan :

eE.=σ ……………………………………………..…(2)

dimana E adalah modulus elastisitas atau modulus Young dan e adalah regangan

yang terjadi.

a b c d

19

Sifat yang keempat yang bisa didapatkan dari pengujian tarik adalah

keuletan saat patah. Keuletan ini dinyatakan dengan regangan maksimum yang

bisa dicapai oleh bahan, yaitu pada saat patah. Semakin besar regangan yang bisa

dicapai oleh bahan, semakin ulet bahan tersebut. Regangan (e) merupakan

perbandingan antara perpanjangan yang terjadi dengan panjang awal dari

spesimen dan dirumuskan dengan

o

of

o LLL

LLe

−=

Δ= …………………………………………… (3)

dimana Lf = panjang saat patah

Lo = panjang awal sebelum pembebanan

Sifat kelima adalah reduksi penampang atau reduction of area pada saat

patah. Sebenarnya sifat ini erat kaitannya dengan regangan yang dialami oleh

bahan.

Sifat ini dinyatakan dengan persamaan :

o

fo

AAA

q)( −

= ………………………………….…………….(4)

dimana Ao = luas penampang awal

Af = luas penampang patah

q = reduksi penampang

Saat spesimen mengalami patah, maka akan terbentuk suatu penampang

patah yang bentuknya dapat diklasifikasikan menurut bentuk teksturnya. Jenis-

jenis perpatahan menurut bentuknya adalah simetri, kerucut mangkok (cup cone),

rata dan tak teratur bermacam-macam bentuk tekstur adalah silky (seperti sutera),

20

butir halus, butir kasar atau granular, berserat (fibrous), kristalin, glassy (seperti

kaca) dan pudar.

Tujuan pengujian tarik untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dan

perubahan-perubahan dari suatu logam terhadap pembebanan tarik. Kekuatan tarik

maksimum (Ultimate tensile strength) adalah beban maksimum dibagi luas

penampang lintang awal benda uji (spesimen)

AoP

σ maksu = ....................................................................................... (5)

Sedangkan regangan tarik pada saat patah :

lll

e off

−= ..................................................................................... (6)

Penggentingan (reduction of area):

o

fo

AAA

q)( −

= ................................................................................. (7)

dimana:

σu = Kekuatan tarik {kg/mm2}

Pmaks = beban maksimum waktu pengujian (kg)

(a) Flat

granular

(b) Cup-cone

Silky

(c) Partial

cup-cone Silky

(d) Star

fracture

(c) Irregular fibrous

Gambar 4. Bentuk penampang patahan

21

Ao = luas penampang mula-mula (mm2)

ef = regangan patah (%)

lo = panjang ukur mula-mula (mm2)

lf = panjang ukur setelah patah (mm2)

q = penggentingan (%)

Af = luas penampang di tempat patah (mm2)

F. Pengujian Ketanguhan (Impact)

Baja karbon yang biasanya bersifat ulet dapat diubah menjadi getas bila

berada kondisi tertentu. Menurut Donan (1952), terdapat tiga faktor dasar yang

mendukung terjadinya patah getas, keadaan tegangan tiga sumbu, suhu rendah dan

laju regangan tinggi atau laju pembebanan yang cepat. Ketiga faktor tersebut tidak

harus ada secara bersamaan pada waktu terjadi patah getas. Maka disini untuk

menentukan kepekaan bahan terhadap patah getas, sering kali digunakan

pengujian impak.

Pengujian ketangguhan dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis

suatu logam dan paduannya. Benda uji disiapkan secara khusus, ukuran dan

bentuknya ditentukan sesuai standart. Pengujian ketangguhan menggunakan

beban sentakan (tiba-tiba). Metode ini sering di gunakan adalah metode charphy.

Pengujian ketangguhan berdasarkan prinsif hukum kekekalan energi yang

menyatakan jumlah energi mekanik konstan. palu godam dilepas dengan

ketinggian H 1 dari pusat benda uji yang bersudut α dan setelah menabrak benda

uji palu mengayun sampai ketinggian H 2 dari pusat benda uji yang bersudut β.

22

Pada kondisi ini besar tenaga kinetik Ek1 dan Ek2 sama dengan nol karena

kecepatan V1dan V2 sama dengan nol yaitu berada pada kondisi berhenti.

Besarnya tenaga potensial Ep1 = mgH1 dan tenaga potensial Ep2 = mgH2. Jadi

tenaga yang diserap benda uji atau tenaga untuk mematahkan benda uji yaitu,

W = Ep1 – Ep2W W = GR (cos β - cos α)kg.m

Ketangguhan bahan (Vp) merupakan hasil bagi tenaga untuk mematahkan

benda uji (Joule) dengan luas penampang patah benda uji (m)

0AWK = .......................................................................................... (8)

Gambar 5. Prinsip pengukuran pengujian ketangguhan.

dimana W = Kerja Pukulan dalam (kg.m)

G = Massa berat palu godam (kg),

R = Jarak titik pusat ke titik berat palu godam (m),

α = Sudut jatuh dalam, dan

β = Merupakan ayun dalam.

K = Nilai Pukulan Takik (kg.m/mm2)

A0 = Penampang Batang semula dibawah takikan (mm)

23

Maksud utama pengujian ketangguhan ialah untuk mengukur kegetasan

bahan atau juga keuletan bahan terhadap beban tiba-tiba dengan cara mengukur

perubahan energi potensial sebuah palu godam yang dijatuhkan pada ketinggian

tertentu. Perbedaan tinggi ayunan palu godam merupakan ukuran energi yang di

serap oleh benda uji. Besar energi yang di serap tergantung pada keuletan bahan

uji. Bahan yang ulet menunjukkan nilai ketangguhan (impact) yang besar.

Suatu bahan yang diperkirakan ulet ternyata dapat mengalami patah getas.

Patah getas ini dapat disebabkan oleh beberapa hal, antara lain : adanya takikan

(nocth), kecepatan pembebanan yang tinggi yang menyebabkan kecepatan

regangan yang tinggi pula dengan temperatur yang sangat rendah.

Dengan demikian suatu bahan yang akan beroperasi pada temperatur yang

sangat rendah, misalnya pada suatu instalasi cryogenic perlu diuji impact.

Khususnya untuk mengetahui temperatur transisi antara ulet dan getas, sifat

peretakan dapat terjadi dalam tiga bentuk :

1. Keretakan getas atau keretakan bersuara, adalah rata dan mempunyai

permukaan yang kilap. Kalau potongan – potongannya kita sambungkan lagi

ternyata keretakan atau kepatahan itu tidak diikuti dengan deformasi bahan,

tipe ini mempunyai pukulan takik yang rendah.

2. Patahan liat atau patahan perubahan bentuk, patah ini mempunyai permukaan

yang tidak rata dan tampak seperti bludru, buram dan berserat, tipe ini

mempunyai pukulan yang tinggi.

3. Patahan campuran ialah patahan yang sebagian getas sebagian liat, patahan ini

terjadi paling banyak.

24

G. Pengujian Kekerasan

Proses pengujian kekerasan dapat diartikan sebagai kemampuan suatu

bahan terhadap pembebanan dalam perubahan yang tetap, artinya ketika gaya

tertentu diberikan pada suatu benda uji dan karena pengaruh pembebanan benda

uji akan mengalami deformasi. Harga kekerasan bahan tersebut dapat dianalisis

dari besarnya beban yang diberikan terhadap luasan bidang yang menerima

pembebanan.

Pengujian kekerasan logam ini secara garis besar ada tiga metode yaitu

penekanan, goresan, dan dinamik ( Koswara, 1991 : 15 ). Proses pengujian yang

mudah dan cepat dalam memperoleh angka kekerasan yaitu dengan metode

penekanan. Dikenal ada tiga jenis metode penekanan, yaitu : Rockwell, Brinnel,

Vickers, yang masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan. Pengujian

kekerasan dengan goresan dibakukan pada skala Mohs, ada sepuluh skala yang

disusun berurutan dari bahan lunak sampai bahan yang keras. Pengujian kekerasan

dengan dinamik adalah pengukuran terhadap ketinggian pantulan sebuah palu dari

permukaan benda uji pada mesin uji Shore Scleroscope.

Pengujian kekerasan yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan

metode rockwell yang paling banyak dipergunakan di Amerika Serikat. Hal ini

disebabkan oleh sifat - sifatnya, yaitu cepat, bebas dari kesalahan manusia,

mampu membedakan kekerasan pada baja yang diperkeras, ukuran bekas

penekanannya relatif kecil, sehingga bagian yang mendapatkan perlakuan panas,

dapat diuji kekerasannya tanpa menimbulkan kerusakan. Uji ini mengukur

kedalaman bekas penekanan pada beban yang konstan sebagai ukuran kekerasan.

25

Pertama diberikan beban awal sebesar 10 kgf. Hal ini untuk memperkecil

kecenderungan terjadinya penumbukan ke atas atau penurunan yang disebabkan

oleh penekanan. Kemudian diberikan beban yang besar sebagai beban utama,

secara otomatis kedalaman bekas penekanan akan terekam pada gauge penunjuk

yang menyatakan angka kekersan. Penunjuk tersebut terdiri dari 100 bagian dan

130 bagian, mempunyai kedalaman penekanan sebesar 0,002032 mm atau

0,00008 inchi. Bila kedalaman masuknya penekanan pada benda uji satu strip

berarti kekerasan bahan tersebut sangat tinggi.

Pengujian kekerasan Rockwell didasarkan pada kedalaman masuknya

penekanan pada bahan uji. Makin keras bahan yang akan diuji, makin dangkal

masuknya penekanan tersebut. Sebaliknya, makin dalam masuknya penekanan

pada bahan uji maka bahan uji tersebut makin lunak. Cara Rockwell sangat

disukai karena dengan cepat dapat diketahui kekerasan tanpa mengukur dan

menghitung seperti pada cara Brinell dan cara Vickers. Nilai kekerasan dapat

langsung dibaca setelah beban utama dihilangkan, dimana beban awal masih

menekan bahan tersebut.

H. Muai Panas

Pada suhu 00K atom-atom suatu bahan tidak bergerak dan jarak antar atom

tetap. Apabila suhu dinaikkan, peningkatan energi memungkinkan atom-atom

bergetar pada jarak antar atom rata-rata yang lebih besar. Hal ini menghasilkan

pemuaian pada bahan tersebut. Hubungan perubahan jarak antara atom terhadap

26

perubahan energi atom bahan padat dapat dilihat pada kurva kondon morse

(gambar 8).

Energi ikatan antar atom suatu bahan kristalin seperti logam dipengaruhi

oleh bentuk struktur kristalnya. Struktur kristal tertentu mempunyai ikatan yang

kuat daripada struktur kristal yang lain atau sebaliknya. Perubahan keadaan padat

pada struktur logam dapat terjadi dengan adanya perlakuan panas. Hal ini

memungkinkan untuk mengubah sifat muai logam dengan adanya perlakuan panas

tersebut.

Gambar 6. Kurva energi ikat antar atom-jarak antar atom (Donan, G.E., 1952)

Susunan kristal ini bisa mempengaruhi sifat fisis dan mekanis dari suatu

logam. Misalnya karena pencampuran dengan logam lain akan menyebabkan

perubahan jarak atom, bidang kristal, batas butir, dan jumlah atom yang

menentukan ikatannya, maka sifat fisis dan mekanis pun akan berubah.Ukuran

besarnya butir kristal tergantung dari kecepatan logam cair itu membentuk inti dan

27

pertumbuhan inti-inti baru. Jika pertumbuhan inti lebih cepat dari pembentukan

inti, maka akan terbentuk kelompok butir-butir kristal yang besar dan apabila

pembentukan inti lebih cepat lajunya dari pertumbuhan inti, maka akan terbentuk

kelompok butir - butir kristal halus.

Logam yang terdiri atas dua unsur atau lebih didinginkan dalam keadaan

cair, kristalnya akan berbeda dengan butir-butir kristal logam tanpa campuran

(murni). Misalnya dari paduan yang terdiri atas komponen A dan komponen B.

Kemungkinan pertama, komponen A larut dalam B atau komponen B larut dalam

A, (disebut larutan padat) dan kemungkinan kedua, komponen A dan komponen B

terikat satu sama lain dengan perbandingan tertentu disebut persenyawaan logam.

Larutan padat adalah keadaan pada saat beberapa atom dari susunan

himpunan atom A didistribusi oleh atom-atom B, atau atom-atom B menembus

masuk kedalam ruang bebas antar atom dari susunan himpunan atom-atom A.

Keduanya tidak merupakan campuran mekanis, tetapi keadaan larut secara atom.

Senyawa antar logam yang terdiri atas ikatan A dan B mempunyai kisi kristal

berbeda dari A dan B.

Koefisien muai panas linear didefinisikan sebagai pertambahan panjang

benda uji dibagi panjang mula-mula tiap pertambahan suhu 10 C benda uji.

TLoL

L ΔΔ

=α …………………………………………………….(10)

dimana :

α = koefisien muai panas linear (1/0C)

LΔ = pertambahan panjang benda ( )mμ

Lo = panjang benda uji pada suhu kamar ( )mμ

28

Lo/LΔ = pertambahan panjang relatif terhadap panjang awal benda

uji

TΔ = interval suhu pengukuran untuk pertambahan panjang

relatif ( )0

Koefisien muai panas linear dapat dinyatakan sebagai koefisien muai panas

rata-rata atau sering disebut koefisien muai panas teknik. Koefisien muai panas

linear teknik diukur antara suhu T1 dan suhu yang lebih besar T2 dirumuskan

sebagai berikut :

TLoL

L ΔΔ

=α

( ) ( ) ( )( )12

1221 TT.Lo

TLTLT,T−

−=α

= ( )( ) ( )( )( )12

12

TTLo/LoTLLo/LoTL

−−−−

=( ) ( )( )12

12

TT

TLo

LTLo

L

−

Δ−

Δ

................................................…...(11)

dimana :

( )21 T,Tα = Koefisien muai panas liniear teknik antara T1 s.d. T2

T1 = suhu pengukuran 1 (0)

T2 = suhu pengukuran 2 (0), dengan suhu T1< T2

Lo = panjang spesimen pada suhu kamar (270C)

L(T1) = panjang ukuran spesimen pada suhu T1 ( )mμ

L(T2) = panjang pengukuran spesimen pada suhu T2 ( )mμ

( )1TLo

LΔ = pertambahan panjang relatif benda uji pada suhu T1

29

( )2TLo

LΔ = pertambahan panjang relatif benda uji pada suhu T2

Koefisien muai panas dapat juga dinyatakan sebagai koefisien muai panas

pada suhu tertentu yang disebut sebagai koefisien muai panas linear fisik yang

merupakan turunan pertama tambahan panjang relatif.

( )( ) ( )( )21

12

21 TT

TLo

LTLo

L

T,T−

Δ−

Δ

=α

= TLo

L

Δ

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ΔΔ

, untuk TΔ yang sangat kecil mendekati nol

maka : ( )dTLo

LdT

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ Δ

=α ………………………………………...………..(12)

Prinsip pengukuran dilatometer adalah perubahan panjang benda uji

karena kenaikkan suhu benda uji diteruskan secara mekanik ke inductive

displacement tranducer. Transmisi dilakukan oleh batang penekan yang berbahan

sama dengan bahan untuk menumpu benda uji. Perubahan yang ditampilkan pada

display bukanlah harga perubahan panjang yang sebenarnya, hal ini disebabkan

oleh batang penekan dan penumpu benda uji yang juga ikut memuai. Selain itu

juga dipengaruhi oleh kecepatan pemanasan dan atmosfer di sekitar. Untuk

mendapatkan perubahan benda uji yang sebenarnya (absolut) diperlukan kalibrasi

pengukuran. Kalibrasi dilakukan pada kondisi pengukuran yang sama dengan

keadaan pengukuran benda uji dan dilakukan dengan menggunakan benda uji

standar yang sudah diketahui koefisien muai panasnya. Dengan adanya kalibrasi

ini maka dapat dibuat kurva pengamatan yang terkoreksi.

30

Lo

LΔ koreksi = Lo

LΔ material standar -Lo

LΔ pengukauran material standar.(13)

LoLΔ terkoreksi =

LoLΔ pengukuran -

LoLΔ koreks……...………………….(14)

I. Pengujian Struktur Mikro

Struktur bahan dalam orde kecil sering disebut sturktur mikro. Struktur ini

tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, tetapi harus menggunakan alat

pengamat struktur mikro diantaranya : mikroskop cahaya, mikroskop electron,

mikroskop field on, mikroskop field emission dan mikroskop sinar-X. Penelitian

ini menggunakan mikroskop cahaya, adapun manfaat dari pengamatan struktur

mikro ini dalah :

1. Mempelajari hubungan antara sifat-sifat bahan dengan struktur dan cacat pada

bahan.

2. Memperkirakan sifat bahan jika hubungan tersebut sudah diketahui.

Persiapan yang harus dilakukan sebelum mengamati struktur mikro adalah

penginderaan spesimen, pengampelasan dan pemolesan dilanjutkan pengetsaan.

Setelah dipilih bahan uji dan diratakan kedua permukaannya dengan mesin bubut

atau lainnya, tetapi pendinginan harus selalu terjaga agar tidak timbul panas

berlebihan yang dapat merusak struktur mikro. Setelah rata kemudian digosok

menggunakan kertas ampelas dengan kekasaran berurutan, mulai dari yang paling

kasar (nomor kecil) sampai yang halis (nomor besar). Arah pengampelasan tiap

tahap harus diubah, pengampelasan yang lama dan penuh kecermatan akan

menghasilkan permukaan yang halus dan rata. Pemolesan dilakukan dengan

31

bubuk penggosok atau pasta diamon dengan ukuran 1µm – 0,1 µm, tujuannya

agar didapat permukaan yang rata dan halus tanpa goresan sehingga terlihat

mengkilap seperti cermin. Langkah terakhir sebelum dilihat struktur mikronya

adalah dengan mencelupkan spesimen ke dalam larutan etsa dengan penjepit

tahan karat dan permukaan yang dietsa menghadap ke atas. Selama pencelupan

akan terjadi reaksi terhadap permukaan spesimen sehingga larutan yang

menyentuh spesimen harus segar/baru, oleh karena itu banyaknya bagian struktur

yang berbeda.perlu digerak-gerakkan. Kemudian spesimen dicuci, dikeringkan

dan dilihat atau difoto dengan mikroskop logam. Pemeriksaan struktur mikro

memberikan informasi tentang bentuk struktur, ukuran butir dan banyaknya

bagian struktur yang berbeda.

32

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Material dan Dimensi Spesimen

Bahan yang dipilih dalam penelitian ini adalah baja karbon menengah

baja ST 60 dengan kadar karbon 0,452%C. Baja karbon ini dibentuk menjadi

spesimen kekuatan tarik, kekerasan, ketangguhan, muai panas dan struktur mikro.

1. Spesimen Uji Kekuatan Tarik

Spesimen pengujian tarik (gambar 8) mengacu pada spesimen

berpenampang bulat menggunakan standard pengujian ASTM E8 A48 dengan

jumlah 9 buah yang terdiri dari 3 buah pembanding utama (raw material),3 buah

sebagai kontrol quenching dan 3 buah sebagai kontrol tempering.

Gambar 7. Benda kerja uji tarik

r = 30 mm p = 10 mm

d = 12 mm m = 10 mm

D = 18 mm Lo = 60 mm

h = 50 mm Lt = 200 mm

33

2. Spesimen Uji Kekerasan

Gambar 8.. Spesimen Uji Kekerasan

Spesimen uji kekerasan (gambar 11) berjumlah 9 buah yang terdiri dari

3 buah pembanding utama (raw material), 3 buah kontrol quenching dan 3 buah

kontrol temperng. Struktur mikro, dan uji komposisi unsur dipersiapkan

secukupnya guna melengkapi data dan informasi hasil penelitian.

3. Spesimen Uji Ketangguhan

Baja karbon sedang dibentuk dengan cara dipotong-potong dengan

menggunakan alat pembuat spesimen dibentuk dengan merujuk ke standar ASTM

E23-56T (gambar 9 ) dengan jumlah spesimen 9 buah yang terdiri dari 3 buah

sebagai pembanding utama (raw material), 3 buah sebagai kontrol quenching dan

3 buah sebagai kontrol tempering.

34

Gambar. 9 Benda uji ketangguhan dan takik

4. Spesimen Uji Muai panas

Baja karbon sedang dibentuk dengan cara dipotong-potong dengan

menggunakan alat pembuat spesimen dibentuk dengan merujuk kestandar Uji

Muai Panas (ASTM E80). (gambar 10) dengan jumlah 9 buah diantaranya 3 buah

sebagai pembanding utama (raw material), 3 buah sebagai kontrol quenching dan

3 buah sebagai kontrol temperng.

Gambar 10. Benda kerja uji muai panas

35

B. Alur Penelitian

Urutan dalam penelitian ini dimulai dari uji komposisi kimia bahan, untuk

mengetahui kandungan unsur di dalamnya yang digunakan untuk menentukan suhu

pemanasan. Bahan dibentuk spesimen sesuai standar yang ditentukan dan memenuhi

persyaratan specimen sejumlah 9 buah pada tiap-tiap jenis specimen dari 4 jenis

pengujian yaitu uji tarik, uji ketangguhan, uji kekerasan, uji muai panas.masing-

masing terdiri dari dari 3 buah sebagai pembanding utama (raw material), sebagai

kontrol quenching, dan juga sebagai tempering.

Perlakuan panas dilakukan dalam dapur pemanas, yang pertama yaitu proses

quenching pada suhu 830 oC (0,452%C sesuai bahan). Spesimen selain raw material

dikenai proses ini, suhu pemanasan dilakukan bertahap mulai suhu kamar, suhu

400oC /jam selama 98 menit kemudian ditahan sekitar 30 menit (holding time),

diharapkan suhu telah mencapai 650 oC pemanasan awal (pree heating) dilanjutkan

sampai suhu yang dituju yaitu 830 oC. Pada suhu terakhir ini dipertahankan selama

30 menit (holding time) dengan maksud agar pemanasan benar-benar merata pada

seluruh lapisan spesimen, kemudian dicelup dalam Oli Mesran SAE 40 yang

mengalir agar spesimen benar-benar mengalami pendinginan kejut dan spesimen

sampai benar-benar dingin.

36

Gambar 11. Siklus temperatur proses hardening

Proses selanjutnya adalah proses tempering, karena tempering merupakan

pengulangan dari quenching akan tetapi didinginkan dengan perlahan. Spesimen yang

dikenai tempering dimasukkan dalam dapur pemanas, lalu distel dari suhu kamar ke

suhu 600 oC untuk perlakuan tempering kemudian di tahan selama 75 menit dengan

tujuan agar pemanasan benar-benar merata pada seluruh lapisan spesimen,

pendinginan dilakukan dalam udara bebas. Langkah berikutnya adalah menyiapkan

spesimen sifat fisis (foto struktur mikro) dengan cara memotong salah satu ujung

spesimen untuk sample sepanjang 2 cm lalu meratakan dan menghaluskan

permukaanya sampai memenuhi syarat spesimen, di etsa (dibersihkan) dengan larutan

alkohol dan asam nitrat 2,5% kemudian dilihat dengan mikroskop logam.

Pengujian tarik, uji kekerasan, uji ketangguhan, uji muai panas masing-masing

banyaknya pengujian untuk spesimen Raw Material adalah 3x, untuk quenching 3x

quenching-temper sebanyak 3x. Melalui pengujian ini dapat diketahui karakteristik

Quenching Oli mesran SAE 40

8300 C

6000 C

37

bahan dari masing-masing perlakuan. Secara jelas, urutan pelaksanan penelitian ini

terlihat dalam skema berikut ini.

Gambar 12. Prosedur jalannya penelitian

C. Peralatan penelitian

Alat penelitian merupakan piranti bantu dalam proses penelitian, yaitui :

a. Alat uji tarik : Mesin uji tarik ‘Serpopulzer’

Medium Carbon Steel

Machining

Spesimen Uji

Quenching Raw Material Quench & Temper

Uji Kekerasan Uji Tarik Uji Muai panas Uji Ketangguhan Foto Mikro

Kesimpulan

Uji Komposisi Kimia

38

b. Alat uji ketangguhan : Mesin uji impak merk ‘Frank’

c. Alat uji kekerasan : Mesin uji kekerasan Karl Frank GMBL

d. Alat uji muai panas : Dilatometer

e. Alat uji struktur mikro : Mikroskop optik merk Olympus

f. Quenching-Temper : Oven Hofman, tang penjepit,bak berisi air,

sarung tangan, masker.

g. Alat spesimen : Mesin sekrap, kikir, ragum, amplas, gergaji.

D. Desain Penelitian

Desain penelitian ini menggunakan metode deskriptif, yaitu suatu metode dalam

meneliti status kelompok, manusia, suatu obyek, suatu set kondisi, suatu sistem

pemikiran, suatu peristiwa maupun suatu kelas peristiwa pada masa sekarang. Tujuan

penelitian deskriptif ini adalah untuk membuat suatu deskripsi, gambaran atau lukisan

secara sistematis faktual dan akurat mengenai faktor-faktor serta hubungan antar

fenomena yang diselidiki atau diteliti.

Pola eksperimen dilakukan dengan 3 buah spesimen untuk masing-masing

kelompok perlakuan (treatment) yaitu untuk sekali kelompok eksperimen temper dan

sekali untuk kelompok kontrol yaitu quenching serta sekali untuk kelompok kontrol

utama atau Raw Material. Penelitian dilakukan untuk mengetahui besar kekuatan

tarik, keliatan, harga kekerasan, bentuk penampang patahan dan struktur mikro.

39

E. Variabel Penelitian

1. Variabel Bebas

Variabel bebas dalam penelitian ini adalah proses quenching dan proses

tempering.

2. Variabel Terikat

Variabel terikat dalam penelitian ini adalah sifat fisis (Foto Mikro dan

penampng patahan) dan sifat mekanis ( Uji Tarik, Uji Ketangguhan, Uji

kekerasan dan muai panas) pada carbon ST 60

3. Variabel kontrol

Variabel kontrol adalah faktor lain diluar variabel penelitian yang di teliti,

tetapi dapat mempengaruhi hasil penelitian. Variabel kontrol dalam

penelitian ini adalah alat pengujian dan operator .

F. Teknik Pengumpulan Data

Lembar pengamatan sangat diperlukan dalam suatu penelitian. Langkah ini akan

mempermudah dalam proses pengolahan data selanjutnya. Dengan menggunakan

lembar pengamatan tersebut diharapkan penelitian yang dilakukan dapat berjalan

dengan tertib dan data yang didapat tercatat dengan baik. Wawancara dengan ahli

metalurgi akan memberikan gambaran umum mengenai penelitian yang akan sedang

dilakukan, untuk itu perlu konsultasi dengan pakar/ahli metalurgi sebelum melakukan

penelitian dan persiapan bahan serta instrumen lainnya. Adapun lembar pengamatan

dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

40

Tabel 1. Lembar Pengamatan Pengujian Kekerasan

Nilai Kekerasan ( HRC ) Spesimen

1 2 3 Rata-rata

Keteranagn : x = Jarak bekas indentasi arah memanjang (mm)

y = Jarak bekas indentasi arah melintang (mm)

D = Diagonal indentasi rata-rata

HRC = Harga kekerasan skala Rockwell

Tabel 2. Lembar Pengamatan Uji Tarik

Kekuatan ( Kg/mm²) Perpanjangan (%) Kontraksi (%)

Spesimen σy σu Lo Lı e Ao Aı q

Beban Max Pmax

Keterangan : σy = Kekuatan mulur

σu = Kekuatan tarik Lo = Panjang sebelum ditarik

Lı = Panjang setelah ditarik

e = Prosen perpanjangan

41

Ao = Luas penampang sebelum putus

Aı = Luas penampang setelah putus

q = Prosen kontraksi (reduksi penampang)

Tabel 3. Lembar Pengamatan Uji Muai Panas

Δ L Δ L Spesimen Lo Ln To Tn αL

Keterangan : L = Panjang spesimen awal (suhu kamar 270 C)

Ln = Panjang spesimen pada pengujian ke – n (1, 2, 3, … )

Δ L = Pertambahan panjang benda

To = Suhu pengukuran awal

Tn = Suhu pengukuran pada pengujian ke – n (1, 2, 3, … )

Tabel 4 Tabel Pengamatan Impack (ketangguhan)

Spesimen G R α β K A0 W

Keterangan : W = Kerja Pukulan dalam (kg.m)

G = Massa berat palu godam (kg),

42

R = jarak titik pusat ke titik berat palu godam (m),

α = sudut jatuh dalam, dan

β = merupakan ayun dalam.

K = Nilai Pukulan Takik (kg.m/mm2)

A0 = Penampang Batang semula dibawah takikan (mm)

G. Analisis Data

Teknik analisis data yang dipakai dalam penelitian ini menggunakan data

deskriptif yang dilakukan dengan cara melukiskan dan merangkum pengamatan dari

penelitian yang dilakukan. Data yang dihasilkan digambarkan secara grafis dalam

histogram atau poligon frekuensi sehingga lebih mudah dibaca.

Pengujian struktur mikro dilakukan dengan cara pengamatan, yaitu

membandingkan hasil foto struktur mikro sehingga dapat dianalisis mengenai

struktur, ukuran dan bentuk butiran dari masing-masing kelompok perlakuan. Foto

makro bentuk penampang patahan juga dapat dianalisis bentuk dan perambatan retak

masing-masing perlakuan.

H. Tempat Penelitian

Proses pembuatan specimen dilakukan di Laboratorium produksi Jurusan

Teknik Mesin UNNES Semarang. Pengambilan data Uji Komposisi Kimia dilakukan

di PT. ITOKOH CEPERINDO Klaten. Perlakuan proses treatment Quenching -

Temper dilaksanakan di Laboratorium pengecoran SMK Negeri 7 Semarang.

43

Pengujian Sifat Mekanis yang terdiri dari uij tarik, uji ketangguhan dan Sifat Fisis

yaitu foto struktur mikro di Laboratorium Bahan Teknik Mesin UGM Yogyakarta.

Sedangkan untuk Muai Panas dan uji kekerasan dilakukan di Laboratorium Bahan

UNNES Semarang.

44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN

A. Hasil Penelitian

Penelitian ini menghasilkan data-data yang berupa angka dalam tabel,

gambar grafik dan foto yang meliputi komposisi unsur kimia padamaterial yang

digunakan dalam penelitian dengan pengamatan struktur mikro, hasil pengujian

tarik, pengujian ketangguhan, pengujian kekerasan, pengujian muai panas dan

bentuk patahan.

1. Uji Komposisi

Uji komposisi dilakukan untuk mengetahui prosentase unsur kimia yang

terkandung dalam spesimen. Berdasarkan hasil uji komposisi diketahui bahwa

spesimen mempunyai kandungan karbon sebesar 0,452% sehingga material

tersebut tergolong dalam medium carbon steel atau baja karbon sedang.

Prosentase kandungan karbon tersebut dijadikan sebagai dasar pengambilan

suhu quenching. Berikut adalah tabel koposisi kimia yang diperoleh dari

pengujian unsur kimia di PT. ITOKOH CEPERINDO klaten.

Tabel 5. Komposisi kimia bahan Baja ST 60

No Nama Unsur SimbolPengujian

1

Pengujian

2

Pengujian

3

Rata-rata

(%)

1. Iron/Ferro Fe 98,41 98,42 98,40 98,41

2. Manganese Mn 0,690 0,689 0,698 0,692

3. Carbon C 0,452 0,447 0,458 0,452

4. Silicon Si 0,218 0,218 0,225 0,220

5. Chromium Cr 0,115 0,114 0,110 0,113

6. Tungsten W 0,04 0,04 0,04 0,04

45

7. Nikel Ni 0,048 0,048 0,046 0,047

8. Phosporus P 0,011 0,011 0,010 0,011

9 Sulfur S 0,010 0,009 0,009 0,009

10. Niobium Nb 0,01 0,01 0,01 0,01

11. Copper Cu 0,004 0,004 0,004 0,004

12. Molybdenum Mo 0,004 0,004 0,004 0,004

13. Alumunium Al 0,000 0,000 0,000 0,000

14. Vanadium V 0,00 0,00 0,00 0,00

15. Titanium Ti 0,00 0,00 0,00 0,00

2. Uji Tarik

Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis dari

material baja karbon sedang sebagai material uji dalam penelitian ini. Hasil

pengujian tarik pada umumnya adalah parameter kekuatan tarik (ultimate

strength) maupun luluh (yield strength), parameter kaliatan/keuletan yang

ditunjukan dengan adanya prosen perpanjangan (elongation) dan prosen

kontraksi atau reduksi penampang (reduction of area) maupun bentuk

penamang patahannya.

Data ini diperoleh dalam tiga kelomok pengujian yaitu spesimen raw

materials, hasil proses quenching Oli Mesran SAE 40 dan hasil dari proses

tempering 6000C. Hasil pengujian tarik ditunjukan dalam tabel di bawah ini :

Tabel 6. Hasil pengujian tarik

Perlakuan ( Spesimen )

Tegangan Tarik ( kg / mm2 )

Perpanjangan (%)

Kontraksi (%)

Raw Materials 67,74 12,38 46,74 Quenching Oli SAE 40 86,88 9,80 45,75

Tempering 81,35 14,06 49,79

46

Pembacaan informasi dari data tersebut di atas akan lebih mudah jika

dilihat dalam bentuk grafik diagram batang seperti di bawah ini :

Gambar 13. Hasil kekuatan tarik baja karbon sedang.

Berdasarkan hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa kekuatan

spesimen raw materials sebesar 67,74 kg/mm2 setelah proses quenching

Oli Mesran SAE 40 menjadi 86,88 kg/mm2 atau mangalami peningkatan

28,26% dan setelah proses tempering 600oC menjadi sebesar 81,35 kg/mm2

atau mengalami kenaikan 20,09 %.

Kekuatan tarik spesimen quenching Oli Mesran SAE 40 turun 6,37%

terhadap tempering 600oC.

Grafik Perpanjangan

12.38%

9.80%

14.06%

0.00%

2.00%

4.00%

6.00%

8.00%

10.00%

12.00%

14.00%

16.00%

Raw Materials Quench Temper

Perp

anja

ngan

Gambar 14. Prosentase perpanjangan hasil pengujian tarik.

67.74

86.8881.35

0102030405060708090

100

raw material quench temper

Tega

ngan

(N/m

m)

47

Berdasarkan gambar diatas dapat dilihat bahwa :

Perpanjangan spesimen raw materials sebesar 12,38% menjadi 9,80%

setelah proses quenching Oli Mesran SAE 40 atau menurun 20,84%, setelah

proses tempering 600 oC menjadi sebesar 14,06% atau naik 13,53 %.

Kenaikan perpanjangan sebesar 43,42% terjadi dari spesimen qunching

Oli Mesran SAE 40 terhadap spesimen proses tempering 600oC.

46.88%

44.16%

49.15%

42.00%

44.00%

46.00%

48.00%

50.00%

raw material quench temper

Kon

trak

si (%

)

Gambar 15. Prosentase dari kontraksi uji tarik

Gambar prosentasi kontraksi di atas menunjukkan bahwa kntraksi

spesimen raw materials sebesar 46,88% menjadi sebesar 44,16% setelah

proses quenching atau menurun 5,80% dan setelah perlakuan proses temper

600oC, kontraksi menjadi 49,15% atau meningkat 4,86%.

3. Kekerasan

Pengujian kekerasan yang dilakukan menggunakan mesin Universal

Hardness Tester yang bekas injakannya dapat dilihat dengan mikroskop

logam. Setiap spesimen dikenai tiga titik injakan yang menghasilkan data

harga kekerasan dari spesimen kelompok raw materials, quenching

Oli Mesran SAE 40, temper suhu 600oC seperti pada tabel.

48

Tabel 7. Hasil pengujian kekerasan

Perlakuan ( Sepecimen )

Suhu Pemanasan ( ù C )

Harga Kekerasan ( HRC )

Raw Materials - 100,0

Quenching SAE 40 830 118,3

Tempering 6000C 600 112,13

Pembacaan data hasil pengujian kekerasan tersebut di atas dapat mudah

dibaca dengan ditabulasikan dalam bentuk grafik diagram batang seperti di

bawah ini :

100.0

118.3

112.13

90.0

95.0

100.0

105.0

110.0

115.0

120.0

Raw Materials quench temper

HR

C

Gambar 16. Grafik hasil pengujian kekerasan

Berdasarkan grafik diatas menunjukkan bahwa kekerasan spesimen raw

material sebesar 100,0 HRC setelah di quenching Oli mesran SAE 40

menjadi 118,3 HRC atau naik 18,27 %, menjadi sebesar 112,13 HRC setelah

di temper 600oC, atau naik 12,13 % terhadap spesimen raw materials.

Kekerasan spesimen quenching SAE 40 sebesar 118,3 HRC mengalami

penurunan sebesar 5,19 % terhadpa spesimen temper 600oC yaitu 112,13

HRC.

49

4. Hasil Pengujian Ketangguhan (impact)

Pengujian impact dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis dari

material baja karbon sedang sebagai material uji dalam penelitian ini. Hasil

pengujian impact pada umumnya adalah parameter ketangguhan (nilai

pukulan takik), parameter keliatan/keuletan yang ditunjukan dengan reduksi

penampang (reduction of area) maupun bentuk penampang patahannya.

Data pengujian ini diperoleh dalam tiga kelompok pengujian yaitu

spesimen raw materials, hasil proses quenching Oli Mesran SAE 40, temper

600oC. Hasil pengujian impact ini dapat ditunjukkan dalam tabel di bawah

ini:

Tabel 8. Hasil pengujian impact

Perlakuan ( Sepecimen )

Suhu Pemanasan ( ù C ) Harga Ketangguhan

Raw Materials - 0,465

Quenching SAE 40 830 0,617

Tempering 6000C 600 0,902

Pembacaan informasi data hasil pengujian kekerasan tersebut diatas dapat

mudah dibaca dengan ditabulasikan dalam bentuk grafik diagram batang

seperti di bawah ini :

50

0.465

0.617

0.902

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

1.000

Raw Materials Quench Temper

HA

RG

A IM

PA

CT

(J/M

M2 )

Gambar 17. Grafik hasil pengujian Impact

Berdasarkan grafik di atas hasil pengujian impact menunjukkan bahwa

ketanguhan spesimen raw material sebesar 0,465 J/mm2 mengalami kenaikan

terhadap spesimen quenching Oli SAE 40 yang mempunyai nilai ketangguhan

sebesar 0,617 J/mm2 atau mengalami kenaikan sebesar 32,69%, setelah

mengalami proses temper 600 oC dari quenching Oli Mesaran SAE 40

ketanguhan spesimen uji meningkat sebesar 0,902 J/mm2 atau meningkat

sebesar 93,98% dari spesimen raw materials

Ketangguhan spesimen quenching Oli Mesaran SAE 40 sebesar 0,617

J/mm2 mengalami kenaikan terhadap spesimen temper 600 oC yang

mempunyai ketangguhan sebesar 0, 902 J/mm2 atau mengalami kenaikan

ketangguhan sebesar 46,19%.

5. Muai Panas

Pengujian muai panas yang dilakukan dengan alat dilatometer,

data akan keluar secara digital memudahkan untuk melakukan pengamatan.

Pembacaan data hasil pengujian kekerasan tersebut di atas dapat mudah

51

dibaca dengan ditabulasikan dalam bentuk grafik diagram batang seperti

dibawah ini :

1721

2828

1814

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Raw Quench Temper

Perp

ajan

gan

(10

-6 m

m)

Gambar 18. Hasil uji muai panas linier

Berdasarkan grafik di atas menunjukkan bahwa perpanjangan spesimen

raw materials sebesar 1721x10-6mm setelah mengalami proses quenching

Oli Mesran SAE 40 meningkat menjadi 2828x10-6mm atau naik 64,37%,

menjadi 1814x10-3 mm setelah mengalami proses temper 600oC atau naik

5,44%.

Spesimen muai panas temper Oli Mesran SAE 40 naik setelah dilakuakan

proses quenching sebesar 35,85%.

6. Penampang patah uji tarik

Spesimen setelah mengalami penarikan maka akan putus, penampang

bentuk patahan inilah yang akan dikaji. Dari hasil pengujian yang telah

dilakukan terdapat perbedaan pada bentuk penampang patah pada raw

materials, quench dan temper. Hasil pengujian tarik meghasilkan bentuk dan

patahan yang berbeda. Raw Material dengan perbesaran 500 kali penampang

patahannya berbentuk partial cup-cone dengan tekstur berbutir kasar

52

menandakan tidak adanya perpanjangan keuletan (getas) dengan kekerasan

yang tinggi.

Gambar 19. Penampang patah raw materials

Spesimen dengan quenching yang menggunakan Oli Mesran SAE 40

dengan pembesaran 500 kali memberikan gambaran bentuk patahan jenis

cup cone. Perbedaan diantara raw material dengan quench terletak pada

tekstur spesimen quench yang cenderung lebih kasar dan rata menanadakan

adanya perpanjangan atau sedikit liat dan menurunya kekerasan.

Gambar 20. Penamang patah quenching

Perlakuan panas dengan proses tempering pada suhu 6000C

memperoleh penampang patahan yang berbentuk cup-cone dengan butiran

lebih kasar dan berserat dibandingkan dengan raw material dan quenching

53

menandakan bahan ini bersifat liat. Hasil penampang patahan ini dapat dilihat

dalam gambar di bawah ini :

Gambar 21. Penamang patah temper

7. Penampang patah uji ketangguhan

Spesimen setelah dikenai pengujian pukul takik akan patah pada

penampang kritis yang telah di tentukan, penampang hasil patahan inilah yang

akan di amati. Penampang hasil patahan pengujian takik secara teliti dapat

dilihat perbedaanya, masing-masing bentuk patahan mempunyai karakteristik

yang bebeda. secara umum bentuk patahan pada pengujian pukul takik ada

tiga bentuk yaitu : patah getas/rapuh, patah liat dan patah campuran.

Penampang patah raw material tampak terjadi pengecilan penampang dengan

bentuk kristal yang kasar dan tidak rata, sehingga menunjukkan bahan ini

mempunyai sifat lunak.

Gambar 22. Penampang patah raw materials

54

Spesimen dengan quenching yang menggunakan Oli Mesran SAE 40

terlihat rata tanpa terjadi pengecilan penampang, tekstur dengan butiran

sangat halus dan berserat menandakan bahan ini mempunyai kekerasan tinggi

dan ketangguhan rendah.Spesimen yang di temper pada suhu 6000C terlihat

penampang patahan butiran kasar dan berserat tetapi pada ujungnya patahan

cenderung rata menunjukkan bahan mempunyai kekerasan yang tidak terlalu

tinggi. Hasil penampang patahan ini dapat dilihat dalam gambar di bawah ini

Gambar 23. Bentuk Penampamng Patah Hasil Quenching

dengan proses tempering pada suhu 6000C memperoleh penampang

patahan yang berbentuk partial cup-cone dengan butiran agak kasar.

Gambar 24. Bentuk penampang patah hasil temper

55

8. Foto Mikro

Eksperimen yang telah dilakukan adalah pengujian kekerasan, pengujian

ketangguhan ,pengujian tarik dan pengujian muai panas, untuk memperkuat

hasil dilakukan foto struktur mikro. Berikut hasilnya dari foto mikro :

a. Raw Materials

Struktur mikro raw materials dapat dilihat dengan mikroskop logam

untuk diambil datanya.struktur yang tampak adalah perlit dan ferit,

dimana perlit berwarna gelap dan ferit berwarna putih.susunan kristal

sesuai dengan kadar karbon yang dikandung bahan yaitu 0,473 % C. Pada

struktur mikro raw materials jumlah butir kristalnya dalam satu satuan

luas adalah .± butir seperti terlihat pada gambar.

Gambar 25. Foto mikro spesimen raw materials

b. Hardening dengan Quenching Oli Mesran SAE 40 830 oC

Struktur mikro quenching terlihat struktur perlit dan ferit, dimana perlit

berwarna gelap dan ferit berwarna putih.

Perlit

Ferrit

56

Gambar 26. Foto mikro spesimen quenching.

c. Tempering 600oC

Proses tempering 600oC sering disebut high temperature tempering yang

menghasilkan bentuk campuran ferit dan sementit.

Gambar 27. Foto mikro spesimen temper 600oC

B Pembahasan

Data hasil penelitian yang ditabulasikan dalam bentuk diagram batang dan

gambar struktur mikro serta penampang patahan diketahui ada perbedaan

karakteristik kekuatan tarik statis dan ketangguhan dari spesimen penelitian

antara raw materials, proses quenching Oli Mesran SAE 40 dengan suhu 830oC

dan yang mengalami proses tempering dengan suhu pemanasan 600oC yang

menggunakan waktu penahan 30 menit. Dari hasil penelitian tersebut diatas

menunjukkan bahwa raw materials mempunyai struktur mikro yang tampak

adalah perlit dan ferit, dimana perlit berwarna gelap dan ferit berwarna putih.

Perlit

Ferrit

Perlit

Ferrit

57

Struktur yang tampak ini sesuai dengan kadar karbon yang terkandung bahan

yaitu 0,452 %C. bentuk kristal yang besar dan hampir berimbang, hasil patahan

raw materials tampak terjadi pengecilan penampang dengan bentuk kristal yang

kasar dan tidak rata, sehingga menunjukkan bahan ini mempunyai sifat liat dan

lunak Hasil kekerasan yang dimiliki sebesar 100,0 HRC dengan hasil

ketangguhan 0,465 J/mm2, hasil muai panas 1721x10-6/oC dan hasil kekuatan

tarik sebesar 67,74 kg/mm2.

Proses perlakuan panas quenching Oli Mesran SAE 40 dilakukan untuk

mengetahui seberapa perbedaan perubahan kondisi bahan sebagai treatment awal

pada penelitian ini. dengan media quenching Oli Mesran SAE 40 struktur mikro

yang dihasilkan menunjukkan kekerasan tinggi dengan adanya struktur baru ini

(martensit) yang seperti jarum, tetapi ketangguhannya menurun terhadap raw

materials. Ferrit dengan bongkahan besar dan tersebar tidak teratur, diantara

perlit dan martensit yang baru terbentuk pada proses ini, perlakuan quenching

Oli Mesran SAE 40 terlihat bentuk patahan yang rata tanpa terjadi pengecilan

penampang, tekstur dengan butiran sangat halus dan berserat menandakan bahan

ini mempunyai kekerasan tinggi dan ketangguhannya rendah, karena struktur

yang telah terbentuk setelah di celup adalah martensit. Struktur martensit

mempunyai kelemahan yaitu getas, sehingga harus di temper agar dapat dipakai

dalam peralatan maupun konstruksi mesin yang mensyaratkan keuletan

(Amstead,1997). Hasil kekerasan yang dimiliki sebesar 118,3 HRC dengan hasil

ketangguhan 0,617 J/mm2, hasil muai panas 3314x10-6/oC dan hasil kekuatan

tarik sebesar 86,88 kg/mm2.

58

Proses tempering dengan suhu 600 oC (high temperature tempering) akan

mengubah martensit menjadi ferrit dan sementit, dengan lepasnya karbon dari

martensit dan akan membentuk sementit lagi. perpanjangan betambah berarti

keuletan bahan naik dan kekuatan tariknya naik, sehingga penampang patahan

akan membentuk partial cup-cone dengan butiran lebih kasar lagi. hasil

kekerasan yang dimiliki sebesar 118,3 HRC dengan hasil ketangguhan

0,902 J/mm2, hasil muai panas 3911x10-6/oC dan hasil kekuatan tarik sebesar

81,35 Kg/mm2.

Melihat hasil penelitian di atas telah memberikan gambaran yang jelas

bahwa kelompok penelitian dari perlakuan panas carbon ST 60 (medium carbon

ST 60) yang terdiri dari kelompok perbedaan dari raw materails, quenching

Oli Mesran SAE 40 dan temper 600oC, memberikan hasil yang baik pada

quenching Oli Mesran SAE 40 di bandingkan dengan raw materials dengan

tegangan luluh dan kekerasan mengalami peningkatan ketika di keraskan

(hardening), tetapi mulai menaik setelah dilanjutkan dengan proses tempering.

Kekerasan setelah di hardening meningkat tajam dan akan perlahan menurun jika

suhu temper dinaikkan, dapat dilihat juga dari reduksi penampang patahan uji

tarik, uji ketangguhan.

Fenomena semacam ini menunjukkan bahwa dengan proses hardening

bahan akan sangat keras dan cenderung getas sehingga perpanjangan dan reduksi

penampang hampir tidak ada dan bentuk penampang patahnya flat sehingga

kekuatan tariknya tinggi di bandingkan raw materials. Spesimen mengalami

kenaikan kekuatan tarik dan kekerasan jika dilanjutkan pada proses tempering,

59

sehingga perpanjangan dan reduksi penampangnya mulai ada walaupun sedikit

serta bentuk penampang patahannya tidak lagi flat.

Pola hubungan suhu tempering dengan kekuatan tarik jelas tampak sekali,

semakin tinggi suhu pemanasan, nilai kekuatan tariknya semakin meningkat.

demikian juga terhadap nilai kekerasannya, semakin tenggi. Dengan kata lain

kekerasan sebanding dengan kakuatan tariknya.

60

BAB V

PENUTUP

A. Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian dari pengujian dan evaluasi data serta

pembahasan pada proses quenching Oli Mesran SAE 40 dan temper maka dapat

diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Sifat mekanis (uji tarik, uji kekerasan, uji ketangguhan, dan muai panas)

pada carbon ST 60 :

a. Besarnya harga kekuatan tarik raw materials adalah 67,74 kg/mm2,

setelah proses quenching menjadi 86,88 kg/mm2 . Pada proses temper

600oC menghasilkan 81,35 kg/mm2.

b. Besar kekerasan Raw materials 100,0 HRC setelah proses quenching

Oli Mesran SAE 40 menjadi 118,3 HRC, sedangkan pada proses

temper 600oC menjadi 112,1 HRC.

c. Hasil pengujian ketangguhan raw materials 0,465 J/mm2, pada

perlakuan quenching Oli Mesran SAE 40 naik menjadi 0,617J/mm2

dan pada perlakuan tempering juga meningkat menjadi 0,902 J/mm2

d. Besarnya nilai muai panas linier dari raw materials sebesar

1721x10-6/oC setelah mengalami proses quenching menjadi sebesar

3314x10-6/oC. Proses tempering 600oC naik menjadi sebesar

39,11x10-6/oC.

61

2. Sifat fisis (foto mikro dan penmpang patah) pada carbon ST 60

a. Perubahan struktur mikro pada proses raw materials, quenching,

tempering 6000C mempunyai struktur perlit dan ferit, proses

quenching dengan media Oli Meseran SAE 40 yang menyebabkan

struktur kristal meningkat lebih banyak.

b. Penampang patahan raw materials berbentuk partial cup-cone,

bentuk flat didapatkan pada proses quenching, dengan proses

tempering akan menghasilkan bentuk patahan star fracture dan

partial cup-cone..

B. Saran

Saran yang dapat diberikan sehubungan dengan penelitian tentang

quenching - tempering ini adalah :

1. Tujuan perlakuan panas (heat treament) akan dapat dicapai sesuai

karakteristik bahan dan jenis-jenis perlakuan. Jenis pelakuan sangat

dipengaruhi oleh suhu panas yang ditentukan dari kadar karbon dan

unsur lainya.

2. Dimensi spesimen disesuiakan dengan kemampuan alat uji. Pemanasan

spesimen dalam dapur harus memperhatikan jarak antar spesimen dan

waktu penahanannya, saat mendinginkan dalam bak Oli dicelupkan

tegak lurus dan dibiarkan menggantung dalam media. .

3. Perlu adanya penelitian lanjut yang variabel kontrolnya lebih lengkap

dengan melihat tegangan dalamnya (internal stress), pengamatan

pemukaan patahan dengan fraktografi (scanning electron microscope).

62

DAFTAR PUSTAKA Amstead, BH, 1997, Jakarta, Erlangga : Teknologi Mekanik jilid 1 Bradbury.EJ, 1990, Jakarta, Gramedia Pustaka Utama : Dasar Metalurgi untuk

Rekayasawan Djafri, Sriati, 1983, Terjemahan dari Manufacturing Processes, Jakarta,

Erlangga : Teknologi Mekanik Jilid I Djafri, Sriati. 1987.. Terjemahan dari Mechanical Metallurgy. Jakarta,

Erlangga : Metalurgi Mekanik Doan, G.E. 1952. The Principles of Physical Metallurgy New York: Mc Graw

Boo Company. Amanto, Hari, I999, Jakarta, Bumi Aksara : Ilmu Bahan Koswara, Engkos, 1999, Bandung, Humaniora Utama Press : Pengujian Bahan

Logam Poerwadarminta, 1994, Jakarta, Balai Pustaka : Kamus Besar Bahasa

Indonesia Rajan, TJ, Sharma, 1997, New Delhi, Prentice Hall of India Private Limited :

Heat Treatment Principlea and Techniques Schonmentz, Gruber, 1985, Bandung, Aksara : Pengetahuan Bahan Dalam

Pengerjaan Logam Soejdono. 1978, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan : Pengetahuan

Logam 1 Supardi, Edih, 1999, Bandung , Angkasa : Pengujian Logam,