PENDAHULUANLatar Belakang

Pada perkembangan industri saat ini, logammerupakan salah satu material yang penggunaannya sangat luas dan banyak digunakan dalamberbagai keperluan. Logam yang paling banyakdigunakan salah satunya adalah baja. Bajamerupakan bahan dasar yang sering digunakanuntuk berbagai rekayasa teknik, salah satunyaadalah plat baja karbon.

Proses tersebut dapat meningkatkan sifatmekanis yang lebih baik, untuk melihat kondisiini maka akan dilakukan suatu penelitianpeningkatan sifat mekanik melalui proses mediapendinginan tungku, udara, air, dan oli.TINJAUAN PUSTAKABaja Karbon Rendah

Baja karbon rendah merupakan paduan yangmemiliki kandungan karbon ≤ 0,30 % C, disampingitu mengandung unsur lain yaitu Si, Mn, Cu, Pdan S. Sifat dari baja karbon sangat ditentukan

Abstract

Steel specification of ASTM, A-36, the strength can be improved through austenisation hotworking. Workmanship of austenisation is done through warm-up of specimen at temperature 9000Cduring one hour clock, then made cool in coolant giving speed of different refrigeration. As coolantis refrigeration of lag in refrigeration stove in air-gap (air), dye oli, and dye water giving speed ofhighest refrigeration. Attempt result indicate that strength of steel from material early 423,9 MPa,after diaustenisation specimen, the strength increase becoming 474,9 MPa through air cooling, and560,5 MPa through refrigeration dye water. Media cooler dye water, yield mechanical property isless good, because specimen manjadi is fragible (small elongation 6%). Microstructure observationbecomeed militant, phase which formed is ferrite as matrik and pearlite. Increasing of strength ofcall is caused by item formed by pearlite is higher distribution from at initial material.Specimen with refrigeration dye water, microstructure type which formed becoming change, phasewhich formed is ferrite of form of needle as matrik and martensite. This microstructure type givemetal become brittle. Although the strength is highest (717,3 MPa).

Keywords: Microstructure, Diaustenisation

PENGARUH MEDIA PENDINGIN TERHADAP SIFAT MEKANIKDAN STRUKTUR MIKRO PLAT BAJA KARBON ASTM A-36

SumiyantoAbdunnaser

Dosen Tetap Program Studi Teknik MesinFakultas Teknologi Industri - Institut Sains dan Teknologi Nasional

Jl. Moh Kahfi II, Jagakarsa, Jakarta 12640, IndonesiaE-mail: sumiyantoistn@yahoo.com – abdunnaser2000@yahoo.com

oleh kandungan karbon yang terdapat dalampaduan baja, sehingga baja karbon secara umumdikelompokkan menjadi tiga jenis yaitu :1. Baja karbon rendah mengandung unsur karbon

(≤ 0,30 % C).2. Baja karbon sedang mengandung unsur karbon

(0,30 % ≤ C ≤ 0,45 %).3. Baja karbon tinggi mengandung unsur

karbon (0,45 % ≤ C ≤ 1,70 %).Kandungan karbon di dalam paduan baja

juga berpengaruh terhadap kekuatan dan keuletanbaja. Kalau kadar karbon dari baja karbon bertam-bah, maka kekuatannya bertambah, sedangkanperpanjangannya, pengecilan luas dan hargabenturnya berkurang dan menjadi sukar dilas.

Baja karbon biasanya dilunakkan,dinormalkan dan ditemper sebelum dipakai.Dibandingkan dengan melunakkan, menormalkanbaja karbon memberikan butir-butir halus danmemberikan harga yang lebih tinggi untuk batasmulur serta kekuatan tarik.

Gambar 1. Pengaruh kandungan karbon danperlakuan panas pada sifat-sifat mekanis.

Gambar 2. Pengujian tarik panas dari baja karbon yangdinormalkan pada berbagai temperatur.

Harga bentur baja turun sesuai denganturunnya temperatur. Temperatur transisididefinisikan sebagai temperatur dimana hargabentur turun cepat sekali. Ini merupakan indeksyang penting untuk keuletan dari logam yangdipergunakan pada temperatur rendah. Sebagaipenggantinya, biasa dipakai temperatur transisi15 ft – lb (Tr 15) sebagai ukuran dari penggunaanyang aman dari logam, yaitu temperatur dimanaharga bentur charpy dengan takikan V adalah 15ft – lb.

Temperatur transisi sangat dipengaruhi olehkadar karbon. Kalau kadar karbon bertambah 0,1%, maka Tr 15 meningkat 13 oC, untuk kandungankarbon kurang dari 0,3 % dan 28 oC untuk daerahkadar karbon antara 0,3 % sampai 0,57 %. Padagambar 3, menunjukkan perubahan harga benturdari baja yang mempunyai kekuatan tarik 42 dan46 kg/mm2, terhadap perubahan temperatur.Untuk mengukur sifat-sifat mekanis dari bajakarbon, batang uji diambil dari bagian-bagian yang

berhubungan dengan bahan utama, atau bahanutama yang telah dilunakan, dinormalkan danditemper sebelum pengujian.

Gambar 3. Harga bentur dari baja karbon.

Klasifikasi BajaBaja merupakan salah satu bahan konstruksi

yang paling penting. Sifat-sifatnya yang palingpenting dalam penggunaan konstruksi adalahkekuatan, ketangguhan dan keuletan yang baikdibandingkan terhadap bahan-bahan lain yangtersedia. Pertimbangan-pertimbangan lainnyadalam penggunaan baja termasuk kemudahanpenyediaannya secara luas dan daya tahannya(durability).

Sifat dan produk baja tersebut banyakdipengaruhi oleh sifat kimia dan prosespembuatannya. Untuk keperluan industripengelompokan baja menjadi beberapa kelompokberdasarkan beberapa karakteristik umum.

Baja Berdasarkan Bentuk ProdukHal ini sangat umum digunakan dalam industribaja, misalnya baja batangan, baja profil, gulunganstrip baja dan sebagainya.

Baja khusus terdiri dari baja paduan rendahdan baja paduan tinggi yang dibuat denganmenambahkan macam-macam unsur paduankedalam baja karbon. Mangan dan juga silisiumbiasanya tidak dapat dihindarkan selalu tercampurpada waktu pengolahan baja, sehingga dalam halini baja tersebut tidak masuk dalam kategori bajakhusus, kecuali kalau unsur-unsur tersebutditambahkan sebagai unsur paduan.

Baja disebut baja paduan rendah jika unsurpaduannya ditambahkan 1 % sampai 2 %, dandisebut baja paduan menengah jika unsurpaduannya ditambahkan 2 % sampai 5 %, dandisebut baja paduan tinggi jika unsur paduannyadi atas 5 %, namun dalam hal ini tidak dibedakansecara tepat.

Baja khusus biasanya baru dipergunakansetelah melalui pencelupan dingin, penormalan,dan penemperan untuk memperbaiki sifat-sifatnya.Baja karbon dikeraskan dan dikuatkan denganpencelupan dingin tetapi mampu kerasnya kurangbaik karena hanya kulitnya atau bagian luarnyasaja yang mengeras. Lapisan yang mengerasmenjadi lebih tebal dengan menambah Mn, Cr,Mo dan Ni. Baja dengan penambahan unsurtersebut dapat dikatakan mempunyai mampu kerasyang tinggi. Hal ini dikarenakan karbon larutdalam asutenit yang menyebabkan baja menjadikeras dengan pencelupan dingin.

Pada gambar 4, menunjukkan hubunganantara kekerasan yang tertinggi dari berbagai bajayang dicelupkan dingin terhadap kadar karbonnya.Titik-titik hitam menunjukkan harga-harga untukbaja karbon. Dengan semakin tinggi kadar karbonyang terkandung maka kekerasan juga semakinmeningkat. Namun untuk kandungan karbon antara0,5 % - 0,6 % kekerasan tidak lagi meningkat ataudengan kata lain konstan pada kekerasan maksimal.

Gambar 4. Kadar karbon dan kekerasan maksimumbaja setelah di celup dingin (Quenching)

Dalam penormalan, meskipun bajamempunyai mampu keras tinggi tetapi adaperbedaan kekerasan yang kecil antara kulit danbagian tengahnya. Ada hubungan antara dua sifatmekanis dari baja karbon rendah yang tidaktergantung pada komposisi kimia seperti yangterlihat pada gambar 5 sampai gambar 10, dimanagambar tersebut menunjukan hubungan sifat-sifatdari macam-macam baja karbon paduan rendahyang mengalami perlakuan panas baik denganpenormalan, penemperan atau dengan pencelupandingin dan penemperan.

Gambar 5. Kekuatan tarik dan kekerasan brinellbaja karbon paduan rendah

Gambar 6. Hubungan antara kekuatan tarik dan batas mulur bajakarbon paduan rendah yang dinormalkan dan di temper.

Gambar 7. Kekuatan tarik dan batas mulur daribaja karbon paduan rendah yang dicelup dingin dan ditemper.

Gambar 8. Ketergantungan perpanjangan dan pengecilanpada kekuatan tarik dari baja karbon paduan rendah

setelah dinormalkan dan ditemper.

Gambar 9. Hubungan antara kekuatan tarik, danpengecilan luasdari baja karbon paduan rendah setelah

dicelup dingin dan ditemper.

Gambar 10. Hubungan antara kekuatan tarikdan harga bentur.

Pengaruh Unsur Paduan Terhadap Sifat BajaBaja karbon yang banyak terdapat dipasaranumumnya mengandung sulfur ≤ 0,005 %. Sulfur(S) dapat menyebabkan baja menjadi rapuh atauhot shortness karena unsur sulfur bersenyawadengan besi (Fe) membentuk FeS (paduan autectic)yang dapat menyebabkan temperatur leburnyarendah.

Kandungan mangan (Mn) didalam bajakarbon antara 0,03 % sampai 1 %, adapun fungsidari mangan adalah untuk menghindarkanterjadinya hot shortness dengan mengikat unsursulfur (S) menjadi MnS. Kemudian MnS akanterpisah dari paduan baja yang berupa terak.Pospor (P) yang terkandung di dalam paduan bajakarbon ≤ 0,04 %, pospor cenderung larut didalamferit, dan akan menurunkan keliatan sehingga bajaakan cenderung pecah ketika dilakukan pengerolandingin (cold-short).

Diagram Kesetimbangan Fe - Fe3CPanduan dasar untuk perlakuan panas besi

dan baja, digunakan diagram kesetimbangan Fe –Fe3C, seperti terlihat pada gambar 11. Dari gambartersebut dapat terlihat fasa-fasa pada kondisi

tertentu. Fasa-fasa tersebut antara lain ferit (_),cementit (Fe3C), austenit (g), besi (d) ataucampuran dari fasa-fasa tersebut yangkeberadaannya tergantung pada kondisi temperaturdan kandungan karbon.

Dari diagram kesetimbangan Fe – Fe3Cjuga dapat diketahui proporsi dari tiap-tiap fasayang timbul dalam kesetimbangan dua fasa. Karenapercobaan ini menyangkut baja karbon rendah,maka pembahasan difokuskan pada daerah bajahypoectectoid, yaitu daerah dimana kadarkarbonnya dibawah ≤ 0,08 %.

Larutan padat _ atau ferit merupakan larutanpadat intertisi dengan kelarutan karbon dalam _ yang rendah sekali ( + 0,008 % C) pada temperaturruang, dan + 0,025 % C pada temperatur 723oC.Fasa ini lunak dan mempunyai kekuatan yangrendah, untuk lebih jelasnya dapat diamati padagambar 11.

Gambar 11. Diagram kesetimbangan Fe – Fe3C.

Perlit merupakan fasa eutectoid dengan +0,8 % C dan terbentuk pada temperatur 723oCgaris A1 pada gambar 13. Strukturnya miriplamellar campuran ferit dan cementit yang memilikikekuatan dan kekerasan yang lebih baik dari ferit.Atau untuk lebih jelas kondisi _ maupun kondisidari g dapat diamati pada gambar 13.

Gambar 12. Diagram Fe – C dengan empat indikasitemperatur interkritikal annealing.

Austenit (larutan padat g) merupakan larutanpadat intertisi dari karbon dalam besi g. Kelarutanmaksimal kandungan karbon sebesar + 2,06 %pada temperatur 1148 oC, sifat ketangguhan tinggi,tidak stabil pada temperatur ruang

Gambar 13. Skematis fasa-fasa yang hadir padatemperatur tertentu.

Pada daerah hypoectectoid ini terdapat duagaris yang mempunyai arti penting. Pertama adalahGaris A1 (gambar 13) atau garis temperatur kritisbawah (low ritical–temperature line). Kedua adalahgaris A3 atau garis temperatur kritis (upper –critical – temperature line).

Dari gambar 13, garis A1 terdapat kesetim-bangan antara austenit dan perlit (ferit + sementit).Bila temperatur dinaikkan maka kesetimbanganakan bergeser kekiri (daerah austenit), dan bilatemperatur diturunkan maka akan bergeser kearahdaerah perlit. Dapat diilustrasikan seperti skemadi bawah ini :

Dari garis A3 terdapat kesetimbangan antaraaustenit dan untuk menghitung proporsi ferit danaustenit di dalam dua fasa (intercritical region)pada daerah tertentu digunakan hukum level rule,tentang jumlah relative dan kandungan karbondari masing-masing fasa.

Dari gambar 12. juga bisa ditentukan kadarkarbon dan proporsi masing-masing fasa (ferit danaustenit). Misalnya baja karbon 0,4 % pada tempe-ratur A1 (misalkan X oC). Untuk menentukankadar karbon, tarik garis horizontal pada temperaturX oC tersebut hingga memotong garis A3 dangaris solidus _ dan diperoleh dua buah titik a danb. kemudian tariklah garis vertical kebawah melaluititik a dan b sampai memotong absis (% C) di titik

a1 dan b1, jadi kadar karbon ferit dan austenit ada-lah a % dan b %.

Sedangkan untuk proporsi ferit dan austenitdihitung dengan aturan pengungkit, dimana titiktumpu dari sistem pengungkit adalah titik C. Untukmenghitung persentase ferit dan austenit dapatdigunakan persamaan sebagai berikut:

Transformasi yang terjadi pada garis A1 danA2 dikendalikan oleh laju difusi, sehingga tempera-tur kritis dipengaruhi oleh komposisi kimia.

Laju pemanasan yang cepat dapat menyebab-kan waktu difusi yang singkat dan dapat mening-katkan temperatur kritis. Sebaliknya dengan pendi-nginan yang cepat dapat menurunkan temperaturkritis.

Proses Perlakuan Panas (Heat Treatment)Prinsip Dasar Perlakuan Panas (HeatTreatment)

Perlakuan panas (Heat Treatment) adalahsuatu proses untuk merubah struktur dan sifatlogam dengan jalan memanaskan logam sampaisuhu tertentu, kemudian didinginkan dengan mediapendingin udara maupun media pendingin air,sehingga menghasilkan sifat-sifat tertentu yangdiinginkan antara lain: sifat keras atau sifatketahanan logam terhadap penekanan.

Pada baja, semua proses dasar pengerjaanpanas berhubungan dengan transformasi atau pengu-raian austenit. Maka sifat dan kenyataan yang di-peroleh pada hasil transformasi memperluas anekaragam kegunaan, sifat fisik dan sifat mekanik logam.

Tujuan Heat TreatmentProses pengerjaan yang dilakukan bertujuan

untuk merubah sifat dan struktur logam menjadisifat yang diinginkan, seperti:1. Mengeraskan logam.2. Melunakan logam.3. Menghilangkan internalstress, yaitu tegangan

dalam yang diakibatkan oleh pengerjaan dingin,pengelasan, penempaan dan pembentukan.

4. Menyempurnakan keliatan dan keuletan.5. Meningkatkan sifat tahan panas dan tahan

gesekan.

Khusus untuk baja, proses ini dapat menyempur-nakan sifat-sifat listrik dan magnet pada baja.

Faktor-faktor Yang Mempengaruhi HeatTreatment

Didalam proses heat treatment ada beberapafaktor yang menentukan berhasil atau tidaknyahasil yang diharapkan dalam pelaksanaan prosestersebut antara lain:

1. Kecepatan pemanasan.2. Kecepatan pendinginan.3. Waktu penahanan (holding time).4. Media pendinginan yang digunakan.

Faktor-faktor tersebut diatas telah diterapkandalam spesifikasi sehingga untuk material yangberbeda jenis maupun karakteristik yang diharap-kan terdapat perbedaan melalui masing-masingtahap tersebut.

Jenis-jenis Proses Heat TreatmenAda beberapa proses heat treatment yang

dapat dilakukan, Masing-masing bertujuan untukmendapatkan sifat-sifat mekanis logam yangdiharapkan. Jenis-jenis proses heat treatment adalahsebagai berikut:

Proses Anil (Annealing)Merupakan proses pemanasan sampai diatas

suhu transformasi (723°C), kemudian didinginkansecara bertahap. Proses ini menghasilkan ferit danperlit yang lunak sehingga logam menjadi lunak.Annealing dilakukan pada bahan-bahan yang telahmengalami cold working dan hot working, padabaja karbon rendah atau kabel-kabel baja untukmenghilangkan tegangan dalam dan perlunakanbahan.

Lamanya pemanasan dalam proses annealingatau holding time sangat berpengaruh terhadaphasil akhir dari proses tersebut semakin lama waktutahan yang dilakukan maka perubahan-perubahanyang terjadi pada struktur-struktur logam akanlebih merata diseluruh bagian.

Pengaruh dari Anneling terhadap kekuatantarik, kekerasan, kelenturan, dan pertumbuhanKristal dapat dilihat pada Gambar 14. di berikutini.

Gambar 14. Pengaruh anneling terhadap kekuatan tarik,kekerasan, kelenturan, dan pertumbuhan kristal.

Normalizing (Normalisasi)Adalah peristiwa pemanasan logam baja

sehingga seluruh fasa menjadi austenit (y) dankemudian didinginkan diudara sehingga mencapaisuhu kamar sehingga menghasilkan struktur normalferit dan perlit.

Gambar 15. Temperatur normalizing untuk besihypoeutectoid dan hypereutectoid.

Proses Pengerasan (Hardening)Proses pengerasan adalah proses pemanasan

baja diatas temperatur austenisasi untukmemperoleh sifat yang sangat keras dari suatumaterial, dan ditahan pada waktu penahanantertentu serta didinginkan dengan cepat pada suatumedia pendingin. Kekerasan yang dapat dicapaitergantung laju pendinginan, kadar karbon danukuran benda. Pada baja paduan, jenis dan jumlahpaduan akan dipengaruhi kemampuan pengerasan.

TemperingAdalah proses perlakuan panas kembali pada

temperatur dibawah temperatur tertentu setelahmengalami proses hardening. Tempering bertujuanuntuk meningkatkan ketangguhan serta menurun-kan kekerasan serta mempertinggi keuletan:

1. Tempering suhu rendah (100°C - 200 °C)Tujuannya untuk mengurangi tegangan-tegangan dalam bahan akibat pendinginan-pendinginan cepat. Proses ini digunakan untukalat-alat kerja yang tidak mengalami bebanberat, seperti: alat-alat potong, mata bor yangdipakai untuk kaca dan Iain-lain.

2. Tempering suhu menengah (200°C - 450°C)Untuk meningkatkan keuletan dan menurunkansedikit kekerasannya. Biasa digunakan padaalat-alat kerja yang menerima beban berat,seperti: palu, pahat, pegas dan Iain-lain.

3. Tempering suhu tinggi (450°C - 650°C)

Gambar 16. Process conventional quenchingand tempering.

Diagram Transformasi Isothermal (IT–diagram)Untuk melihat kondisi transformasi fasa yangterjadi pada kecepatan tertentu dari suatu prosesperlakuan pada baja karbon dapat digunakandiagram Isothermal-Transformasi pada gambar17. dan gambar 18. Diagram Isothermal-Transformasi biasa juga dikenal dengan namaITT atau diagram TTT (transformasi, temperaturdan waktu).

Gambar 17. Diagram isotermal–transformasi.

Gambar 18. Diagram isothermal – transformasi(eutectoid) baja.

Diagram Tranformasi Pendinginan Kontinyu(CT - Diagram)

Secara teoritis kurva laju pendinginan padadiagram I-T tidak dapat digunakan untukmenentukan pada pendinginan kontinu. Padadiagram IT diperlihatkan hubungan antara waktu– temperatur untuk transformasi austenit dan halini akan terjadi hanya pada temperatur konstan,tetapi perlakuan panas meliputi transformasi padapendinginan kontinu.

Untuk menentukan pendinginan kontinudigunakan C-T diagram (cooling-transformationdiagram) dapat diamati pada gambar 19.

Gambar 19. Diagram transformasi pendinginankontinue (CCT)

Media PendinginanMedia pendinginan yang digunakan biasanya

berupa air, minyak, udara, air garam, larutan NaOH,dan larutan polimer. Setiap jenis media pendinginmemiliki kecepatan pendinginan yang berbeda.Dari media yang digunakan yang memiliki waktupendinginan paling lama adalah udara dan memilikiwaktu pendinginan paling cepat adalah air garam.Sebagai gambaran beberapa pendingin dan kece-patan pendinginan dapat diamati pada gambar 20.

Dari gambar 20 terlihat bahwa air merupakanpendinginan tercepat kedua dibandingkan denganmedia yang lain. Namun air paling banyakdigunakan untuk pengerasan logam, karena airmudah didapat, paling murah dan tanpamenyebabkan polusi. Dalam pendinginan denganmenggunakan media angin, perlu juga diperhatikanjangan sampai kekurangan air, karena dapatmeyebabkan material yang di celup menjadi retak.

Gambar 20. Kecepatan pendinginan daribeberapa pendingin.

Jika digunakan media air garam denganpenambahan hanya sekitar 5 % sampai 10 % dapatmeningkatkan daya tahan pendinginnya bahkansemakin besar. Selain dari itu larutan garam jugaberfungsi untuk memecahkan kantong uap yangterjadi sekeliling logam. Untuk konsentrasi yangoptimal larutan garam (NaCl) sebesar 10 % karenapada kondisi ini logam yang didinginkan memilikikekerasan yang paling tinggi.

Struktur Mikro

FeritBaja yang mengandung struktur mikro ferit

terdapat pada baja yang memiliki kandungankarbon rendah. Dimana kelarutan karbon di dalamfasa a sekitar 0,008 %. Struktur mikro dari butirferit tersebut berbentuk polygonal. Ferit merupakanfasa yang bersifat lunak dengan kekuatan rendah.

AustenitJika material baja dipanaskan sedikit diatas

temperatur transformasi dengan waktu yang cukup,maka diperoleh larutan padat austenit denganstruktur kps. Fasa ini dapat melarutkan karbonberbentuk larutan padat intertisial sebanyak 2,06% pada temperatur 1148 oC dan kemudian turunmenjadi 0,8 % pada temperatur 723oC. Reaksi

setimbang yang terjadi waktu pendinginan adalahsebagai berikut:

Pada diagram kesetimbangan Fe-Fe3C,terlihat bahwa transformasi yang dapat terjadipada proses pemanasan adalah transformasi perlitmenjadi austenit pada temperatur di atas garis A3.

MartensitTransformasi martensit hanya terjadi pada

austenit yang dilakukan pendinginan dengan sangatcepat tanpa disertai penyusunan atom karbon secaradifusi pada kisi-kisi austenit. Pembentukanmartensit terjadi oleh proses pergeseran atomsebesar jarak atom-atomnya. Disamping itu selamaproses pembentukan martensit tidak terjadiperubahan komposisi di dalam larutan padat.

Akibat pergeseran atom ini, menyebabkanterjadinya perubahan struktur dari kubik pemusatansisi (kps) menjadi tetragonal pemusatan ruang(tpr). Pembentukan martensit dimulai pada garismartensit stars (Ms) dan berakhir pada garismartensit finish (Mf). Garis Ms dan Mf tidakdipengaruhi oleh laju pendinginan tetapi ditentukanoleh komposisi kimia.

Martensit stars (Ms) sebagai fungsikomposisi kimia menurut K-E Thelningmemformulasikan sebagai berikut:

Ms (oC) = 561-474 C-33 Mn- 17 Ni-17 Cr – 21Mo.

Dari rumus empiris yang diturunkan K-EThelning, maka unsur yang paling dominantmenentukan martensit adalah karbon. Hal ini dapatdilihat pada gambar 20 bahwa dengan semakinbesar kadar karbon dalam baja maka temperaturmartensit starts (Ms) dan temperatur martensitfinish (Mf) akan menurun.

‘

Gambar 21. Pengaruh kadar karbon terhadaptemperatur Ms dan Mf.

Dari gambar tersebut dapat pula terlihatbahwa sebagian besar baja dengan kandungankarbon lebih dari 0,5 % mempunyai temperaturMs dibawah temperatur ruang. Hal ini berartisetelah proses pengerasan selesai dilakukan makabaja tersebut masih mengandung sejumlah austenityang disebut austenit sisa.

Hal-hal yang penting dari karakteristiktransformasi martensit adalah:

1. Transformasi martensit terjadi tanpa prosesdifusi. Hal ini karena transformasi martensitberlangsung dengan kecepatan tinggi.

2. Transformasi martensit terjadi tanpa adanyaperubahan komposisi kimia pada fasa awalnya.Posisi dari atom-atom karbon terhadap atom-atom besi didalam struktur martensit adalahsama keadaanya didalam austenit.

3. Jenis martensit yang dihasilkan sangattergantung pada jumlah kandungan karbon didalam baja. Bila kandungan karbonnya rendahmaka jenis martensit yang terbentuk adalahLath martensit. Bila kadar karbonnya sedangakan terbentuk plate martensit.

4. Stuktur kristal yang dihasilkan oleh transformasimartensit adalah body center tetragonal (BCT).

Bentuk MartensitBerdasarkan penelitian yang dilakukan

Maider dan Krauss pada baja karbon paduan,ditemukan dua macam bentuk martensit, yaituLath dan Plate. Bentuk dari martensit inidipengaruhi oleh kadar karbon. Untuk kadar karbonkurang dari 0,6 % C yang terbentuk adalah lathmartensit, sedang kadar karbon lebih dari 0,1 %C yang terbentuk adalah plate martensit. Untukkadar karbon antara 0,6 % -1,0 % yang terbentukadalah campuran antara keduanya. Hubunganbentuk martensit dengan jumlah karbondiperlihatkan dalam gambar 22.

Sifat Mekanis MartensitStruktur martensit didalam baja merupakan

stuktur yang mempunyai kekerasan yang palingtinggi. Kekerasan dari martensit ini dipengaruhioleh besarnya kandungan karbon dalam baja.Seperti terlihat pada gambar 23, kekerasanmartensit sangat sensitif.

Gambar 22. Kekerasan martensit sebagai fungsikandungan karbon.

Sifat Mekanis MartensitStruktur martensit didalam baja merupakan

stuktur yang mempunyai kekerasan yang palingtinggi. Kekerasan dari martensit ini dipengaruhioleh besarnya kandungan karbon dalam baja.Seperti terlihat pada gambar 23, kekerasanmartensit sangat sensitif.

Gambar 23. Pengaruh kadar karbonterhadap sisa austenit sisa.

Terhadap kandungan karbon dibawah 0,2%. Kenaikan kekerasan martensit sampai dengankandungan karbon 0,4 % masih cukup tinggi,namun diatas 0,4 % kenaikannya tidak seberapatinggi. Hal ini karena dengan meningkatnya kadarkarbon maka austenit sisa yang terbentuk jugasemakin meningkat. Sehingga peningkatankekerasannya menjadi relative lebih kecil.

METODOLOGI PENELITIANDiagram Alir Penelitian

Gambar 24. Giagram Alir Penelitian

Bahan dan AlatBahan Yang DigunakanMaterial baja karbon rendah ASTM A-36Alat Yang Digunakan1. Gergaji besi, berfungsi untuk memotong benda

uji.2. Muffle Furnace, berfungsi untuk memanaskan

benda uji.3. AAS (Atomic Absorption Spectrophotometer),

berfungsi untuk menganalisa komposisi kimiabenda uji.

4. Alat uji kekerasan, berfungsi untuk mengujikekerasan benda uji.

5. Mesin poles, berfungsi untuk menghaluskanbenda uji yang telah di mounting sebelumpengujian struktur mikro.

6. Mikroskop Optik Metalografi, berfungsi untukmelihat struktur mikro benda uji.

Gambar 25. Muffle furnace

Gambar 26. AAS (Alat analisa komposisi kimia)

Gambar 27. Mesin poles

Gambar 28. Mikroskop optic metalografi

Proses PenelitianPengambilan Sampel Uji Tarik dan Regangan

Plat baja spesifikasi ASTM A36, tebal 2 cmdipo-tong, untuk pembuatan spesimen uji tarik.Bentuk spesimen adalah irisan plat, kemudianspesimen dibubut, dimensi dan ukuran berdasarkanstandar JIS.

Pengerjaan Laku Panas AustenisasiPengerjaan austenisasi, spesimen dipanasi

di dalam tungku pada suhu 900oC selama 1 jam.Penentuan waktu penahanan suhu ini karenadimensi spesimen relatif kecil (diameter 2 cm),sedemikian hingga dalam waktu tersebut seluruhdimensi menerima panas merata. Agar supayapermukaan spesimen tidak teroksidasi selamadipanasi, semua spesimen dengan arang cangkangkelapa diletakkan di dalam wadah.

Proses PendinginanSesudah semua spesimen dipanasi pada suhu900oC dilakukan pendinginan ke dalam suatumedia yang memberikan kecepatan pendinginanyang berbeda. Media pendingin yang dipilih adalah:

a. Pendinginan di dalam tungku. Pendinginanmedia ini, memberikan kecepatan pendinginanpaling lambat. Dari hasil pengukuran kecepatanpendinginan sekitar 5oC/ menit.

b. Pendinginan di udara (ruang terbuka).Pendinginan media ini, memberikan kecepatanpendinginan lambat. Dari hasil pengukuran

kecepatan pendinginan sekitar 50oC/ menit.c. Pendinginan celup oli. Pendinginan media ini,

memberikan kecepatan pendinginan lebih cepat.Dari data kecepatan pendinginan sekitar 100oC/menit.

d. Pendinginan celup air. Pendinginan media ini,memberikan kecepatan pendinginan lebih palingcepat. Dari data kecepatan pendinginan sekitar150oC/ menit.

Untuk memberikan gambaran laku panasaus-tenisasi dapat dilihat pada skematis Gambar 29.

Gambar 29. Skematis cara pengerjaan austenisasi.

Pemanasan pada suhu 900oC selama 1 jam.Setiap spesimen didinginkan dengan mediapendingin yang memberikan kecepatan pending-inan yang berbeda (tungku, udara, celup oli, dancelup air).

PengujianTerhadap spesimen setalah laku panas

austenisasi dilakukan pengujian, sebagai berikut:

1. Uji tegangan tarik dan regangan. Pengujian inidigunakan untuk melihat pengaruh peningkatankekuatan dan elongasi setelah laku panasaustenisasi

2. Uji kekerasan brinnel digunakan untukmengukur perbedaan kekerasan setelah lakupanas austenisasi

3. Pengamatan struktur mikro. Pengamatanmikroskopis ini untuk mengamati tipe strukturmikro yang terbentuk setelah laku panasaustenisasi.

4. Adapun tahapan proses yang dilakukan padapenelitian ini meliputi:a. Bahan baku material baja karbon ASTM A-

36 sebelum dilakukan proses Austenisasidengan pendinginan media tungku, udara,air dan oli dilakukan pengujian yangmeliputi, komposisi kimia, pengujiankekerasan, kekuatan tarik dan struktur mikro

b. Sampel material baja karbon baja karbonASTM A-36 dengan 5 sampel, dimana satusampel tanpa perlakuan sedangkan empatsampel lainnya di dilakukan Austenisasi(laku panas) pada temperatur 900oC, didalam muffle furnace, setelah temperaturyang diinginkan tercapai selanjutnyadilakukan penahanan temperatur masing-masing sampel selama 60 menit.

c. Kemudian masing-masing dari sampel yangtelah dipanaskan pada temperatur 900 oC, danpenahanan waktu masing-masing 60 menit,selanjutnya dilakukan pendinginan denganmedia tungku, air, udara dan oli. Masing-masingsampel yang telah dilakukan pendinginankemudian dilakukan pengujian yang meliputi:kekerasan, kuat tarik dan struktur mikro.

Pengambilan Sampel Uji Tarik dan ReganganPlat baja spesifikasi ASTM A36, tebal 2 cm

dipotong, untuk pembuatan spesimen uji tarik.Bentuk spesimen adalah irisan plat, kemudianspesimen dibubut, dimensi dan ukuran berdasarkanstandar JIS.

Pengerjaan Laku Panas AustenisasiPengerjaan austenisasi, spesimen dipanasi

di dalam tungku pada suhu900oC selama 1 jam.Penentuan waktu penahanan suhu ini karenadimensi spesimen relatif kecil (diameter 2 cm),sedemikian hingga dalam waktu tersebut seluruhdimensi menerima panas merata. Agar supayapermukaan spesimen tidak teroksidasi selamadipanasi, semua spesimen dengan arang cangkangkelapa diletakkan di dalam wadah.

Pengujian Kekerasan (Hardness Test)Pengujian kekerasan adalah untuk

mengetahui kekerasan dari suatu material, adapunpengujian kekerasan dari material baja karbonASTM A-36 dilakukan terhadap sampel awal atausebelum dilakukan proses austenisasi dan prosespendinginan, serta juga terhadap sampel setelahdilakukan proses austenisasi dan prosespendinginan.

Kekerasan suatu logam perlu diketahui untukmengetahui sifat mekanis dari logam tersebut.Kekerasan dapat diketahui melalui percobaandengan cara mekanis statis yang meliputi caraBrinell, Vikers, Rockwell dan Iain-lain.

a. Kekerasan BrinellDalam pengujian brinell, luas penampang

benda uji yang mengalami tekanan dari indentor,di presentasikan melalui persamaan:

Kekerasan dinyatakan dengan 1 HB (BHN,Brinell Hardness Number) yaitu beban tekan P(kg), dibagi luas tapak tekan yang berbentuk bidangbola dan dinyatakan dengan A (mm2).

Untuk pengujian brinell di gunakan indentorberbentuk bola baja yang dibuat dari baja yangtelah dikeraskan. Beban yang di berikan adalahantara 500-3000 Kg. Identor bola baja yang diberikan tersebut dapat di lihat pada gambar 30. dibawah ini.

Gambar 30. Identor bola baja (Stell ball)

Dengan demikian luas penampang dari bidangbola adalah:

A = luas bangunan yang berbentuk bidangbola, maka rumus menjadi:

(mm2)

Dimana:D = Diameter bola indentor (mm)d = Diameter bekas penekanan (mm)Sehingga,

Dimana:BHN = Nilai kekerasan brinell (kg/mm2)P = Beban indentasi (kg)Perbandingan antara beban penekanan terhadapluas indentasi memberikan harga kekerasan brinell.Logam-logam dengan kekuatan tarik yang tinggibiasanya mempunyai kekerasan yang tinggi pula.

Gambar 31. menunjukkan skema dari pembebananyang di lakukan dalam uji kekerasan brinell.

Tabel 1 Standar ketebalan bahan untuk pengujian kekerasaanbrinell.

Gambar 31. Skema pengujian kekerasan brinell.

b. Kekerasan RockwelPada penelitian ini digunakan pengujian

kekerasan dengan metoda rockwell. Uji kekerasanrockwell berdasarkan pada pengukuran kedalamanpenetrasi dari indentor. Untuk mengukur kekerasanmaterial yang keras digunakan indentor berbentukkerucut intan dengan sudut puncak 120° (diamondBrale). Sedangkan untuk mengukur kekerasanmaterial yang lebih lunak digunakan bola bajadengan ukuran 1,6 mm dan 12,7 mm.

Pada uji kekerasan Rockwell ini terdapatbeberapa skala yang dibedakan berdasarkanindentor dan beban yang digunakan untukmengindentasi material. Masing-masing skala inidapat dikonversikan satu dengan yang lainnya,berdasarkan Standart ASTM E-40. Dari ujikekerasan rockwell ini akan diperoleh hargakekerasan (RHN), yang dapat dikonversikan lagimenjadi kekuatan tarik maksimum (ultimate) darimaterial tersebut. Kekuatan tarik maksimumtersebut dapat diperoleh dengan menggunakanpersamaan:

Gambar 32. Mekanisme uji kekerasan metoda rockwell.

c. Kekerasan VickersPengukuran secara vickers dilakukan dengan

penekanan oleh intan berbentuk piramida bersudutpuncak 136°. Karena bentuk penumbuknyapyramid, maka pengujian ini sering dinamakanuji kekerasan piramida intan. Angka kekerasanpiramida intan (DPH), atau angka kekerasan Vikers(VHN atau VPH), didefinisikan sebagai bebandibagi luas permukaan lekukan.

VHN dapat ditentukan dari persamaan berikut:

VHN =

Dimana P = beban yang diterapkan, kgL = Panjang diagonal rata-rata, mmØ = sudut antara permukaan intan yang

berlawanan = 136°

Gambar 33. Mekanisme uji kekerasan vickers.

Pengujian Struktur Mikro

Struktur mikro di uji dengan menggunakanalat metalografi. Adapun pengamatan strukturmikro dilakukan dengan mikroskop optic

metalografi, adapun peralatannya seperti terterapada gambar 33. Pengamatan struktur mikro inibertujuan untuk melihat besar butir dan melihatfasa yang terbentuk.

HASIL DAN PEMBAHASANHasil Analisa Komposisi Kimia Material Baja

Hasil analisa komposisi kimia ditunjukkanpada tabel 2 di bawah ini

Tabel 2 Komposisi kimia baja standar ASTM A36.

Dari tabel 2 di atas ditunjukkan bahwamaterial baja termasuk tipe baja karbon. Karenakandungan unsur-unsur lain seperti Cr, Ni, danMo tidak ada, hanya saja kandungan Mn (1,4%)relatif tinggi jika dibandingkan dengan baja korbonkonvensionil (kandungan Mn sekitar 0,5% - 0,7%).Tipe baja karbon ini, sifat mekanik ditentukanoleh jumlah kandungan karbon. Kandungan karbon0,26% sehingga termasuk golongan baja karbonrendah.

Hasil Uji Tegangan Tarik dan ReganganPlat baja Gambar 34 dipotong untuk spesi-

men uji tarik, jumlah spesimen adalah lima buah.Spesimen untuk diuji tarik berdasarkan standartJIS seperti yang ditunjukkan pada Gambar 34.

Gambar 34 Plat baja tebal yang diuji, tebal 2 cm.

Gambar 35 Skematis spesimen uji tarik berdasarkan standar JIS.

Pembuatan spesimen uji tarik berdasarkanstandar Gambar 35 dilakukan melalui pengerjaanmasining (bubut). Hasil pengerjaan masiningditunjukkan pada Gambar 36.

Gambar 36 Hasil masining lima buah spesimen uji tarik.Diameter bagian atas 1,8 cm. Diameter bagian tengah

yang ditarik 1,5 cm.

Lima buah spesimen diambil empat buah,kemudian keempat buah spesimen diaustenisasipada suhu 900oC selama 1 jam. Kemudian masing-masing spesimen didinginkan dengan kecepatanpendinginan berbeda di dalam media tungku,udara, oli dan air. Hasil percobaan setelah lakupanas austenisasi ditunjukkan pada Gambar 37.

Gambar 37 Spesimen setelah laku panas.

Keterangan gambar:1. Spesimen awal2. Pendinginan tungku3. Pendinginan udara4. Pendingan celup oli5. Pendinginan celup air.

Spesimen setelah laku panas tersebut di atasdilakukan uji tarik. Hasil patahan uji tarikditunjukkan pada Gambar 38.

Gambar 38 Patahan spesimen setelah uji tarik.Tanda panah:

Penurunan luas penampang lintang Keterangangambar:1. Pendinginan tungku2. Pendinginan udara3. Pendinginan celup oli4. Pendinginan celup air5. Spesimen awal.

Dari hasil pengamatan visual seperti padaGambar 38 menunjukkan bahwa spesimen setelahuji tarik, kalau dibandingkan dengan spesimensetelah laku panas (Gambar 37) mengalamiperbedaan panjang yang berbeda. Spesimen melaluipendinginan tungku menjadi kemuluran palingpanjang. Sementara itu spesimen pendinginancelup air paling pendek. Hal ini berarti pada setiapperbedaan jenis pendinginan mempunyai sifatkemuluran (elongasi) yang berbeda. Demikianjuga pengamatan pada posisi patahan tampak luaspenampang lintang yang berbeda (tanda panah).

Tabel 3 Data uji tarik dan regangan pada spesimenASTM A-36 dengan kecepatan pendinginan yangberbeda. Selanjutnya dari data Tabel 3 dibuat grafikhubungan antara kecepatan pendinginan dengankekuatan tarik dan elongasi seperti yangditunjukkan pada Gambar 39.

Gambar 39. Hubungan antara kecepatan pendinginandan kekuatan tarik, elongasi.

Kurva grafik Gambar 39 menunjukkankecepatan pendinginan berpengaruh terhadap sifatmekanik kekuatan tarik dan elongasi. Peningkatankecepatan pendinginan diikuti dengan peningkatankekuatan dari 445,9 MPa sampai tinggi hingga717,3 MPa Sebaliknya peningkatan kecepatanpendinginan diikuti dengan penurunan nilaielongasi yang sangat rendah (6%). Jadi kurvagrafik hubungan antara kecepatan pendinginandan kekuatan tarik, elongasi tampak berlawanan.Walaupun melalui media celup air kekuatantariknya tinggi, karena elongasinya rendah, maka

logam baja mempunyai sifat getas. Sifat getasditunjukkan tidak adanya penurunan luaspenampang lintang (Gambar 39) dan tidak tampakadanya kurva deformasi plastis.

Hasil Uji Kekerasan BrinnelUji kekerasan brinnel terhadap masing-

masing spesimen dilakukan 5 kali pengukuran.Data pengukuran ditunjukkan pada lapiran. Nilairata-rata uji kekerasan pada setiap spesimenditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3. Hasil uji kekerasan rata-rata spesimen ASTM A36.

Dari Tabel 3. dibuat grafik hubungan antarakecepatan pendinginan dan kekerasan.

Gambar 40. Hubungan kecepatan pendinginan dan kekerasan.

Pada grafik Gambar 40. kecepatan pendingi-nan juga berpengaruh terhadap peningkatankekerasan baja. Seperti sifat baja pada umumnya,peningkatan kekerasan diikuti pula olehpeningkatan kekuatan. Fakta ini ditunjukkan darihasil percobaan, hubungan antara kekuatan dankekerasan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar40, Seperti yang telah disebutkan di atas walaupunkekerasan dan kekuatan tarik tinggi, tetapielongasinya rendah 6% (Gambar 39). Jadi terhadapspesimen baja A-36, laku panas suhu austenisasi(900oC), dilanjutkan ke pendinginan cepat celupair, tidak membuat baja menjadi mempunyai sifatmekanik yang bagus. Hal ini disebabkan karenabaja mempunyai sifat getas. Sifat getas pada padamaterial baja, menjadi mudah retak bila mengalamibeban tarik (bebannya masih di bawah kekuatanluluh) atau kompresi mendadak (dalam kurun

waktu sekitar 1/100 detik).

Gambar 41. Hubungan kekuatan tarik dengan kekerasan.

Hasil Pengamatan Struktur MikroPengamatan struktur mikro pada masing-

masing spesimen setelah austenisasi (9000C) deng-an media pendingin berbeda (tungku, air, oli, danudara) ditunjukkan pada Gambar 41, sampai deng-an 45. Untuk keperluan analisa struktur mikro di-sajikan dua foto dengan pembesaran yang berbeda,agar supaya fasa yang terbentuk lebih tampakjelas.

Dari pengamatan hasil pengujian danpembahasan terhadap baja ASTM A-36 yang telahdilakukan, perlu dipilih perlakuan spesimen yang

mempunyai peningkatan sifat mekanik dari padabahan awal. Hasil percobaan menunjukkan bahwaperlakuan setelah austenisasi, pendinginan udaradan oli memberikan sifat mekanik yang bagus,dengan alasan sebagai berikut:a. Kekuatan spesimen melalui pendinginan udara

dan celup oli (474,9 MPa, 560,5 MPa) lebihtinggi dari pada bahan awal (423.9 MPa). Didalam struktur mikro, peningkatan kekuatanditunjukkan adanya distribusi perlit.

b. Spesimen mempunyai sifat tangguh, karena kedua spesimen nilai elongasinya relatif tinggi(32% dan 16%). Di dalam struktur mikro,peningkatan elongasi ditunjukkan adanya butirfasa ferit sebagai matrik.

KESIMPULANPerlakuan austenisasi baja ASTM A-36,

dengan media pendingin yang memberikanperbedaan kecepatan pendinginan dapatdisimpulkan sebagai berikut:

Sifat mekanik kekuatan baja ASTM A-36dapat ditingkatkan melalui pengerjaan austenisasidengan media pendingin tungku, udara, celup oli,dan air.

Pengerjaan austenisasi dengan mediapendingin udara dan celup oli memberikan sifatmekanik yang bagus. Disamping kekuatannyalebih tinggi dari pada bahan awal, baja masih tetaptangguh (nilai elongasi tinggi: 32% dan 16%).

Pengerjaan austenisasi dengan mediapendingin di dalam tungku, kecepatan pendinginanlambat, kekuatannya lebih rendah dari pada mediapendingin udara dan celup oli.

Pengerjaan austenisasi dengan mediapendingin di dalam tungku, memberikankekuatannya (445,9 MPa) sedikit lebih tinggi daripada bahan awalnya yaitu (423,9 MPa), sertabersifat tangguh.

Pengerjaan austenisasi dengan mediapendingin di celup air, walaupun kekuatan bajameningkat tinggi (717,3 MPa), tetapi baja menjadigetas.

DAFTAR PUSTAKAASTM. Metal Hand Book, “Properties and

Selection Iron and Steel” 9th ed, vol 1, FormelyTenth Edition Metal Hand Book, Second Printing,1992.

Annual Book of ASTM Standard, Section

3, Metal Test Methods and Analytical Prosedures,”Metals-Mechanical Testing”, Eleveted and lowTemperatur Test, Metallography, Vol.03.01.

B.Zakharov, “Heat Treatment of Metals”,Peace Publisher, Moscow.

George E. Dieter, “Mechanical Metallurgy”,International Student Edition, Second EditionMc.Graw-Hill Kogakusha Ltd, Tokyo, 1978.

George E. Dieter, “Work Ability TestingTechniquues”, ASM, Metal Park Ohio 44073,1984.

George Krauss, “Heat Treatment andProcessing Principle”, Material Park, Ohio 44073.

Herman W.pollack, “Materials Sciece andMetalurgi”, Third Edition, Reston PublishingCompany, Inc.

K-E Thelning, “Steel and Its Heat Treatment,Bofors Handbook, 1974.

Marder, A,R,”The Effect of Heat Treatmenton The Properties”, Metal Trans, Vol 12A, Sep.1981.