PENGARUH PERLAKUAN QUENCHING-TEMPERING TERHADAP KEKUATAN IMPAK PADA BAJA KARBON SEDANG M. Yunus UPT.Balai Pengolahan Mineral Lampung – LIPI JL.Ir.Sutami Km.15 Tanjung Bintang Lampung SelatanTelp.0721.350054. Fax.0721.350056 Email; myun001lipi.go.id ABSRACT This study discusses about the effect of heat treatment on the metal impact strength medium carbon steel. Heat treatment process applied in this research is the process of quenching and tempering , wherein the heating of the specimen quenching process is done until reaching austenite temperature is 910 ° C which was then held for 30 minutes. After that the specimen was cooled rapidly using oil quenching media. Subsequently , the specimen is heated again ( tempering ) until it reaches the temperature of 300°C , 400°C, 500°C and 600°C. Then at each temperature that tempered is held for 60 minutes. Then the specimen is cooled at room temperature and on specimens that have undergone heat treatment process is conducted impact testing. The average impact strength carbon steel which does not undergo heat treatment process is 0.166 J / mm2. In the steel only experience the quenching process impact strength possessed average is 0,142 J / mm2. In the medium carbon steel which is undergoing a process of tempering 300 ° C is 0.422 J / mm2. At 400°C tempering is 0.525 J / mm2. At 500°C tempering is 0604 J / mm2. At 600°C Tempering is 1.249 J / mm2 with each holding time 60 minutes. From the results of these tests, carbon steel which has the highest impact strength have ductile mechanical character, while carbon steel which has the lowest impact strength have brittle mechanical character. Keywords : medium carbon steel, quenching-tempering, impact strength. ABSTRAK Penelitian ini membahas tentang pengaruh perlakuan panas terhadap kekuatan impak logam baja karbon sedang. Proses perlakuan panas yang diterapkan pada penelitian ini yaitu proses quenching dan tempering, dimana pada proses quenching pemanasan terhadap spesimen dilakukan hingga mencapai temperatur austenit yaitu 910°C yang kemudian ditahan selama 30 menit. Setelah itu spesimen tersebut didinginkan secara cepat dengan menggunakan media oil quenching. Selanjutnya, spesimen dipanaskan kembali (tempering) hingga mencapai temperatur 300°C, 400°C, 500°C, 600°C. Yang kemudian pada masing-masing temperatur tempering tersebut ditahan selama 60 menit. Setelah itu spesimen tersebut didinginkan pada temperatur ruangan.Pada spesimen-spesimen yang telah mengalami proses perlakuan panas tersebut dilakukan pengujian impak. Kekuatan impak rata-rata baja karbon yang tidak mengalami proses perlakuan panas adalah 0,166 J/mm2. Pada baja yang hanya mengalami proses quenching kekuatan impak rata-rata yang dimiliki adalah 0,142 J/mm2. Pada baja karbon sedang yang mengalami proses tempering 300°C adalah 0,422 J/mm2. Pada tempering 400°C adalah 0,525 J/mm2.Pada tempering 500°C adalah 0.604 J/mm2. Pada tempering 600°C adalah 1,249 J/mm2 dengan masing-masing waktu penahanan selama 60 menit. Dari hasil
299
INOVASI dan PEMBANGUNAN – JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03
pengujian tersebut, baja karbon yang memiliki kekuatan impak tertinggi memiliki sifat mekanik ulet, sedangkan baja karbon yang memiliki kekuatan impak terendah memiliki sifat mekanik getas. Kata kunci :Baja karbon sedang, quenching-tempering, kekuatan impak.
pada baja yang sudah dikeraskan ke
PENDAHULUAN Baja dapat didefinisikan suatu campuran dari besi dan karbon, dimana unsur karbon(C)
menjadi
dasar
campurannya.Disamping itu, mengandung unsur campuran lainnya seperti S, P, S dan Mn yang jumlahnya dibatasi. Kandungan karbon didalam baja sekitar 0,1-1,7%, sedangkan
unsur
presentasenya.Baja
lainnya
dibatasi
paduan
dapat
didefinisikan sebagai suatu baja yang dicampur dengan satu atau lebih unsur campuran seperti nikel,kromium, molibden, vanadium, mangan dan wolfram yang
temperature yang di bawah temperatur hardening,
dengan
tujuan
untuk
memperoleh kombinasi antara kekuatan induktilitas
dan
ketangguhan
tinggi.Proses
temper
memanaskan
baja
yang
terdiri sampai
dari dengan
temperatur dibawah temperatur A1 yaitu dengan variasi temperatur 300°C, 400°C, 500°C, 600°C dan menahannya pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu dan kemudian didinginkan diudara. Uji
impak
adalah
pengujian
dengan
menggunakan pembebanan yang cepat (rapid loading). Pada uji impack terjadi proses
berguna untuk memperoleh sifat-sifat baja
penyerapan energi yang besar ketika beban
yang dikehendaki (keras, kuat dan liat),
menumbuk spesimen. Energi yang diserap
tetapi unsur karbon tidak dianggap sebagai
material
salah satu unsur campuran.Berdasarkan
menggunakan
unsur-unsur campuran dari siafat-sifat dari
potensial.Prinsip pengujian impack ini adalah
baja maka baja paduan dapat digolongkan
menghitung
menjadi baja dengan kekuatan tarik yang
spesimen.Pada saat beban dinaikkan pada
tinggi,
tahan
karat
dan
baja
tahan
panas.Perlakuan panas merupakan suatu cara pemanasan baja pada temperatur tertentu
yang
selanjutnya
didinginkan
dengan cara tertentu untuk mendapatkan
ini
dapat
dihitung
dengan
prinsip
perbedaan
energi
energi
yang
diserap
oleh
ketinggian tertentu, beban memiliki energi potensial maksimum, kemudian saat akan menumbuk spesimen, energi kinetik mencapai maksimum. Energi kinetik maksimum tersebut akan
diserap
sebagian
spesimen
hingga
spesimen tersebut patah.
sifat-sifat mekanik yang diperlukan.Proses temper adalah proses memanaskan kembali
300
INOVASI dan PEMBANGUNAN – JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03
Bahan
METODOLOGI
utama
yang
digunakan
dalam
penelitian ini adalah, baja karbon sedang
Bahan Penelitian
dan
jumlah
spesimen
diuji.
Tabel 1. Jumlah spesimen uji impak No
Jenis Perlakuan Panas
WaktuPenahanan
Jumlah Spesimen Uji
-
3 buah
2 Quenching
30 menit
3 buah
3 Tempering ( 300 °C)
60 menit
3 buah
Tempering (400 °C)
60 menit
3 buah
Tempering (500 °C)
60 menit
3 buah
Tempering (600 °C)
60 menit
3 buah
1 Tanpa perlakuan panas
Total Spesimen Alat-alat penelitian Alat-alat yang digunakan dalam persiapan penelitian ini adalah : 1) Jangka sorong untuk mengukur dimensi pada spesimen. 2) Ragum, untuk menjepit benda yang akan di potong, gergaji dan di grinda. 3) Mesin bubut untuk proses pembuatan spesimen.
18 buah 8) Tang
penjepit
untuk
mengeluarkan
specimen. 9) Sarung
tangan
dan
helm
untuk
keamanan.
Prosedur penelitian 1) Pembuatan Spesimen Uji Impak. Dengan menggunakan mesin gergaji, baja karbon sedang dipotong menjadi bagian-
4) Tungku pemanas ( furnace).
bagian dengan ukuran panjang 55 mm,
5) Pengaduk dan wadah berisi air untuk
lebar 10 mm dan tebal 10 mm. Kemudian
proses quenching.
spesimen
tersebut
dihaluskan
6) Kawat baja untuk mengikat specimen.
menggunakan
7) Sikat baja untuk membersihkan kerak
ampelas.
Kemudian
dilakukan
pemotongan
pada
spesimen
karbon.
dengan
301
mesin
dengan
menggunakan
gerinda
setiap
stempel
dan
baja.
INOVASI dan PEMBANGUNAN – JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03
Gambar .1.Spesimen Uji
2) Proses Heat Treatment Sebelum
dilakukan
Kemudian heat
tretment,
ditahan
didalam
tungku
selama 60 menit, pada setiap temperatur
spesimen diikat terlebih dahulu dengan
tempering.
kawat
kemudian
keluarkan dari dalam tungku pemanas
dimasukan ke dalam tungku pemanas
tersebut dan biarkan pada temperatur
dengan
ruangan.
baja.
Spesimen
penempatan
berhimpit
satu
sama
yang
tidak
dengan
yang
Kemudian
spesimen
di
3) Pengujian Impak
lainnya. Tungku pemanas dihidupkan
Setelah proses perlakuan panas selesai,
hingga mencapai temperatur austenit
spesimen dibersihkan terlebih dahulu
910°C.Kemudian spesimaen dikeluarkan
dari kerak karbon yang terbentuk aklibat
dari dalam tungku dan dimasukan ke
dari
dalam wadah yang berisi air pada
Kemudian spesimen siap untuk diuji
temperatur
impak dengan menggunakan alat uji
dengan
lingkungan
cepat
dengan
dan
diaduk
menahannya
impak
pemanasan
jenis
yang
charpy
diberikan.
dan
metode
selama 30 menit. Setelah itu spesimen
pengujian yang digunakan yaitu metode
uji dipanaskan kembali di dalam tungku
charpy.
dengan tempering
masing-masing 300°C,
tempering500°C,
302
temperatur
tempering400°C, tempering600°C.
Hasil Penelitian dan Pembahasan Data Hasil Uji Penelitian
INOVASI dan PEMBANGUNAN – JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03
Tabel.2 Hasil uji komposisi baja karbon sedang. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Nama unsur Carbon Besi Sulfur Almunium Nikel Silikon Croom Vanadium Mangan Wolfram Tembaga Titanium Molibden Fospor
Simbol C Fe S Al Ni Si Cr V Mn W Cu Ti Mo P
Kadar % 0,455 96,93 0,013 0,002 0,299 0,238 0,942 0,01 0,704 0.07 0,075 0,00 0,235 0,013
Data Hasil Pengujian Tabel. 3. Hasil Pengujian Impak Baja Karbon Sedang Nama spesimen
Raw matrials
Quenching
Tempering
Holdingtime (menit)
-
30 Menit
60 Menit
300°C
Tempering
60Menit
400°C
Tempering
60Menit
500°C
Tempering
60Menit
Nospesi
Notch area 2
Energi
Hargaimpak 2)
men
(mm )
impak
(J/mm
1
8X10=80
16
0,2
2
8X10=80
10
0,125
3
8X10=80
14
0,175
1
8X10=80
12
0,15
2
8X10=80
10
0,125
3
8X10=80
12
0,15
1
8X10=80
19
0,237
2
8X10=80
21
0,263
3
8X10=80
54
0,675
1
8X10=80
28
0,35
2
8X10=80
32
0,4
3
8X10=80
22
0,275
1
8X10=80
51
0,637
2
8X10=80
53
0,662
3
8X10=80
41
0,512
1
8X10=80
104
1,3
Harga impak rata-rata
0,166
0,142
0,422
0,525
0.604
1,249
600°C
303
INOVASI dan PEMBANGUNAN – JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03
Harga Impak Rata-rata Ketagguhan J/mm2
1.50 1.249 1.00 Gambar : 1. Grafik Ketangguhan baja karbon sedang. 0.604 0.422 0.525 0.50 0,166 0.142 0.00 A
B
C
D
E
F
Heat Treatmeant Keterangan gambar : A. Raw matrials B. Quenching C. Tempering 300°C D. Tempering 400°C E. Tempering 500°C F. Tempering 600°C
1.
Impak Spesimen Raw Matrial
besar/keras
Merupakan spesimen yang mempunyai
butirannya lemah dan mudah patah dan
nilai yang rendah dengan harga impak
getas. Jenis patahan termasuk getas
2
sehingga
ikatan
antara
rata-rata sebesar (0,166 J/mm ). Hal ini
dengan ciri deformasinya paling kecil
disebabkan pendinginan dengan udara
(diperlihatkan dengan permukaan patah
membentuk butiran kristal logam yang
yang rata).
Gambar 3. Penampang Patah RawMatrials
304
INOVASI dan PEMBANGUNAN – JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03
2.
Impak Spesimen Quenching
disebabkan
spesimen
tersebut
Pada spesimen quenching 910°C dengan
mengalami proses pendinginan yang
nilai ketangguhan dengan nilai rata-rata
cepat. Kemudianpatahan yang dihasilkan
sebesar 0,142 J/mm2 didapatkan fasa
bersifat getas.
martensit dengan kekerasan yang tinggi
Gambar 4. Penampang patah matrial quenching 3.
Impak spesimen tempering 300°C
Karena butir-butir logam agak lebih
Pada spesimen tempering 300°C dengan
kecil
nilai ketangguhan rata-rata sebesar 0,422
semakin
J/mm2 didapatkan fasa martensit temper
termasuk liat/ulet.
menyebabkan kuat
maka
ikatan
logam
jenis
patahan
yang tangguh meskipun kekerasan turun.
Gambar 5. Penampang patahtempering 300°C
305
INOVASI dan PEMBANGUNAN – JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03
4.
Impak spesimen tempering 400°C
bainit dengan disfersi karbida yang halus
Spesimen tempering 400°C dengan nilai
dalam ferit membuat butiran-butiran
ketangguhan rata-rata sebesar
0,525
kristal logam semakin halus dengan
spesimen
patahan jenis liat menunjukan adanya
J/mm2
lebih
besar
dari
tempering 300°C karena adanya fasa
deformasi
plastis
yang
tinggi.
Gambar 6. Penampang patahtempering 400°C 5.
Impak spesimen tempering 500°C
secara
Spesimen tempering 500°C memiliki
butiran kristal ferlit dan patahan yang
harga impak rata-rata sebesar 0.604
hasil
J/mm.
Pendinginan
yang
perlahan
sehingga
bersifat
terbentuk
ulet/liat.
dilakukan
Gambar 7. Penampang patah tempering 500°C
306
INOVASI dan PEMBANGUNAN – JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03
6.
Impak spesimen tempering 600°C
butiran perlit paling halus, maka patahan
Spesimen tempering 600°C memiliki
termasuk liat yaitu tampak patahan
harga impak rata-rata yang paling besar
banyak berbentuk sudu, tajam, atau
yaitu
sebesar
1,249
J/mm2
karena
pendinginan paling lambat menghasilkan
banyak perubahan bentuk dengan ciriciri
runcing,
suram
dan
berserat.
Gambar 8. Penampang patah tempering 600°C
mempunyai bentuk permukaan patahan
PEMBAHASAN Dari hasil penelitian yang ditabulasikan dalam bentuk diagram batang dan gambar penampang
patahan
diketahui
ada
perbedaan karakteristik ketangguhan dari spesimen penelitian antara raw matrial, proses quenching dengan temperatur 910°C dan dengan yang mengalami proses setelah di quenching dengan temperatur pemanasan 300°C, 400°C , 500°C, 600°C serta waktu penahanan selama 30 menit dan 60 menit untuk temperatur spesimen quenching 30 menit dan spesimen tempering 60 menit. Dari hasil penelitian tersebut di atas menunjukan
307
bahwa
raw
matrial
rata.Proses perlakuan panas quenching dilakukan
untuk
mengetahui
seberapa
bersar perubahan kondisi sebagai treatment awal pada penelitian ini dengan media oil quenching, hasil patahan pada matrial yang mengalami proses quenching menunjukan kekerasan
sangat
ketangguhannya
tinggi
menurun.
tetapi Perlakuan
quenching terlihat bentuk patahan yang rata tanpa
pengecilan
penampang,
tekstur
dengan butiran sangat halus dan berserat menandakan
bahan
ini
mempunyai
kekerasan yang tinggi dan ketangguhannya rendah serta bersifat getas, karena struktur yang telah terbentuk setelah dicelup cepat
INOVASI dan PEMBANGUNAN – JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03
dengan menggunakan medium pendingin oli adalah struktur
martensit. Struktur
martensit mempunyai kelemahan yaitu getas, sehingga harus ditemper dipakai dalam peralatan maupun kontruksi mesin yang
mensyaratkan
keuletan.Proses
KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1.
telah dilakukan terhadap baja karbon
tempering akan merubah struktur martensit
sedang dapat meningkatkan keuletan
menjadi struktur ferit dan sementit, dengan lepasnya karbon dari martensit dan akan membantuk sementit lagi. Melihat hasil penelitian
di
atas
telah
baja tersebut. 2.
harga impak yang paling besar yaitu sebesar
penelitian dari perlakuan panas baja karbon yang
terdiri
dari
tempering, memberikan hasil yang baik
mulai menaik setelah dilanjutkan dengan proses tempering.
J/mm2
karena
yang dihasilkan patahan ulet/liat. 3.
Pendinginan dengan media pendingin oli quenching dapat mencegah retak
pada quenching di bandingkan dengan raw matrial dengan keuletan yang baik dan
1,249
pendinginan lambat, maka patahan
kelompok
perbedaan dari raw matrials, quenching,
Spesimen tempering 600°C dengan penahanan waktu 60 menit memiliki
memberikan
gambaran yang jelas bahwa kelompok
sedang
Proses perlakuan panas tempering yang
atau distorsi pada spesimen. 4.
Perlakuan
quenching
dapat
meningkatkan kekerasan pada baja namun ketangguhannya menurun.
Fenomena semacam ini menunjukan bahwa dengan proses quenching bahan akan sangat keras dan cenderung getas sehingga reduksi penampang hampir tidak ada dan bentuk penampang mengalami
patahnya kenaikan
flat.
Spesimen
keuletannya
jika
dilanjutkan pada proses tempering. semakin tinggi suhu pemanasannya, nilai kekuatan impaknya semakin meningkat.
DAFTAR PUSTAKA Amanto, H dan Daryanto 2006. ilmu Bahan PT Bumi Aksara. Jakarta. Anrinal 2013. Metalurgi Fisikb. Cv. Andi Offset. Yogyakarta. BJ.M. Beumer (Ahli bahasa: B.S. Anwir/Matandong)1980. Pengetahuan BahanBhratara Karya Aksara. Jakarta. Daryanto. 1983. Pengetahuan Tentang Metalurgy. Tarsito. Bandung Edih Supardi. 1994. Pengujian Logam. Angkasa. Bandung.
308
INOVASI dan PEMBANGUNAN – JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03
Jhon A. Scey. (Ahli Bahasa : Ir Rines M.T,. Dwiyani Asih, Indah Sri Utami, Basuki Hri Winarno) 2009.Proses Manufaktur. Cv. Andi Offset. Yogyakarta. Prof. Dr. Ing. K.W.Vohdin 1981.Mengolah Logam. Pradnya Paramita. Jakarta. Syamsul Arifin. 1982. Ilmu Logam. Ghalia Indonesia.
309
Salman, R. E. dan Bishop, R. J. (Ahli bahasa : Ir. Sriati Djaprie M. Met). 2000. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Matrial.Erlangga. Jakarta. Vlack, Van. (Ahli bahasa: Ir. Sriati Djaprie M. Met.)1994. Ilmu Bahan dan Teknologi Bahan(Ilmu Logam dan Bukan Logam).Edisi 5.Erlangga. Jakarta.
INOVASI dan PEMBANGUNAN – JURNAL KELITBANGAN VOL.03 NO. 03