i

PENGARUH VARIASI KEKENTALAN MEDIA PENDINGIN OLI PADA PROSES QUENCHING BAJA AISI 1045

TERHADAP SIFAT MEKANIS KEKERASAN KETANGGUHAN DAN STRUKTUR MIKRO

(Skripsi)

Oleh

Bani Ahmad

TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

2019

i

ABSTRAK

PENGARUH VARIASI KEKENTALAN MEDIA PENDINGIN OLI PADA PROSES QUENCHING BAJA AISI 1045 TERHADAP SIFAT MEKANIS

KEKERASAN, KETANGGUHAN DAN STRUKTUR MIKRO

Oleh:

BANI AHMAD

Baja adalah sebuah senyawa antara besi (Fe) dan carbon (C), dimana sering juga ditambahkan unsur lain untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu yang dikehendaki. Baja AISI 1045 merupakan salah satu produk jenis baja paduan sedang, pada baja AISI 1045 ini banyak digunakan pada komponen permesinan dan juga pada konstruksi, sebagai dasar bahan pembuatan rangka mesin, bahan dasar gear, dan batang penghubung piston pada kendaraan. Tujuan dari penelitian antara lain adalah Untuk mengetahui karakteristik sifat mekanis kekerasan dan ketangguhan baja AISI 1045 medium carbon steel akibat proses heat treatment dengan proses quenching. Quenching dengan media pendinginan oli SAE 20W-40, 40W, 90W dan hidro karbon (oli bekas). Untuk mengetahui sifat mekanis kekuatan impact, kekerasan dan struktur mikro. Metode penelitian yang dilakukan dengan preparasi spesimen sesui standar ASTM, lalu tahapan proses Heat Treatment dengan holding time 30 menit, lalu ke proses pendinginan secara cepat (Quenching) dengan variasi viscosity media oli. Selanjutnya untuk mengetahui sifat mekanis uji kekerasan Rockwell, Impact (charpy), dan Struktur Mikro.

Hasil dari pengujian baja AISI 1045 yang telah dilakukan terdapat perubahan sifat mekanis pada proses heat treatment dengan temperatur 850oC dan holding time 30 menit lalu di proses quenching dengan variasi viscosity oli yaitu nilai kekerasan rata-rata tertinggi sebesar 80,8 HRB pada media oli bekas, dimana pada oli bekas yang digunakan adalah oli bekas kendaraan mobil dengan tingkat kekentalan awalnya 40W dengan jangka pakai 2 bulan, lalu pada ketangguhan nya terbilang getas dengan harga impak sebesar 0,276 j/mm2. Tingkat ketangguhan tertinggi atau sifat dari spesimen(ulet) dengan kekentalan media oli SAE 90W didapat rata-rata harga impak sebesar 0,783 j/mm2. Pada oli bekas struktur mikro terdapat fasa bainit dan mendominasi fasa martensit sehingga pengujian kekerasa nya sangat tinggi. Dan pada struktur mikro pada oli SAE 90W terdapat fasa bainit, fasa martensit dan mendominasi terdapat fasa pearlit sehingga membuat spesimen yang telah di uji impact (charpy) bersifat ulet.

Kata kunci : quenching, AISI 1045, kekerasan, impak, dan struktur mikro.

ii

ABSTRACT

THE EFFECT OF VOCATIONAL VOCATIONALITY OF OIL COOLING MEDIA ON QUENCHING PROCESS OF AISI 1045 STEEL ON THE MECHANICAL HARDNESS, RESISTANCE IMPACT AND MICRO

STRUCTURE

By: BANI AHMAD

Steel is a compound between iron (Fe) and carbon (C), where often other elements are also added to obtain certain desired characteristics. AISI 1045 steel is one of the types of medium alloy steel, the AISI 1045 steel is widely used in machining components and also in construction, as a basis for making engine frames, basic gear, and connecting rods for pistons in vehicles. The purpose of the study, among others, is to determine the mechanical characteristics of the hardness and toughness of AISI 1045 steel carbon steel medium due to the heat treatment process with the quenching process. Quenching with SAE 20W-40, 40W, 90W and hydro carbon oil cooling media (used oil). To find out the mechanical properties of impact strength, hardness and microstructure. The research method was carried out by specimen preparation according to ASTM standards, then the stages of the Heat Treatment process with a holding time of 30 minutes, then to the cooling process quickly (Quenching) with a variation of oil media viscosity. Next to find out the mechanical properties of the Rockwell hardness test, Impact (charpy), and Micro Structure.

The results of AISI 1045 steel testing that have been carried out there are changes in mechanical properties in the heat treatment process with temperature 850oC and holding time 30 minutes. then in the process of quenching with variations in oil viscosity which is the highest average hardness value of 80.8 HRB on used oil media, where used oil is used oil used by vehicles with an initial viscosity level of 40W with a life span of 2 months, then the toughness is fairly brittle with an impact price of 0,276 j/mm2. The highest level of toughness or the nature of the specimen (ductile) with a viscosity of SAE 90W oil media obtained an average impact price of 0,783 j/mm2. In micro structure used oil there is a bainite phase and dominates the martensite phase so that the hardness testing is very high. And in the micro structure in SAE 90W oil there is bainite phase, martensitic phase and dominates there is pearlite phase so that making the specimens that have been tested for impact (charpy) is resilient. Keywords: quenching, AISI 1045, hardness, impact, and microstructure.

iii

PENGARUH VARIASI KEKENTALAN MEDIA PENDINGIN

OLI PADA PROSES QUENCHING BAJA AISI 1045 TERHADAP SIFAT MEKANIS KEKERASAN, KETANGGUHAN DAN STRUKTUR MIKRO

Oleh

Bani Ahmad

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG

2019

iv

v

vi

vii

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Kota Bandar Lampung, Provinsi

Lampung pada tanggal 25 November 1992, yang

merupakan anak pertama dari tiga bersaudara , dari

pasangan Kasim, S.E dan Sarni. Penulis menyelesaikan

pendidikan Sekolah Dasar Negeri 2 Kampung baru pada

tahun 2006, kemudian pendidikan Sekolah Menengah

Pertama (SMP Al- Azhar) 3 Bandar Lampung yang

diselesaikanpada tahun 2009 dankemudian penulis

melanjutkan pendidikan pada Sekolah Menengah Kejuruan Negeri (SMKN) 2

Bandar Lampung dan diselesaikan pada tahun 2012. Pada tahun 2012, penulis

terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Lampung melalui jalur Penerimaan Mahasiswa Perluasan Akses Pendidikan

(SNMPTN).

Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam organisasi Himpunan Mahasiswa

Teknik Mesin (HIMATEM) sebagai Anggota Penelitian dan Pengembangan

periode 2013 s.d. 2014 dan Anggota Bidang Hubungan Masyarakat periode 2014

s.d. 2015. Pada tahun 2017, penulis melakukan kerja praktek di PT. Gunung

Madu Plantations (GMP), Lampung Tengah, dengan topik bahasan yaitu

Perhitungan Nilai Efesiensi High Pressure Boiler Type TAKUMA (80ton/jam)

Ketika Menggunakan Bahan Bakar Baggase basah dan Baggase kering. Penulis

melakukan penelitian tugas akhir dengan judul Pengaruh Variasi Kekentalan

Media Pendingin Oli Pada Proses Quenching Baja Aisi 1045 Terhadap Sifat

Mekanis Kekerasan, Ketangguhan Impak Dan Struktur Mikro.

viii

Persembahan Ini Penulis Tunjukkan Kepada

Ibu Tercinta Sarni

Bapak Tercinta Kasim, S.E.

Adik – Adik Tersayang Khairunnisa Dan Taufik Hidayat

Pujaan Hati Tercinta Roro Listia Nurhasanah

Dosen Teknik Mesin Universitas Lampung

Pak Zulhanif Dan Selaku Dosen Pembimbing Penulis

Pak Gusri Akhiar Selaku Pembimbing Akademik Penulis

Pak Sugiyanto Selaku Penguji Penulis

Teman Seperjuangan Teknik Mesin 2012

Teman Sekampung Baru

ix

Motto

Perjuangan Dan Jerihpayah Itu Tidak Akan Mengkhiati

Hasil Nya.

Hidup itu penuh dengan tantangan, keraguan,

perjuangan, siasia, capai ilmu boleh tinggi namun selalu

ingat kepada sang Khaliq yang memberi akal dan hal

itu selalu kembali kan lagi pada sang khaliq kepada

Tuhan Yang Maha Esa ALLAH SUBHANAHUWATA’ALA

Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada

kemudahan (5) sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada

kemudahan (6) (QS. Asy Syarh [94]: 5 ; 6)

Lebih baik diasingkan dari pada menyerah pada

kemunafikan (Doe Hok Gie)

x

SANWACANA

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillahi rabbil’alamin, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT,

yang senantiasa mencurahkan nikmat, rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis

dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Pengaruh Variasi Kekentalan

Media Pendingin Oli Pada Proses Quenching Baja Aisi 1045 Terhadap Sifat

Mekanis Kekerasan, Ketangguhan Impak Dan Struktur Mikro.” dengan

sebaik-baiknya. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Selama pelaksanaan dan penyusunan skripsi ini, penulis banyak menerima

bantuan, baik berupa moril maupun materil dan bimbingan dari semua pihak. Oleh

karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. Bapak Zulhanif, S.T., M.T. sebagai dosen pembimbing utama atas

kesediaannya membimbing dan memberi masukkan dalam penyelesaian

Tugas Akhir ini, serta memberikan banyak motivasi dan semangat kepada

penulis.

2. Bapak Dr. Sugiyanto, M.T. Sebagai dosen pembimbing pendamping Tugas

Akhir, atas kesediaan dan keikhlasannya untuk berbagi ilmu, memberi

dukungan, membimbing, memberi kritik maupun saran yang membangun

sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan sebaik-baiknya.

3. Bapak Harnowo Supriadi, S.T., M.T. Selaku dosen pembahas dalam

pelaksanaan Tugas Akhir ini, yang telah memberikan kritik dan saran yang

bermanfaat bagi penulis.

xi

4. Bapak Dr. Gusri Akhyar Ibrahim, S.T, M.T. Selaku pembimbing akademik

yang saya banggakan, yang telah memberi harapan, motivasi baik moral dan

keritik yang sangat membantu saya dalam perkuliahan sampai mendapatkan

gelar sarjana.

5. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T. sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung, yang selalu memberikan semangat

motivasi dan nasihat kepada penulis selama menjalani perkuliahan di Teknik

Mesin Universitas Lampung.

6. Seluruh dosen pengajar Jurusan Teknik Mesin yang banyak memberikan ilmu

selama penulis melaksanakan studi, baik berupa materi perkuliahan maupun

teladan dan motivasi sehingga dapat dijadikan bekal untuk terjun ke tengah

masyarakat.

7. Keluarga tercinta, terutama untuk dua orang terhebat dalam hidup penulis,

Bapak (Kasim, S.E.) dan Ibu (Sarni Yusuf) serta adik tercinta Khairunnisa

dan Taufik Hidayat yang telah memberikan dukungan semangat, moril

maupun materil serta selalu mendoakan yang terbaik untuk penulis.

8. Tak kan lupa pada istri tercinta Roro Listia Nurhasanah, yang selalu memberi

semangat dan mewarnai hari-hari saya serta sebagai motivasi terbesar, dan

membantu dengan segenap jiwa terimakasiku sayang, dalam menyelesaikan

studi sarjana.

9. Teman-teman dari Tanjung Senang Military Base (HAW, Christian, M Nur,

dan Ncam) dan the bast grup DILUAR LINGKUP (Adit, Pungki, Maikel si

papua gerot, beny benduso, satrio satjem dan yaser sanak kobum).

10. Teman Seperjuangan Teknik Mesin Angkatan 2012.

xii

11. Rekan-rekan Teknik Mesin yang tidak bisa saya tuliskan satu persatu, terima

kasih telah memberikan dukungan dan semangatnya.

12. Semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu

dalam penyelesaian Tugas Akhir.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak terdapat

kesalahan serta kekurangan. Menyadari hal tersebut dengan segala kerendahan

hati penulis akan menerima segala kritik dan saran yang bersifat membangun dari

pembaca untuk kesempurnaan skripsi ini, yang tentunya akan lebih mendorong

kemajuan penulis dikemudian hari.

Semoga skripsi ini dapat berguna bagi penulis khususnya dan pembaca pada

umumnya. Akhir kata penulis ucapkan termakasih.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Bandar Lampung, 17 Desember 2019 Penulis,

Bani Ahmad

xiii

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ................................................................................................................ i ABSTRACT .............................................................................................................. ii HALAMAN JUDUL ................................................................................................ iii LEMBAR PERSETUJUAN .................................................................................... iv LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................... v PERNYATAAN PENULIS ..................................................................................... vi RIWAYAT HIDUP .................................................................................................. vii PERSEMBAHAN ..................................................................................................... viii MOTTO .................................................................................................................... ix SANWACANA ......................................................................................................... x DAFTAR ISI ............................................................................................................. xiii DAFTAR TABEL .................................................................................................... xvi DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xvii I. PENDAHULUAN

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

B. Tujuan Penelitian ........................................................................................ 5

C. Batasan Masalah ......................................................................................... 5

D. Sistematika Penulisan ................................................................................. 6

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Baja AISI 1045 .......................................................................................... 7

B. Heat Treatment (Perlakuan Panas) ............................................................ 9

C. Quenching .................................................................................................. 9

D. Anneling ..................................................................................................... 11

E. Normalizing ............................................................................................... 11

F. Tempering .................................................................................................. 12

G. Gambaran Umum Pelumas Oli .................................................................. 12

H. Kekentalan (Viskositas) Oli ...................................................................... 13

xiv

I. Karakteristik Oli Bekas ............................................................................. 14

1. Proses refinery .................................................................................... 14

2. Fuel oil................................................................................................ 14

J. Pelumas Oli Society Of Automotive Engineers (SAE) .............................. 15

K. Oil Top One 40Wsynthetic Blend Oil Api Sm ........................................... 16

L. Uji Impak/Ketangguhan Baja .................................................................... 16

M. Metode Charpy .......................................................................................... 17

N. Metode Izot ................................................................................................ 18

O. Uji Kekerasan ............................................................................................ 19

P. Uji Kekerasan RockWell ............................................................................ 21

Q. Uji Kekerasan Brinell ................................................................................ 21

R. Struktur Mikro ........................................................................................... 22

S. Proses Pengerasan (Hardening)................................................................. 24

1. Prosedur Proses Pengerasan ............................................................... 25

2. Proses pemanasan mula (pre-heating)................................................ 26

3. Austenisasi .......................................................................................... 26

4. Proses Tahapan Waktu Pengerasan Dan Suhu Temperature ............. 26

T. Dampak Pengerasan Terhadap Sifat-Sifat Baja......................................... 28

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................... 29

B. Alat dan Bahan Penelitian ......................................................................... 29

C. Bahan Penelitian ........................................................................................ 31

D. Prosedur Penelitian .................................................................................... 32

E. Diagram Alir Pengambilan Data ............................................................... 43

xv

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

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

1. Komposisi Baja AISI 1045 ................................................................. 44

2. Hasil Pengujian RockWell .................................................................. 45

3. Hasil Pengujian Impak Charpy .......................................................... 48

4. Hasil Analisis Patahan Impak Charpy ................................................ 50

5. Hasil Analisis Struktur Mikro (O.M) ................................................. 53

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

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan ................................................................................................ 60

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

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xvi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Sifat-sifat mekanis baja karbon AISI 1045 .............................................. 8

Tabel 2.2. komposisi kimia AISI 1045 ...................................................................... 8

Tabel 2.3. Skala Rockwell indentor yang digunakan ................................................. 20

Tabel 2.4. Laju pendinginan ...................................................................................... 27

Table 4.1 komposisi baja AISI 1045 ......................................................................... 48

Tabel 4.2. Hasil data pengujian kekerasan RockWell raw material ………... ........... 49

Tabel 4.3. hasil data pengujian kekerasan RockWell ................................................. 49

Tabel hasil 4.4. Data pengujian Impact .................................................................... 52

xvii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar. 2.1. Ilustrasi Skematis Pengujian Impak ................................................... 17

Gambar. 2.2.Spesimen Uji Impak Metode Charpy .................................................. 18

Gambar. 2.3.Peletakan Spesimen Metode Charpy ................................................... 18

Gambar. 2.4. Ukuran Spesimen Uji Metode Izod .................................................... 19

Gambar.2.5.Peletakan Spesimen Berdasarkan Metode Izod .................................... 19

Gambar.2.6. Diagram Fe-Fe3C ................................................................................ 25

Gamabar 3.1. Furnace .............................................................................................. 29

Gamabar 3.2. Cutting tool ....................................................................................... 30

Gamabar 3.3. Rockwell Hardness Tester ................................................................. 30

Gamabar 3.4. Batang impak charpy ......................................................................... 28

Gamabar 3.5. Mikroskop optic ................................................................................. 31

Gamabar 3.6. baja AISI 1045 ................................................................................... 31

Gamabar 3.7. oli SAE 20W-50, SAE40W, SAE 90W dan oli bekas ....................... 32

Gambar 3.8. Bentuk spesimen uji kekerasan ............................................................ 33

Gambar 3.9. Bentuk spesimen uji impak .................................................................. 34

Gambar 3.10. Spesimen uji impak standar ASTM E-23Spesimen Setelah .............. 35

Gambar 3.11. Alat Uji Kekerasan Rockwell ............................................................. 37

Gambar 3.12. Spesimen pengujian impact charpy ................................................... 40

Gambar 3.13. Efek temperatur terhadap ketangguhan impak .................................. 42

Gambar 3.14. Alir Penelitian .................................................................................... 44

Gambar 4.1. Grafik hasil pengujian kekerasan RockWell ........................................ 50

Gambar 4.2. grafik rata-rata impak J/mm2............................................................... 53

xviii

Gambar 4.7. Pembesaran 20X dan Pembesaran 100X, (a) dan (b) patahan raw material (getas), (c) dan (d) oli SAE 90W (ulet), (e) dan (f) oli SAE 40W (getas), (g) dan (h) oli SAE 20W (getas), (i) dan (j) oli bekas (getas) .................................... 54

Gambar 4.12. pembesaran 200X dan Pembesaran 500X. (a) dan (a) raw material, (b) dan (b) oli SAE 40W (butiran halus), (c) dan (c) oli SAE 90W (butiran kasar), (d) dan (d) oli SAE 20W (butiran halus), (e) dan (e) oli bekas .................................. 57

Gambar 4.13. stuktur baja AISI 1045 raw material .................................................. 58

1

BAB I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Dengan perkembangan dunia industri yang semakin maju, dan mendorong

para perusahaan dunia industri untuk meningkatkan kebutuhan penggunaan

dari hasil pengerasan baja yang dibutuhkan konsumen. Hingga saat ini

terdapat jenis bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku industri

pemakaian baja paduan, penggunaannya dalam pembuatan seperti poros,

roda gigi, dan komponen alat berat lainnya, dalam industri saat ini baja

merupakan material yang banyak digunakan dalam bidang teknik untuk

penggunaan tertentu, baja memiliki sifat yang tidak dapat dibandingkan

dengan material lainnya terutama sifat-sifat seperti kekuatan, kekerasan,

ketangguhan, keuletan, tahan panas, tahan aus dan sebagainya (Gunawan. D.

H, 2010).

Baja adalah sebuah senyawa antara besi (Fe) dan carbon (C), dimana sering

juga ditambahkan unsur lain untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu yang

dikehendaki. Baja AISI 1045 merupakan salah satu produk jenis baja

2

paduan sedang, pada baja AISI 1045 ini banyak digunakan pada komponen

permesinan dan juga pada konstruksi, sebagai dasar bahan pembuatan

rangka mesin, bahan dasar gear, dan batang penghubung piston pada

kendaraan.

Untuk mengetahui ketahanan material dari baja AISI 1045 ini perlu

dilakukan pengujian sebagai tolak ukur dalam pengetahuan ketahanan

material yang akan diuji, salah satu metode yang dapat dilakukan yaitu

dengan metode perlakuan panas yang dapat dilakukan untuk meningkatkan

kekuatan baja AISI 1045 adalah dengan metode tempering, yang mampu

meningkatkan keuletan serta dapat meningkatkan sifat mekanis yang

digunakan sebagi ketahanan sifat mekanis dari bahan material yang

digunakan dalam pengujian. Dengan metode perlakuan panas pengujian

sifat mekanis pada baja AISI 1045 merupakan metode yang digunakan

untuk mengetahui kekuatan, kekerasan, serta keuletan material (Gunawan.

D. H, 2010).

Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi perlakuan panas, yaitu suhu

pemanasan, waktu yang diperlukan pada suhu pemanasan, laju pendinginan

dan lingkungan atmosfir. Perlakuan panas yang dikombinasikan antara

proses pemanasan atau pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam

keadaan padat untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan

hal ini maka kecepatan pendinginan dan batas temperatur sangat

menentukan nilai keuletan material dari pengujian tersebut (Mubarok,

Fahmi 2008).

3

Akibat proses perlakuan panas akan terjadi perubahan mikro struktur pada

logam. Quenching pada baja merupakan salah satu dari beberapa proses

hardening yang bertujuan untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan pada

baja dengan cara memanaskan logam tersebut pada temperatur tertentu,

antara 840ºC - 870ºC, kemudian didinginkan secara cepat pada media

pendingin untuk mendapatkan struktur martensit. Quenching dilakukan

untuk mencegah terjadinya pembentukan struktur perlit serta untuk

memudahkan pembentukan struktur bainit atau martensit (Mizhar, 2011).

Quenching adalah suatu proses pengerasan baja dengan cara baja dipanas

kanhingga mencapai bata saustenit dan kemudian dilanjutkan dengan proses

pendinginan cepat melalui media pendingin seperti media air, oli, atau air

garam, sehingga fasa austenite bertransformasi secara parsial membentuk

struktur martensit. Tujuan utama dari proses quenching ini adalah untuk

menghasilkan baja dengan sifat kekerasan tinggi.

Tujuan utama quenching adalah meningkatkan kekerasan logam, sedangkan

kunci utama dalam proses quenching adalah pengaturan laju pendinginan

pada logam. Jika laju pendinginan terlalu lambat, logam menjadi lebih getas

dan kekerasan akan berkurang. Jika laju pendinginan terlalu cepat, maka

akan terjadi distorsi dan retak pada logam (Kirono, 2011).

Berdasarkan hasil penelitian Kirono dan Saputra (2009) tentang pengaruh

proses tempering 600˚C, setelah quenching dengan media oli dan air garam

4

terhadap sifat mekanis dan struktur mikro menyimpulkan nilai kekerasan

dengan media air garam dan oli berturut-turut yaitu sebesar 30,9 HRC dan

29,5 HRC pada temperatur 850˚ selama 45 menit.

Hasil penelitian (Zainal Mustofa, 2012) menunjukkan bahwa pada proses

heat treatment dapat meningkatkan nilai kekerasan baja AISI 1045.

Peningkatan nilai kekerasan terendah pada quenching oli SAE 20W dengan

waktu tahan 10 menit mendapatkan hasil nilai kekerasan 33,5 HRC dengan

kekerasan material sebelum diproses heat treatment sebesar 27,2 HRC.

Maka untuk mencapai kekerasan maksimum dapat terjadi dengan

mendinginkan spesimen secara mendadak, spesimen yang telah dipanaskan

sehingga dapat mengakibatkan perubahan struktur mikro. Kenaikan

kekerasan berbeda-beda pada beberapa kandungan karbon. Penggunaan

pelumas sebagai media pendingin akan menyebabkan timbulnya selaput

karbon pada spesimen tergantung dari besarnya viskositas oli yang

digunakan, atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja tersebut, maka

peneliti memilih perlakuan panas tempering dengan quenching media

pendingin oli dan dengan kekentalan standar SAE 20W, 40W, 60W dan

hidro karbon atau oli bekas (Mubarok, Fahmi 2008).

Pada pengujian yang akan dilakukan menggunakan media pendingin oli, oli

banyak dipilih karena kapasitas pendinginannya yang cukup baik. Oli

dengan kekentalan standar SAE 20W, 40W, 60W, merupakan pelumas

dengan viskositas baik pada temperatur 100ºC. Maka pengujian tersebut

5

dilakukan pengujian seperti kekerasan, impact dan struktur mikro.

Penelitian ini memfokuskan pada baja AISI 1045 sebagai bahan penelitian.

B. Tujuan

1. Untuk mengetahui karakteristik sifat mekanis kekerasan dan ketangguhan

baja AISI 1045 medium carbon steel akibat proses heat treatment dengan

quenching

2. Quenching dengan media pendinginan oli SAE 20W-40, 40W, 90W dan

hidro karbon (oli bekas).

3. Untuk mengetahui sifat mekanis kekuatan impact, kekerasan dan struktur

mikro.

C. Batasan Masalah

1. Material yang digunakan adalah baja AISI 1045 medium carbon steel.

2. Pengujian impact, kekerasan dan struktur mikro.

3. Proses tempering dengan quenching media oli SAE 20W-40, 40W, 90W

dan juga pada hidro karbon (olibekas).

6

D. Sistematika Penulisan Laporan Penelitian

Sistematika penulisan dalam penyusunan laporan penelitian tugas akhir

adalah sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Berisi tentang Latar Belakang, Tujuan Penelitian, Batasan Masalah, dan

Sistematika Penulisan.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Berisi tentang teori dasar mengenai hal-hal yang berkaitan dengan

penelitian.

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

Berisi tentang diagram alir dan uraian tahap-tahap dalam penelitian, yaitu;

tahap studi literatur dan studi lapangan, tahap penyiapan bahan dan alat

kerja, tahap pembuatan spesimen, tahap pelaksanaan pengujian dan tahap

pengambilan data hasil pengujian.

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Berisi tentang data hasil pengujian yang telah dilakukan.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Menerangkan kesimpulan tentang hasil data pengujian dan beberapa saran

dalam hal pengujian yang telah diselesaikan untuk refensi lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

Berisikan sumber-sumber yang menjadi refrensi penulisan dalam menyusun

penelitian ini.

LAMPIRAN

Memuat data-data yang mendukung penulisan laporan ini.

7

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Baja Karbon AISI 1045

Baja karbon AISI 1045 termasuk dalam baja karbon sedang. Hal ini dapat

diketahui dari kandungan unsur karbon yang ditunjukkan pada kode

penamaannya berdasarkan AISI yang merupakan badan standarisasi baja

American Iron and Steel Institude dengan kode 1045 dimana angka 10xx

menyatakan karbon steel dan angka 45 menyatakan kadar karbon dengan

persentase 0,45 %. Di samping itu baja karbon mengandung unsur-unsur

lain seperti sulfur (S), fosfor (P), silikon (Si), mangan (Mn), dan sebagainya

yang jumlahnya dibatasi. Sifat baja tersebut pada umumnya sangat

dipengaruhi oleh prosentase karbon dan struktur mikro. Struktur mikro pada

baja karbon dipengaruhi oleh perlakuan panas dan komposisi baja. Kadar

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.

Baja yang digunakan dalam pengujian adalah Baja AISI 1045 yaitu baja

karbon sedang yang memiliki karakter dengan kemampuan las, mesin, serta

8

menyerap beban impak yang cukup baik. Baja AISI 1045 memiliki cakupan

aplikasi yang cukup luas diantaranya digunakan sebagai roda gigi, pin ram,

batang ulir kemudi, baut pengikat komponen dalam mesin, poros engkol,

batang penghubung, bearing, dan lainnya (Bambang, 2008).

Berikut ini adalah sifat mekanis dari baja karbon AISI 1045:

Tabel 2.1. Sifat-sifat mekanis baja karbon AISI 1045 (Syafwansyah

Effendi, 2014).

Sifat Mekanis Baja Karbon AISI 1045

Berat Spesifik (Yield) 7.7-8.03 (x1000kg/m³)

Modulus Elastisitas 190-21- Gpa

Kekuatan Geser 505 Mpa

Kekuatan Tarik 585 Mpa

Kekerasan 179.8

Elongation 12%

Dan berikut adalah tabel komposisi kimia dari baja AISI 1045

Tabel 2.2. komposisi kimia AISI 1045 (strindustries, 2006).

Unsur C Mn P S Si Mo

% 0,43-0,50

0,60-0,90

0,04 max

0,05 max 0,1-0,3 0,025

9

B. Heat Treatment (perlakuan panas)

Metode perlakuan panas adalah salah satu proses untuk mengubah struktur

logam dengan cara memanaskan spesimen pada elektrik terance (tungku)

padatemperaturerekristalisasi selama periode waktu tertentu kemudian

didinginkan pada media pendingin seperti udara, air, air garam, oli dan solar

yang masing-masing mempunyai kerapatan pendinginan yang berbeda-beda.

Sifat-sifat logam yang terutama sifat mekanik yang sangat dipengaruhi oleh

struktur mikrologam disamping posisi kimianya, contohnya suatu logam

atau paduan akan mempunyai sifat mekanis yang berbeda-beda struktur

mikronya diubah. Dengan adanya pemanasan atau pendinginan dengaan

kecepatan tertentu maka bahan-bahan logam dan paduan memperlihatkan

perubahan strukturnya.

Perlakuan panas adalah proses kombinasi antara proses pemanasan atau

pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam keadaan padat untuk

mendaratkan sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan hal ini maka kecepatan

pendinginan dan batas temperatur sangat menetukan (Karmin dan Ginting,

2012).

C. Quenching

Proses quenching adalah suatu proses pengerasan baja dengan cara baja

dipanaskan hingga mencapai batas austenitdan kemudian akan diteruskan

dengan proses pendinginan secara cepat melalui media pendingin air, oli,

10

atau air garam,sehingga fasa austenit bertransformasi secara parsial

membentuk struktur martensit. Tujuan utama dari proses quenching ini

adalah untuk menghasilkan baja dengan sifat kekerasan tinggi.

Martensit adalah fasa metastabil terbentuk dengan laju pendinginan cepat,

Martensit yang kerasmempunyai susunan Kristal Body Centred Tetragonal

(BTC). Kekerasan yangdapat dicapai dalam proses pengerasan akan

tergantung dari kandungankarbon, temperatur pemanasan, sistem

pendinginan serta bentuk dan ketebalanbahan. Pemanasan dapat dilakukan

secara bertahap (preheating) dan perlahanuntuk memperkecil deformasi

ataupun resiko retak. Setelah temperatur pengerasan (austenitizing) tercapai,

ditahan dalam selang waktu tertentu (holdingtime) kemudian didinginkan

secara cepat (Edih Supardi, 1999).

Media pendingin yang digunakan untuk mendinginkan spesimen pada

proses pengerasanbaja yang akan digunakan yaitu oli SAE dengan

viskositas yang berbeda yaitu pada SAE 20,SAE40, SAE 60, dan oli bekas

yang viskositasnya sangat rendah, dengan alasan karena media pendingin

tersebut digunakan sesuai dengan kemampuannya untuk memperoleh hasil

yang diharapkan. Penggunaan pelumas tersebut sebagai media pendingin

akan menyebabkan timbulnya selaput karbon pada spesimen serta

menghasilkan kerapatan yang baik pada spesimen, tergantung dari besarnya

viskositas pelumas yang akan dipakai sebagai media pendinginan (Anggun

Mersilia, 2016).

11

D. Annealing

Proses anneling atau melunakkan baja adalah proses pemanasan baja diatas

temperatur kritis (723°C) selanjutnya suhu temperatur ditahan beberapa

lama sesuai kebutuhan yang akan diujikan sampai temperatur merata,

kemudian diteruskan dengan pendinginan secara perlahandan dijaga agar

temperatur bagian luar dan titik inti pada spesimen sama hingga diperoleh

struktur yang diinginkan dengan menggunakan media pendingin oli.Tujuan

proses annelingyaitu (Saptyaji Harnowo, 2015):

1. Melunakkan material logam

2. Menghilangkan tegangan dalam / sisa

3. Memperbaiki butir-butir logam.

E. Normalizing

Normalizing adalah suatu proses pemanasan logam hingga mencapai fase

austenit yang kemudian didinginkan secara perlahan-lahan dalam media

pendingin udara. Hasil pendingin ini berupa perlit dan ferit namun hasilnya

jauh lebih mulus dari anneling. Prinsip dari proses normalizing adalah untuk

melunakkan logam. Namun pada baja karbon tinggi atau baja paduan

tertentu dengan proses ini belum tentu memperoleh baja yang lunak.

Mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung dari kadar karbon

(Wardoyo, 2005).

12

F. Tempering

Proses perlakuan pemanasan ulang untuk menghilangkan tegangan dalam

(sisa) dari baja akibat proses quenching, dan menguatkan baja dari

kerapuhan serta meningkatkan keuletan dan ketangguhan pada baja. Proses

tempering didefinisikan sebagai proses pemanasan logam setelah dikeraskan

pada temperaturdibawah suhu kritis,Proses ini akan menyebabkan martensit

berubah menjadi troosit atau sorbit sesuai dengan suhupenemperannya.

Troosit dan sorbit tersebar halus dalam bentuk karbida padalapisan

ferrit.yang dilanjutkan dengan proses pendinginan baja (Saptyaji Harnowo,

2015).

G. Gambaran Umum Pelumas (Oli)

Pelumas atau oli merupakan sejenis cairan kental yang berfungsi sebagai

pelicin, pelindung, dan pembersih bagi bagian dalam mesin. Kode pengenal

oli adalah berupa huruf SAE yang merupakan singkatan dari Society of

Automotive Engineers. Selanjutnya angka yang mengikuti dibelakangnya,

menunjukkan tingkat kekentalan oli tersebut. SAE 40 atau SAE 15W-50,

semakin besar angka yang mengikuti kode oli menandakan semakin

kentalnya oli tersebut. Sedangkan huruf W yang terdapat dibelakang angka

awal, merupakan singkatan dari winter. SAE 15W-50, berarti oli tersebut

memiliki tingkat kekentalan SAE 10 untuk kondisi suhu dingin dan SAE 50

pada kondisi suhu panas. Dengan kondisi seperti ini, oli akan memberikan

perlindungan optimal saat mesin start pada kondisi ekstrim sekalipun.

13

Sementara itu dalam kondisi panas normal, idealnya oli akan bekerja pada

kisaran angka kekentalan 40-50 menurut standar SAE (SAE Euro 2012).

H. Kekentalan (Viskositas) Oli

Kekentalan merupakan salah satu unsur kandungan oli paling rawan karena

berkaitan dengan ketebalan oli atau seberapa besar resistensinya untuk

mengalir. Kekentalan oli langsung berkaitan dengan sejauh mana oli

berfungsi sebagai pelumas sekaligus pelindung benturan antar permukaan

logam.

Oli harus mengalir ketika suhu mesin atau temperatur ambient. Mengalir

secara cukup agar terjamin pasokannya ke komponen-komponen yang

bergerak. Semakin kental oli, maka lapisan yang ditimbulkan menjadi lebih

kental. Lapisan halus pada oli kental memberi kemampuan ekstra menyapu

atau membersihkan permukaan logam yang terlumasi. Sebaliknya oli yang

terlalu tebal akan memberi resitensi berlebih mengalirkan oli pada

temperatur rendah sehingga mengganggu jalannya pelumasan ke komponen

yang dibutuhkan. Untuk itu, oli harus memiliki kekentalan lebih tepat pada

temperatur tertinggi atau temperatur terendah ketika mesin dioperasikan.

Dengan demikian, oli memiliki grade (derajat) tersendiri yang diatur oleh

Society of Automotive Engineers (SAE). Bila pada kemasan oli tersebut

tertera angka SAE 5W-30 berarti 5W (Winter) menunjukkan pada suhu

14

dingin oli bekerja pada kekentalan 5 dan pada suhu terpanas akan bekerja

pada kekentalan 30 (Sinta, 2012).

I. Karakteristik Oli Bekas

Oli bekas seringkali diabaikan penanganannya setelah tidak bisa digunakan

kembali, padahal jika asal dibuang dapat menambah pencemaran

lingkungan. Bahaya dari pembuangan oli bekas sembarangan memiliki efek

yang lebih buruk daripada efek tumpahan minyak mentah biasa.

Ditinjau dari komposisi kimianya sendiri, oli adalah campuran dari

hidrokarbon kental ditambah berbagai bahan kimia aditif. Oli bekas

memiliki campuran komposisi lebih dari itu, dalam oli bekas terkandung

sejumlah sisa hasil pembakaran yang bersifat asam korosif, deposit, dan

logam berat yang bersifat karsinogenik. Sampai saat ini usaha yang di

lakukan untuk memanfaatkan oli bekas ini antara lain (Sinta, 2012):

1. Dimurnikan kembali (proses refinery) menjadi refined lubricant. Tidak

banyak yang tertarik untuk berbisnis di bidang ini karena cost yang

tinggi relatif terhadap lube oil blending plant (LOBP) dengan bahan

baku fresh, sehingga harga jual ekonomis-nya tidak akan mampu

bersaing di pasaran.

2. Digunakan sebagai fuel oil/minyak bakar. Yang masih menjadi kendala

adalah tingkat emisi bahan bakar ini masih tinggi.

15

J. Pelumas Oli Society Of Automotive Engineers (SAE)

Oli Mesran Super dengan nilai kekentalan 20W adalah pelumas mesin

bensin yang diproduksi dari bahan dasar pelumas berkualitas tinggi.

Mengandung aditif detergent dispersant, anti oksidasi, anti aus dan

mempunyai sifat-sifat melindungi dan memelihara kebersihan torak,

mencegah terbentuknya sludge (endapan lumpur), mampu mengurangi

keausan pada bagian-bagian yang bergerak terutama pada katup dengan

baik. Pelumas MESRAN SUPER SAE 20W mengandung bahan aditif

khusus sehingga memiliki kekentalan ganda (multigrade), menjadikan

pelumas ini mudah bersirkulasi. Mesin mudah dihidupkan pada waktu

mesin dingin dan suhu rendah serta tetap mempunyai kekentalan yang

optimal saat pengoperasian pada suhu dan kecepatan tinggi (Yunaidi, 2015).

Kemampuan Kerja:

Keistimewaan MESRAN SUPER SAE 20W ini ditunjukkan dengan

performance levelnya yang telah memenuhi persyaratan API Service SG/CD

dan tidak perlu tambahan aditif.

Penggunaan:

Pelumas MESRAN SUPER 20W ini dianjurkan dipakai pada mesin

kendaraan dan sepeda motor yang diproduksi dalam tahun 90an yang

membutuhkan pelumas dengan kualifikasi performansi yang tinggi.

16

K. Oil Top One 40Wsynthetic Blend Oil Api Sm

Merupakan pelumas sintetik yang melindungi, menjaga dan membersihkan

mesin, sehingga mesin tetap awet bahkan untuk pengunaan stop good

driving yang rutin saat kemacetan lalu lintas, saat akselerasi spontan pada

temperatur rendah (start awal), maupun pada kecepatan tinggi.

Keunggulan :

1. Meminimalkan gesekan dan mencegah kemungkinan terjadinya

keausan.

2. Indeks viskositas ekstra tinggi untuk kekentalan pelumas yang stabil

disuhu ekstrim.

3. Mengandung sintetik, jangka waktu penggantian oil lebih panjang.

L. Uji Impak/Ketangguhan Baja

Untuk menentukan sifat perpatahan suatu logam, keuletan maupun

kegetasannya, dapat dilakukan suatu pengujian yang dinamakan dengan

uji impak.Umumnya pengujian impak menggunakan batang ber-takik,

berbagai jenis pengujian impak batang bertakik telah digunakan untuk

menentukan kecenderungan benda untuk bersifat getas.

Dengan jenis penguji ini dapat diketahui perbedaan sifat benda yang

tidak teramati dalam uji tarik.Hasil yang diperoleh dari uji batang

bertakik tidak dengan sekaligus memberikan besaran rancangan yang

17

dibutuhkan, karena tidak mungkin mengukur komponen tegangan tiga

sumbu pada takik (Bagus Suryasa Majanasastra, 2013).

Gambar. 2.1. Ilustrasi Skematis Pengujian Impak (Bagus S. M, 2013).

Para peneliti kepatahan getas logam telah menggunakan bebagai bentuk

benda uji untuk pengujian impak bertakik.Secara umum benda uji

dikelompokkan ke dalam dua golongan standar. Dikenal ada dua metoda

percobaan impak, yaitu:

M. Metode Charpy

Batang impak biasa, banyak digunakan di Amerika Serikat. Benda uji

Charpy mempunyai luas penampang lintang bujursangkar (10 x 10mm) dan

mengandung takik V-45̊, dengan jari-jari dasar 0,25mm dan kedalaman

2mm. Benda uji diletakan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian

18

yang tak bertakik diberi beban impak dengan ayunan bandul (kecepatan

impak sekitar 16 ft/detik). Benda uji akanmelengkung dan patah pada laju

regangan yang tinggi, kira-kira 103 detik (Noviani, 2010).

Gambar. 2.2.Spesimen Uji Impak Metode Charpy (Noviani, 2010).

Gambar. 2.3.Peletakan Spesimen MetodeCharpy (Noviani, 2010).

N. Metode Izod

Dengan batang impak kontiveler.Benda uji Izod lazim digunakan di Inggris,

namun saat ini jarang digunakan.Benda uji Izod mempunyai penampang

lintang bujursangkar atau lingkaran dan bertakik “V” didekat ujung yang

dijepit (Anggun Mersilia, 2016).

19

Gambar. 2.4. Ukuran Spesimen Uji Metode Izod (Anggun Mersilia,

2016).

Gambar.2.5.Peletakan Spesimen Berdasarkan Metode Izod (Anggun

Mersilia, 2016).

O. Uji Kekerasan

Uji kekerasan adalah kekerasan suatu bahan didefinisikan sebagai ketahanan

suatu bahan terhadap penetrasi material lain pada permukaannya. Terdapat

tiga jenis mengenai ukuran kekerasan, yang tergantung pada cara melakukan

pengujiannya. Ketiga jenis tersebut adalah:

1. Kekerasan goresan (Scratch hardness)

2. Kekerasan lekukan (Identation hardness)

20

3. Kekerasan pantulan (rewbound hardness) atau kekerasan dinamik

(dynamic hardness)

Untuk logam/baja kekerasan lekukan yang sering dipergunakan. Berikut ini

adalah jenis pengujiankekerasan lekukan:

Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell ini diatur berdasarkan standar

DIN 50103. Adapun standar pengujian pada uji kekerasan dengan

menggunakan metode pengujian Rockwell ditunjukkan pada tabel sebagai

berikut:

Tabel 2.3. Skala Rockwell indentor yang digunakan.

skala indentor beban skala

kekerasan warna angka

awal utama jumlah A kerucut intan 120º 10 50 60 100 hitam B bola baja 1,558 1/16" 10 90 100 130 merah C kerucut intan 120º 10 140 150 100 hitam D kerucut intan 120º 10 90 100 100 merah E bola baja 3,175 1/8" 10 90 100 130 merah F bola baja 1,558 mm 10 50 60 130 merah G bola baja 1,558 mm 10 140 150 130 merah H bola baja 3,175 mm 10 50 60 130 merah K bola baja 3,175 mm 10 140 150 130 merah

L bola baja 6,35 mm 1/4" 10 50 60 130 merah

M bola baja 6,35 mm 10 90 100 130 merah P bola baja 6,35 mm 10 140 150 130 merah

R bola baja 12,7 mm 1/2" 10 50 60 130 merah

S bola baja 12,7 mm 10 90 100 130 merah V bola baja 12,7 mm 10 140 150 130 merah

21

P. Uji Kekerasan Rockwell

Pada pengujian kekerasan Rockwell diukur kedalaman pembenaman (t)

penekan. Sebagai penekan pada baja yang dikeraskan digunakan

sebuahkerucut intan.Untuk menyeimbangkan ketidakrataan yang

diakibatkan oleh permukaan yang tidak bersih, maka kerucut intan ditekan

keatas bidang uji, pertama dengan beban pendahuluan 10 kg, setelah ini

beban ditingkatkan menjadi 100 kg sehingga tercapai kedalaman

pembenaman terbesar. Sebagai ukuran digunakan kedalaman pembenaman

menetap (t) dalam (mm) yang ditinggalkan beban tambahan.

Sebagai satuan untuk ukuran (t) berlaku (e = t) dalam 0,002 mm kekerasan

Rockwell. Semakin keras bahan yang diuji, makin dangkal masuknya

penekan dan sebaliknya semakin lunak bahan yang diuji, maka semakin

dalam ukuran masuknya penekanan. Metode Rockwellsangat diminati

karena dengan cepat dapat diketahui kekerasannya tanpa menghitung dan

mengukur. Nilai kekerasan dapat dibaca setelah beban utama dilepaskan,

dimana beban awal masih menekan bahan.

Q. Uji Kekerasan Brinell

Uji kekerasan brinell merupakan suatu penekanan bola baja (identor) pada

permukaan bendauji.Bola baja berdiameter 10 mm, sedangkan untuk

material uji yang sangat keras identor terbuat dari paduan karbida tungsten,

untuk menghindari distorsipada identor. Beban uji untuk logam yang keras

22

adalah 3000 kg, sedangkan untuk logam yang lebih lunak beban dikurangi

sampai 500 kg untuk menghindari jejak yang dalam. Lama penekanan 20-30

detik dandiameter lekukan diukur dengan mikroskop dayarendah, setelah

beban tersebut dihilangkan. Permukaan dimana lekukan akan dibuat harus

relatif halus, bebasdari debu atau kerak.

Angka kekerasan Brinell (Brinell hardness number, BHN) dinyatakan

sebagai beban (P) dibagi luaspermukaan lekukan, persamaan untuk angka

kekerasan tersebut adalah sebagai berikut (Asfarizaldkk, 2012).

𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 = 𝑃𝑃

�𝜋𝜋𝐷𝐷2 ��𝐷𝐷−√𝐷𝐷2−𝑑𝑑2� …………………………………….…………(1)

Dimana :

P = Beban yang digunakan (kg)

D1 = Diameter identor (mm)

D2 = Diameter lekukan (mm)

R. Pengujian Struktur Mikro

Tujuan penelitian dari pemeriksaan struktur mikro adalah untuk melihat dan

menganalisa jenis dan bentuk struktur mikro setelah mengalami proses heat

treatment agar dapat membandingkan struktur mikro masing-masing

spesimen, spesimen metalografi sama dengan untuk uji kekerasan.

Pengujian metalografi agar dapat diamati micro strukturnya, maka terlebih

23

dahulu benda uji dipotong yang merupakan bagian dari spesimen kekerasan

yaitu pada bagian ujungnya. Berikut ini adalah prosedur percobaan yang

dilakukan pada pengujian Metallografi (Noviano, 2010).

a. Spesimen yang telah dipotong dan dibingkai (mounting) kemudian

digrinding dengan kertas amplas grade 120 atau 240 selama 15 menit,

kemudian dilanjutkan dengan grade 400, 600, 800, 1000, 1500.

b. Setelah digrinding dengan ampelas, specimen dapat dipolesh dengan

menggunakan magnesium oxide (MgO) agar tidak terdapat goresan

pada permukaan spesimen..

c. Jika menggunakan oli 1-2 liter dan dituangkan dalam wadah kemudian

spesimen dicelupkankedalam oli selama 5-30 detik. Untuk proses yang

terbilang baik yaitu pengerjaannya adalah dicelupkan selama ± 10 detik

pada oli tersebut lalu dikeringkan.

d. Pengamatan struktur mikro dapat dilakukan dengan menggunakan

alatmikroskop optik OLYMPUS BX41Myang disambungkan ke

program pada komputer. Spesimen diletakkan diatas bidang uji atau

mejamikroskop kemudian didekatkan dengan mikroskop optik.

e. Digunakan perbesaran 200x sampai 500x dan diambil photo

darimasing-masing spesimen. Fokus pada mikroskop diputar untuk

mendapatkan pengamatan yang baik pada spesimen.

24

S. Proses Pengerasan (Hardening)

Proses pengerasan (Hardening) dilakukan pada logam, biasanya di lakukan

untuk memperoleh sifat ketahanan aus yang tinggi dan mendapatkan

kekerasan yang tinggi, atau kekutan (Fatigue limit/strength) yang lebih baik.

Pengerasan merupakan salah satu proses perlakuan panas, dimana baja

dipanaskan pada suhu tertentu diatas temperature kritis (𝑎𝑎𝑒𝑒3) dan di tahan

sampai waktu yang ditentukan. Kemudian dilakukan pendinginan atau

dicelupkan pada media seperti air, oli, ataupun pada larutan garam.

Pengerasan dilakukan dengan pemanasan baja kearah austenite lalu

mendinginkannya dengan cepat, dengan pendinginan tersebut akan

membentuk martensite yang keras terhadap baja tersebut. Temperature

pemanasannya (Temperatur Austenitising), lamanya holding time, dan laju

pendinginan untuk pengerasan tergantung pada komposisi bahan kimia dari

baja tersebut (Gunawan Dwi Haryadi, 2010).

25

Gambar.2.6. Diagram Fe-Fe3C (Gunawan Dwi Haryadi, 2010).

1. Prosedur Proses Pengerasan

Pada baja hypoeutectoid dipanaskan sampai suhu 30ºC - 50ºC diatas

garis 𝑎𝑎𝑒𝑒3 pada baja ini struktur ferriet + pearlite dirubah menjadi

struktur austenite. Sedangkan pada baja hypoeutectoid yang dipanasi

hingga diatas titik 𝑎𝑎𝑒𝑒1 maka struktur pearlite + cementit juga dirubah

menjadi austenite. Walaupun tidak semua cementit berubah menjadi

austenite, laju pendinginan yang sangat tinggi dari pada kecepatan kritis

akan dapat membuat austenit menjadi super cooled ke titik martensite.

Baja yang dikeraskan dalam kondisi tersebut dapat mengalami tegangan

dan sangat rapuh, sehingga tidak dapat digunakan untuk pemakaian

yang praktis. Setelah baja mengalami pengerasan (hardening) maka

26

baja ditempering untuk menurunkan sifat rapuh, melepaskan tegangan

dalam (internal stress) yang terjadi saat pengerasan, dan untuk

memperbaiki sifat mekanis baja tersebut.

Tujuan utama proses pengerasan dan tempering pada baja ialah untuk

meningkatkan kekerasannya dan meningkatkan daya tahan terhadap

gesekan, mempertahankan sifat tangguh, sedangkan untuk baja struktur

maka pengerasan dan tempering bertujuan untuk mendapatkan suatu

kombinasi antara kekuatan tinggi, keuletan dan ketangguhan.

2. Proses pemanasan mula (pre-heating)

Pre-heating atau disebut pemanasan mula ditujukan untuk

meminimalkan efek distori temperatur.Oleh karena itu dilakukan

pemanasan secara bertahap sebelum akhirnya mencapai

temperaturaustenit. Selama tahapan inti dengan permukaannya, tahap

yang dilakukan yaitu pada temperatur 500ºC.

3. Austenisasi

Struktur austenisasi merupakan syarat untuk memperoleh struktur

permukaan baja yang keras. Karena hanya fasa austenit yang dapat

bertransformasi menjadi martensite. Austenit adalah suatu proses

pemanasan baja pada temperatur kritis diatas 𝑎𝑎𝑒𝑒1 atau diatas

temperatur 𝑎𝑎𝑒𝑒3.

4. Proses tahapan waktu pengerasan dan suhu temperatur

Suhu pengerasan tergantung pada komposisi kimia dari baja tersebut,

khusunya pada karbon. Untuk pemanasan yang lebih lambat, maka akan

terbentuk fasa austenit dan akan segera melewati garis 𝑎𝑎𝑒𝑒3 sehingga

27

waktu tahan tidak diperlukan lagi. Setiap temperatur pengerasan

membutuhkan waktu tertentu untuk mendapatkan hasil kekerasan

maksimum yang seharusnya didapat pada pengerasan. Waktu tahan

yang terlalu singkat, akan menyebabkan kekerasan yang lebih rendah

karena jumlah kardiba belum mencukupi dalam struktur baja tersebut,

dan apabila waktu tahan yang terlalu lama akan menyebabkan

kekerasan yang lebih rendah, hal ini menyebabkan besarnya butiran

serta jumlah austenite sisa meningkat.

Tabel. 2.3. Laju pendinginan (Gunawan Dwi Haryadi, 2010).

Media quenching Laju pendinginan Struktur yang dihasilkan

Air Sangat cepat Martensit Minyak Cepat Pearlit halus Udara Sedang Pearlit halus Anil Sangat lambat Pearlit halus

Media air, menghasilkan laju pendinginan yang sangat cepat sedangkan

struktur yang dihasilkan adalah martensit, pendinginan yang

menggunakan media minyak atau oli laju pendinginannya adalah cepat

dengan struktur pearlite yang sangat halus. Media udara menghasilkan

struktur pearlite halus dengan dengan laju pendinginan yang relatif

sedang, dan media brine digunakan untuk laju pendinginan drastis lebih

cepat dari air biasa.

28

T. Dampak Pengerasan Terhadap Sifat-Sifat Baja

Berbagai dampak quenching terhadap pengerasan baja sangat tergantung

dari besarnya kadar karbon (C). Baja dengan kadar karbon tinggi akan

semakin keras setelah berubah menjadi struktur martensit. Semakin banyak

austenit ditahan pada baja yang dikeraskan maka kekerasannya akan

turun.Meskipun kekerasannya tinggi, namun baja yang dikeraskan

mempunyai kekuatan koefisiennya rendah yang berarti tingkat elastisnya

rendah. Dengan proses pengerasan yang kurang relative maka di perlukan

pengujuan (impact strength), guna memperpanjang relative dan

pengurangan luas penampang (reduction area) akan berkurang.

29

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Waktu Dan Tempat Penelitian

Pengujian dan pemngambilan data Penelitian ini dilakukan di Laboratorium

Material Teknik, Teknik Mesin Universitas Lampung. Proses uji struktur

mikro dilakukan di LIPI Tanjung Bintang, Lampung.

B. Alat dan Bahan Penelitian

Alat - alat yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Furnace digunakan untuk tempat memanaskan sampel.

Gambar 3.1. Furnace

30

2. Cutting tool berfungsi sebagai alat pemotong spesimen.

Gambar 3.2. Cutting tool

3. Rockwell Hardness Tester digunakan untuk mengetahui nilai kekerasan

pada material yang akan diuji.

Gambar 3.3. Rockwell Hardness Tester

4. Batang impak biasa atau metode charpy

Gambar 3.4. Batang impak charpy

31

5. Mikroskop optik digunakan untuk pengujian struktur mikro.

Gambar 3.5. Mikroskop optic

C. Bahan Penelitian

Adapun bahan yang akan digunakan dalam pengujian adalah sebagai berikut :

1. Material yang digunakan adalah baja karbon sedang baja AISI 1045.

Gambar 3.6. baja AISI 1045.

32

2. Amplas, kain beludru, dan larutan TiO2 digunakan sebagai bahan

penghalus permukaan logam pada proses polishing menggunakan alat

polishing machine.

3. Oli sebagai media pendingin (quenching), dimana viskositas oli yang

akan dijadian media pendingin tersebut oli SAE 20W-50, SAE40W,

SAE 90W dan oli bekas.

Gambar 3.7. oli SAE 20W-50, SAE40W, SAE 90W dan oli bekas.

D. Prosedur penelitian

Prosedur penelitian awal yang akan dilakukan dalam penelitian ini meliputi beberapa tahapan diantaranya:

1. Memotong baja AISI 1045 yang digunakan seperti yang terlihat pada

gambar 3.1 berikut ini.

33

Gambar 3.8. Bentuk spesimen uji kekerasan

Gambar 3.9. Bentuk spesimen uji impak

2. Melakukan pengujian awal terhadap komposisi kimia, kekerasan dan

struktur mikro baja AISI 1045 sebelum dilakukan proses quenching.

3. Menyiapkan media pendingin oli dengan viskositas yang berbeda untuk

proses quenching spesimen oli SAE 20W, SAE40W, SAE 90W dan oli

bekas.

4. Proses pemanasan pada baja AISI 1045 dalam furnace. Pada proses ini

baja AISI 1045 akan dipanaskan hingga temperatur austenit baja AISI

1045 temperatur austenisasinya berkisar 840˚C, kemudian ditahan

dengan waktu penahanan suhu austenit pada sampel tersebut kemudian

didinginkan ke dalam media pendingina dengan variasi kekentalan oli

yang viskositasnya berbeda yaitu pada oli SAE 20W, SAE 40W, SAE

34

90W, dan oli bekas dengan kekentalan yang rendah. Gambaran

mengenai proses pemanasan dan penahanan suhu hingga pendinginan.

Gambar 3.9. skema pendinginan quenching

5. Material Yang Digunakan Untuk Pengujian Impak

Material yang digunakan untuk pengujian impak yaitu baja AISI 1045

berbentuk batang dengan ukuran standar ASTM E-23 yaitu panjang 55

mm, lebar 10 mm, dan tebal 10 mm serta diberi takik pada bagian

tengah spesimen dengan kedalaman 2 mm dan sudut 45º, seperti pada

gambar berikut:

Gambar 3.10. Spesimen uji impak standar ASTM E-23 (Modul).

850˚C

Holding Time ±30 Menit T˚C

Pendingin

Waktu

Heating Temperatur

35

6. Pengujian spesimen

Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini antara lain proses heat

treatment dan quenching, pengujian kekerasan dengan metode rockwell

menggunakan skala HRB bola baja 1/16” dan pengujian impact

menggunakan metode Charphy dan pengamatan spesimen dengan

pengujian struktur mikro.

7. Proses heat treatment

Proses perlakuan panas (heat treatment) menggunakan tungku pemanas

atau furnace dan dilakukan dilaboratorium material teknik, Teknik

Mesin Universitas Lampung. Langkah-langkah yang dilakukan dalam

proses perlakuan panas adalah :

8. Pre – Heating

Sebelum melakukan pemanasan hingga temperatur austenisasi

dilakukan pemanasan awal pada temperatur 600˚C dengan waktu tahan

selama ± 30 menit.

9. Austenisasi

Setelah proses perlakuan awal, pemanasan dilanjutkan hingga

temperatur 840˚C selama 30 menit.

10. Proses pendinginan quenching

Proses pendinginan cepat dilakukan dengan media pendingin 100% oli

dengan beberapa viskositas yang berbeda antaralain oli SAE 20, 40, 60

dan dengan oli bekas dimana viskositasnya sangat rendah.

36

11. Tempering

Spesimen yang telah didinginkan secara quenchingselanjutnya

ditempering pada temperatur 600 selama ± 40 menit.

12. Normalizing

Spesimen yang telah ditemperingdikeluarkan dari furnacedan

didinginkan secara lambat di udara terbuka (Sahwendi, 2013).

13. Pengujian Kekerasan Rockwell

Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan metode Rockwell

dengan skala HRB, yang menggunakan indentor berupa sebuah intan

berbentuk piramida dengan sudut 120º. Pengujian dilakukan

dilaboraturium material teknik, Teknik Mesin Universitas Lampung.

Pembebanan yang akan diberikan sebesar 100 kgf. Sebelum diuji

permukaan spesimen harus dalam keadaan rata/sejajar. Nilai kekerasan

yang diambil adalah nilai dari harga rata-rata, dengan lima kali

perlakuan pada daerah yang berdekatan (Haryadi, G. D. 2005).

Gambar 3.11. Alat Uji Kekerasan Rockwell

37

1) Daerah penetrasi atau penekanan

Daerah penekanan diambil secara persegi lima, sebanyak 5 titik

dengan penahanan waktu tekan selama 10 detik untuk masing –

masing spesimen.

2) Langkah – langkah pengujian tugas akhir ini adalah sebagai

berikut :

a. Membersihkan benda uji dari kotoran dan karat sampai benar -

benar bersih agar mendapatkan hasil yang baik.

b. Meletakkan spesimen pada dudukan alat uji hingga sama rata.

c. Kalibrasi alat uji rockwell ke skala B dengan beban 100 kgf

dengan indekator 1/16”.

d. Memasang indentor kerucut intan yang bersudut 120º untuk

spesimen uji kekerasan.

e. Menahan spesimen dengan memutar tuas sampai menyentuh

indentor dan dudukannya tetap sama rata, tunggu dan tahan

selama 10 detik.

f. Setelah ditahan selama 10 detik mengembalikan tuas indentor

pada posisi semula.

Berdasarkan analisis yang dilakukan (Ika Wahyuni, 2013) uji rockwell

yang dilakukan pada laboratorium Fisika Material, didapatkan hasil

baja karbon sedang 980,7 N dengan nilai kekerasan 82 HRB. Hasil

analisis pembahasan pada pengujian kekerasan didefinisikan sebagai

ketahanan suatu logam terhadap indentasi (penekanan). Uji ini dapat

digolongkan sebagai uji destruktif karena merusak bahan dan uji skala

38

makroskopis karena efek perubahan uji dapat dilihat dengan

langsung.Pengujian dilakukan pada empat titik yang berbeda dalam satu

spesimen dan dalam percobaan ini, digunakan spesimen yaitu baja

karbon rendah.

Nilai yang ditunjukkan oleh penyimpangan jarum menunjukkan adanya

pembebanan yang diberikan melalui indentor setelah gaya yang

diberikan dilepaskan, semakin besar penyimpangan jarum menunjukkan

material tersebut dapat dikatakan memiliki kekerasan yang cukup tinggi

karena hal tersebut membuktikan bahwa material tersebut tahan

terhadap penekanan yang diberikan dan dari pengujian empat titik maka

didapatkan nilai TH 60,6.

14. Pengujian Impact

Pengujian impact atau pengujian ketangguhan baja adalah ketahanan

bahan terhadap beban tumbukan atau kejutan. Ketangguhan juga dapat

diartikan jumlah energi yang diserap bahan sampai terjadi perpatahan.

Pengujian impact yaitu pengujian yang berdasarkan pada prinsip hukum

kekekalan energi, yang menyatakan bahwa jumlah energi mekanik

selalu konstan. Adapun dalam pengujian impak yang akan dilakukan

terhadap baja AISI 1045 bertujuan untuk mengukur kegetasan atau

keuletan spesimen yang akan diuji terhadap beban kejut dengan cara

mengukur energi potensial sebuah takik yang dijatuhkan pada

ketinggian tertentu. Spesimen yang akan diujikan berjumlah masing-

39

masing empat (4) buah spesimen baja AISI 1045 yang sudah melewati

pengujian heat treatment dan quenching (dani dwi kw, 2010).

Gambar 3.12. Spesimen pengujian impact charpy (Modul).

Analisa pengujian baja karbon menengah yaitu AISI 1045 dengan

menggunakan uji impak type methode charpy yang dilakukan setelah

diberi perlakuan panas (Heat treatment). Temperatur panas yang

diberikan untuk pengujian ini sebesar 840°C dan ditahan selama 30

menit pemanasan, setelah diberi perlakuan panas selama 30 menit

dengan temperatur 840°C. Pada saat pengujian berlangsung temperatur

spesimen akan disama ratakan, setelah spesimen mendapat perlakuan

panas, akan dilanjutkan proses pendinginan dengan viskositas berbeda

yaitu menjadi 4 variasi proses quenching dengan menggunkana media

oli.

1. 850°C kondisi spesimen pada saat austenit didinginkan pada oli

SAE 20W.

2. 850°C kondisi spesimen pada saat austenit didinginkan pada oli

SAE 40W.

3. 850°C kondisi spesimen pada saat austenit didinginkan pada oli

SAE 90W.

40

4. 850°C kondisi spesimen pada saat austenit didinginkan pada

hidrokarbon (oli bekas).

Nilai hasil analisis data pengujian impak baja AISI 1045, nilai yang

didapat dari uji dengan pembebanan secara tiba-tiba terhadap benda

yang akan diuji secara statik. Adapun spesimen atau benda uji yang

digunakan dalam melakukan pengujian impack charpy ini yaitu baja

karbon AISI 1045.

15. Perpatahan Impak

Analisis perpatahan pada spesimen hasil uji heat treatment dan melalui

proses quenching maka perpatahan impak digolongkan menjadi 3 jenis,

yaitu :

1) Perpatahan berserat (fibrous fracture), yang melibatkan mekanisme

pergeseran bidang-bidang kristal didalam bahan (logam) yang ulet

(ductile). Ditandai dengan permukaan patahan berserat yang

berbentuk dimpel yang menyerap cahaya dan berpenampilan buram.

2) Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkan oleh mekanisme

pembelahan (cleavage) pada butir-butir dari bahan (logam) yang

rapuh (brittle). Ditandai dengan permukaan patahan yang datar yang

mampu memberikan daya pantul cahaya yang tinggi (mengkilat).

3) Perpatahan campuran (berserat dan granular). Merupakan kombinasi

dua jenis perpatahan diatas.

4) Patah Ulet yaitu patah yang ditandai oleh deformasi plastis yang

cukup besar, sebelum dan selama proses penjalaran retak.

41

5) Patah Getas, yaitu patah yang ditandai oleh adanya kecepatan

penjalaran retak yang tinggi, tanpa terjadi deformasi kasar, dan

sedikit sekali terjadi deformasi mikro.

Gambar 3.13. Efek temperatur terhadap ketangguhan impak (dani dwi kw, 2010).

16. Pengujian Metallografi ( Uji Struktur Mikro)

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui fasa-fasa serta perubahan

struktur kristal dari masing-masing spesimen. Pengujian ini

menggunakanoptical microscope, dan dilakukan di Laboratorium

Analisis Kimia Balai Penelitian Teknologi Mineral Lampung (BPTM) -

LIPI. Sebelum dilakukan uji struktur mikro, masing-masing spesimen

telah melalui proses polishing dan pengetsaan agar stuktur mikronya

dapat teramati dengan jelas pada optical mikroscope. Langkah-langkah

yang dilakukan sebelum melakukan pengamatan struktur mikro adalah

(Ginting, M. 2012) :

42

1) Penghalusan spesimen bertujuan menghaluskan permukaan sampel

untuk mengetahui struktur mikro sampel baja pegas daun pada

mikroskop optik. Penghalusan sampel menggunakan grinding dan

polishing machine dengan memakai kekasaran amplas dengan

nomor: #80, #100, #400, #800, #1000 dan #1200, serta kain bludru

dan larutan TiO2.

2) Pengetsaan bertujuan untuk merusak permukaan spesimen pada

saat akan diamati pada optical mikroscope. Melakuan pengetsaan

dengan cara mencelupkan permukaan spesimen kedalam larutan

nital selama 3 detik. Kemudian membersihkan permukaan dengan

air mengalir dan menunggu permukaan spesimen kering untuk

dilakukan pengamatan menggunakan optical microscope dengan

perbesaran 10 , 50 serta 100.

43

E. Diagram Alur Penelitian

Gambar 3.14. Alir Penelitian

Mulai

Preparasi alat dan bahan

Baja AISI 1045, oli, furnance, dan lain-lain

Proses Quenching

Oli 40W Oli 90W Oli 20W Oli Bekas

Pengujian

Struktur Mikro

Pengujian

Kekerasan

Pengujian

Impak

Proses Heat Treatment

Selesai

Hasil Data sesuai dengan

referensi lengkap?

Tidak

Iya

Kesimpulan

44

DAFTAR PUSTAKA

Gunawan Dwi Haryadi, 2010. Pengaruh suhu tempering terhadap kekerasan

Struktur mikro danKekuatan tarik pada baja AISI 1045, Jakarta Mubarok, Fahmi2008. Crystal Structures ofIron Fe – Fe3C

Phase Diagram Steels CastIron.Diaksestahun 2009 (On Line) Availableat http://www.its.ac.id/personal/material.php?id=fahmi

http://teknikmesin2011unila.blogspot.com/2013/02/uji impak.html#iARMmDMTaiFplAiu.9

Bagus Suryasa Majanasastra, 2013. Analisis Simulasi Uji Impak Baja Karbon

Sedang (Aisi 1045) Dan Baja Karbon Tinggi (Aisi D2) Hasil Perlakuan Panas, Universitas Islam 45, Bekasi

Nur Miftakhuddin, 2006. Pengaruh temper dengan quench media oli

Mesransae 20w -50 Terhadap karakteristik Medium carbon steel, semarang

Bates, C.E., Totten, G.E., 1992, Application of Quench Factor Analysis To Predict

Hardness Under Laboratory and Production Conditions, The First International Conference on Quenching & Control Distortion, Chicago, Illionis.

SaptyajiHarnowo, 2015. PengaruhViskositas Oli Sebagai Cairan Pendingin

Terhadap Sifat Mekanis Pada Proses Quenching Baja St 60, Yogyakarta, Indonesia

Bambang Tri Wibowo, 2008. Pengaruh temper dengan quenching Media

pendingin oli mesran sae 40 Terhadap sifat fisis dan mekanis Baja st 60, semaran, Indonesia

Hari, A. dan Daryanto. I999. “Ilmu Bahan”. Jakarta: Bumi Aksara

Anggun Mersilia, 2016. Pengaruh Heat Treatment DenganVariasi Media

Quenching Air Garam Dan Oli Terhadap Struktur Mikro Dan Nilai Kekerasan Baja Pegas Daun Aisi 6135, Bandar lampung

45

ASM Handbook. 1985. Metallography and Microstructures. Metals

Handbook.Vol 9. PP 421-424. ASM Handbook. 1993. Properties and Selection : Iron Steel and High

Performance Alloys. Metals handbook Vol 1. PP 249-257 and 329-335.

Supardi, Edih, 1999, Bandung ,Angkasa : PengujianLogam,

Noviani. 2010. Pembuatan dan Karakterisasi Paduan Zrdengan Kadar Timah

Putih Rendah. TugasAkhir. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir. Yogyakarta. Hal 31-32.

Chemical Composition of AISI 1045. Diakses tahun 2018. (On Line)

Available at http://www.strindustries.com Diagram Kesetimbangan Fe – Fe3C

http://matabayangan.blogspot.com Kirono, 2011. Karakterisrik Mekanik Proses Hardening Baja Aisi 1045 Media

Quenching Untuk Aplikasi Sprochet Rantai. jakarta Sinta, 2012. “Gambaran umum pelumas (oli)”. jakarta

http://sinta.unud.ac.id>dokumen_dir

Totten, GE., Bates, CE., Clinton, NA.1993.Handbook of Quenchant and Quenching Technology. ASM International, USA. [1988], Annual Book of ASTM Standart, Vol 03.01,

E 23, American Society for Testing and Materials.