HASIL DAN ANALISIS DATA
4.1 Hasil Uji Kekerasan
Pada pengujian kekerasan Vickers ini menggunakan material jenis baja AISI 1045. Jumlah penekanan yang dilakukan sebanyak 15 kali seperti pada tabel 4.1 hingga 4.8. Hasil yang diperoleh dari pengujian kekerasan ini sangat bervariasi nilai kekerasannya, baik untuk baja tanpa perlakuan atau baja setelah mengalami proses perlakuan panas quenching. Perbedaan nilai kekerasan ini diakibatkan adanya sifat kemampukerasan yang berbeda-beda pada material baja. Untuk nilai standar deviasi yang diperoleh pada baja tanpa perlakuan sebesar 11,25. Setelah baja melewati proses perlakuan panas quenching pada suhu 800, 850, 900oC holding
time selama 25 menit dengan media pendingin air didapat nilai standar deviasi
39
melewati proses perlakuan panas quenching pada suhu 800, 850, 900oC holding
time selama 25 menit dengan media pendingin oli dengan seri SAE 20W-50 didapat
nilai standar deviasi sebesar 24,93, 19,33, dan 30,58. Pada pengujian kekerasan ini, nilai rata-rata kekerasan Vickers (HV) yang didapat untuk baja tanpa perlakuan sebesar 202,78 HV, selanjutnya untuk baja yang telah dilakukan proses quenching pada suhu 800, 850, 900oC holding time selama 25 menit dengan media pendingin air didapat nilai kekerasan 398,48 HV, 457,02 HV, dan 496,42 HV. Sedangkan untuk baja yang telah dilakukan proses quenching pada suhu 800, 850, 900oC
holding time selama 25 menit dengan media pendingin oli dengan seri SAE
20W-50 didapat nilai kekerasan 251,87 HV, 402,55 HV, dan 476,92 HV. Tabel 4.1 Hasil pengujian kekerasan baja AISI 1045 tanpa perlakuan.
Titik Bahan Beban Waktu Diagonal (μm) HV
(kg) (s) d1 d2 1 Baja AISI 1045 10 10 306,96 304,44 198,3 2 10 10 306,12 309,84 195,4 3 10 10 318,84 313,8 185,2 4 10 10 308,28 312,6 192,3 5 10 10 303,84 300,36 203 6 10 10 310,56 309,84 192,5 7 10 10 318,48 314,52 185 8 10 10 310,8 301,08 198 9 10 10 305,76 305,76 198,3 10 10 10 294,72 294,36 213,6 11 10 10 292,56 298,2 212,5 12 10 10 300,84 292,56 210,5 13 10 10 291,72 291,72 217,7 14 10 10 290,64 290,64 219,4 15 10 10 290.64 289,92 220 Rata-rata 202,78 Standar Deviasi 11,25
40
Tabel 4.2 Hasil pengujian kekerasan baja AISI 1045 perlakuan quenching pada suhu 800oC dengan holding time 25 menit menggunakan air.
Titik Bahan Beban Waktu Diagonal (μm) HV
(kg) (s) d1 d2 1 Baja AISI 1045 10 10 243,12 241,20 316,1 2 10 10 217,20 226,92 376 3 10 10 229,32 225,12 359 4 10 10 218,28 218,28 389 5 10 10 227,40 230,28 354 6 10 10 231,72 232,68 343,7 7 10 10 220,08 232,92 361,2 8 10 10 203,52 215,64 422,2 9 10 10 200,52 202,80 455,9 10 10 10 206,40 208,56 430,8 11 10 10 198,60 198,72 469,8 12 10 10 201,72 202,32 454,1 13 10 10 204 206,76 439,6 14 10 10 211,68 215,76 405,8 15 10 10 209,64 220,92 400,1 Rata-rata 398,48 Standar Deviasi 44,82
Tabel 4.3 Hasil pengujian kekerasan baja AISI 1045 perlakuan quenching pada suhu 850oC dengan holding time 25 menit menggunakan air.
Titik Bahan Beban (Kg) Waktu (s) Diagonal (μm) HV d1 d2 1 Baja AISI 1045 10 10 192,84 197,76 485,8 2 10 10 200,4 201,72 458,7 3 10 10 201,48 204,24 450,6 4 10 10 209,52 208,08 425 5 10 10 210,72 205,08 428,7
41 Titik Bahan Beban
(Kg) Waktu (s) Diagonal (μm) HV d1 d2 6 10 10 209,4 209,4 422,6 7 10 10 210,24 203,76 432,4 8 10 10 208,68 203,28 437,1 9 10 10 205,68 197,16 456,8 10 10 10 205,44 202,92 444,8 11 10 10 204,24 202,8 447,5 12 10 10 199,92 213 435 13 10 10 194,52 192,6 494,9 14 10 10 192 189,72 509 15 10 10 185,64 189,72 526,5 Rata-rata 457,02 Standar Deviasi 31,17
Tabel 4.4 Hasil pengujian kekerasan baja AISI 1045 perlakuan quenching pada suhu 900oC dengan holding time 25 menit menggunakan air.
Titik Bahan Beban Waktu Diagonal (μm) HV
(kg) (s) d1 d2 1 Baja AISI 1045 10 10 191,64 193,44 500,1 2 10 10 199,44 195,72 475,1 3 10 10 196 192 518,7 4 10 10 192,12 193,92 497,5 5 10 10 201 203,40 453,2 6 10 10 195 199,2 477 7 10 10 197,04 199,80 470,8 8 10 10 197,16 198,36 474,1 9 10 10 191,16 193,68 500,6 10 10 10 188,64 188,64 521 11 10 10 188,16 188,16 523,7 12 10 10 183,48 182,28 554,6
42 Titik Bahan
Beban Waktu Diagonal (μm)
HV (kg) (s) d1 d2 13 10 10 190,44 188,04 517,7 14 10 10 192 189,72 509 15 10 10 201 203,40 453,2 Rata-rata 496,42 Standar Deviasi 27,80
Tabel 4.5 Hasil pengujian kekerasan baja AISI 1045 perlakuan quenching pada suhu 800oC dengan holding time 25 menit menggunakan oli SAE 20W-50.
Titik Bahan Beban Waktu Diagonal (μm) HV
(kg) (s) d1 d2 1 Baja AISI 1045 10 10 298,44 299,76 207,1 2 10 10 292,92 290,76 217,6 3 10 10 283,80 279,60 233,5 4 10 10 258,60 262,32 273,3 5 10 10 260,52 257,28 276,4 6 10 10 257,88 259,80 276,6 7 10 10 269,16 274,08 251,2 8 10 10 299,88 296,04 208,8 9 10 10 272,52 271,44 250,6 10 10 10 276,12 273,84 245,2 11 10 10 269,52 273,48 251,4 12 10 10 264,12 258,72 271,2 13 10 10 261,84 261,84 270,3 14 10 10 245,16 253,68 297,9 15 10 10 275,40 272,40 247 Rata-rata 251,87 Standar Deviasi 24,93
43
Tabel 4.6 Hasil pengujian kekerasan baja AISI 1045 perlakuan quenching pada suhu 850oC dengan holding time 25 menit menggunakan oli SAE 20W-50.
Titik Bahan Beban Waktu Diagonal (μm) HV
(kg) (s) d1 d2 1 Baja AISI 1045 10 10 209,64 207,84 425,4 2 10 10 212,04 210,60 415 3 10 10 214,44 217,56 397,2 4 10 10 221,52 223,44 374,6 5 10 10 207,48 215,16 415 6 10 10 213,12 220,20 395 7 10 10 224,52 222,12 371,6 8 10 10 218,04 217,32 391,3 9 10 10 207,84 207,84 429,1 10 10 10 216,48 216,48 395,7 11 10 10 218,88 225,72 375 12 10 10 206,76 204,60 438,4 13 10 10 211,32 217,56 403,1 14 10 10 214,92 212,04 406,9 15 10 10 209,64 218,28 405 Rata-rata 402,55 Standar Deviasi 19,33
Tabel 4.7 Hasil pengujian kekerasan baja AISI 1045 perlakuan quenching pada suhu 900oC dengan holding time 25 menit menggunakan oli SAE 20W-50.
Titik Bahan Beban (Kg) Waktu (s) Diagonal (μm) HV d1 d2 1 Baja AISI 1045 10 10 192,72 200,28 479,9 2 10 10 197,16 197,16 477 3 10 10 209,52 213,12 415 4 10 10 195,36 195,36 485,8 5 10 10 203,16 203,16 449,2
44 Titik Bahan Beban
(Kg) Waktu (s) Diagonal (μm) HV d1 d2 6 10 10 197,16 195,24 481,4 7 10 10 195,24 196,8 482,4 8 10 10 204,72 199,92 452,8 9 10 10 198 202,08 463,3 10 10 10 203,88 206,4 440,5 11 10 10 200,28 198,2 466 12 10 10 198,72 199,2 486,4 13 10 10 190,44 188,04 517,7 14 10 10 188,28 188,28 523,2 15 10 10 186 186,9 533,3 Rata-rata 476,92 Standar Deviasi 30,58
Tabel 4.8 Hasil nilai rata-rata kekerasan Vickers berdasarkan variasi temperatur
quenching dan media pendingin.
No Baja AISI 1045 Nilai rata-rata kekerasan Vickers (HV) 1 Tanpa Perlakuan 202,78 2 Temperatur: 800o C Air 398,48 3 Temperatur: 850o C Air 457,02 4 Temperatur: 900o C Air 496,42 5 Temperatur: 800 o C Oli SAE 20W-50 251,87 6 Temperatur: 850 o C Oli SAE 20W-50 402,55 7 Temperatur: 900 o C Oli SAE 20W-50 476,92
45
Gambar 4.1 Grafik perbandingan tingkat kekerasan baja AISI 1045 pada variasi temperatur quenching dan media pendingin
Pembahasan :
Berdasarkan gambar grafik yang terdapat pada gambar 4.1, hasil pengujian kekerasan Vickers (HV) pada material baja AISI 1045 diperoleh nilai rata-rata kekerasan yang bervariasi. Pada baja AISI 1045 tanpa perlakuan didapat nilai rata-rata kekerasan sebesar 202,78 HV, hal ini dikarenakan pada baja dengan tanpa perlakuan terdapat kandungan pearlite dan ferrite, dimana unsur tersebut mempengaruhi nilai kekerasan pada permukaan baja. Sifat dari pearlite yaitu kuat dan lumayan keras. Menurut (Callister, 2007) membuktikan bahwa pada baja paduan dengan komposisi kandungan tertentu terdapat unsur pembentuk struktur
pearlite dan ferrite, sehingga baja memiliki sifat lunak, kuat, dan lumayan keras.
Selanjutnya, setelah baja AISI 1045 dilakukan proses perlakuan panas quenching dengan menggunakan tiga variasi suhu 800, 850, dan 900oC dengan holding time selama 25 menit pada media pendingin air sebanyak 65 liter menjelaskan bahwa terjadi tingkat kenaikan nilai kekerasan yang sangat signifikan hal ini disebabkan oleh adanya perubahan fase austenite menjadi martensite. Penambahan temperatur dalam hal ini dapat meningkatkan kekerasan pada baja, hal ini dapat dibuktikan pada saat baja dipanaskan hingga mencapai suhu austenite akan mengakibatkan meningkatnya kelarutan karbon sehingga karbon akan terlarut dan menyusup pada
202.78 398.48 457.02 496.42 251.87 402.55 476.92 0 100 200 300 400 500 600 Tanpa Perlakuan
T: 800°C Air T: 850°C Air T: 900°C Air T: 800°C Oli SAE 20W-50 T: 850°C Oli SAE 20W-50 T: 900°C Oli SAE 20W-50 N ilai r at a-rat a kek er as an V ic ke rs
46
saat mencapai suhu austenisasi. Selain itu, pada kondisi baja telah melewati temperatur eutectoid sekitar pada suhu 723oC dan di holding time selama 25 menit maka terjadi peningkatan kelarutan karbon yang mengakibatkan nilai kekerasan pada baja AISI 1045 akan menjadi naik. Struktur kristal yang awalnya FCC (Face
Centered Cubic) menjadi BCT (Body Centered Tetragonal) ketika didinginkan
secara cepat (non-equilibrium) (Callister, 2007). Struktur kristal BCT (Body
Centered Tetragonal) pada paduan baja akan mengakibatkan tingkat kekerasan baja
meningkat (Callister, 2007).
Pada temperatur 800oC didapat nilai rata-rata kekerasan sebesar 398,48 HV, selanjutnya temperatur 850oC didapat nilai rata-rata kekerasan sebesar 457,02 HV, dan temperatur 900oC didapat nilai rata-rata kekerasan sebesar 496,42 HV dengan media pendingin air sebanyak 65 liter. Nilai kekerasan optimum terdapat pada temperatur 900oC dengan media pendingin air hal ini dikarenakan bertambahnya kelarutan karbon pada saat berlangsungnya proses perlakuan panas dan laju pendinginan secara cepat akan merubah kondisi menjadi tidak setimbang
(non-equilibrium) yang akan mengakibatkan meningkatnya kekerasan pada material baja
AISI 1045 serta juga dipengaruhi dari dominasi struktur martensite yang cukup banyak.
Selanjutnya, untuk hasil pengujian kekerasan dengan menggunakan media pendingin oli dengan seri SAE 20W-50 pada temperatur 800oC didapat nilai rata-rata kekerasan sebesar 251,87 HV, temperatur 850oC nilai rata-rata yang didapat sebesar 402,55 HV, dan pada temperatur 900oC nilai rata-rata yang didapat sebesar 476,92 HV. Dari data hasil nilai rata-rata uji kekerasan Vickers menjelaskan bahwa tingkat kenaikan kekerasan paling optimum terdapat baja AISI 1045 dengan perlakuan panas quenching pada suhu 900oC media pendingin air sedangkan untuk nilai kekerasan terendah terdapat pada baja tanpa perlakuan. Media pendingin air dan oli memiliki viskositas dan densitas yang berbeda-beda. Pada media pendingin air memiliki nilai densitas sebesar 998 kg/m3 dan viskositas 1,01 Pa.s. Sedangkan untuk oli memiliki nilai densitas sebesar 981 kg/m3 dan viskositas 4,01 Pa.s Meiriza Asyara & Syahrul, (2019). Semakin tinggi nilai densitas maka mengakibatkan laju pendinginan menjadi cepat hal ini akan mempengaruhi tingkat kekerasan baja menjadi naik, sedangkan apabila nilai viskositas dari suatu media pendingin
47
semakin tinggi maka menyebabkan laju pendinginan menjadi sedang hal ini akan mempengaruhi tingkat kekerasan pada baja AISI 1045. Laju pendinginan yang berbeda-beda ini akan mempengaruhi nilai kekerasan dari material baja AISI 1045. Pada saat baja mengalami waktu tahan yang terlalu lama akan mengakibatkan nilai kekerasannya menjadi naik. Selain itu, proses pemanasan di atas suhu kritis dan kemudian diikuti pendinginan cepat dapat meningkatkan kekerasan dari baja (Ginting et al., 2020). Baja AISI 1045 yang telah mengalami peningkatan nilai kekerasannya dipengaruhi oleh proses perlakuan panas (heat
treatment) dan media pendingin yang digunakan (Rifnaldi et al., 2019).
Menurut (Kim & Kwon, 2001) menegaskan bahwa pada saat proses perlakuan panas, pengaruh suhu dan komposisi baja terhadap elemen paduan seperti Ti, Mo, Ni, dll akan mempengaruhi sifat kekerasan dimana fase austenite berubah menjadi martensite, hal ini disebabkan oleh waktu yang sangat singkat selama proses pendinginan berlangsung. (Kim & Kwon, 2001) membuktikan pada penelitiannya yang berjudul “Phase Transformation In Machining Steel” pada saat transformasi fase dari pearlite menjadi austenite terjadi pada antar muka yang dikarenakan oleh suhu permukaan meningkat melebihi suhu austenisasi.
Penelitian yang dilakukan (Otero et al., 2014) dengan judul “Quench Factor
Characterization of Steel Hardening” membuktikan bahwa perlakuan panas baja
melibatkan pemanasan ke suhu yang lebih tinggi, dalam hal ini fase bertransformasi ke austenite yang selanjutnya diikuti dengan pendinginan terkontrol (quenching) untuk mendapatkan struktur mikro dan properti yang diharapkan. (Otero et al., 2014) menegaskan bahwa struktur mikro yang diperoleh bergantung pada laju pendinginan. Proses pengerasan baja berhasil bergantung pada kemampuan pengerasan dari komposisi baja, geometri bagian, sistem quenching, dan perlakuan panas yang digunakan (Otero et al., 2014).
Otero menegaskan bahwa ketika baja dipanaskan mengakibatkan nilai koefisien perpindahan panas dapat bervariasi secara subtansional, sehingga pada kondisi tertentu rentan terhadap proses pendinginan yang terjadi ketika mekanisme pendinginan lebih dominan. Pada media air yang tidak mengalami proses pengadukan (agitasi) pada suhu ruangan memiliki nilai koefisien panas dan
48
karakteristik yang berbeda-beda dengan media lain. Untuk media air memiliki pendidihan film sekitar 100-250 W/m2k, titik didih nukleasi sekitar 10-20 Kw/m2k, dan pendinginan konvektif sebesar 700 W/m2k (Otero et al., 2014).
Otero menganalisa bahwa pada kurva pendinginan dianggap sebagai metode terbaik guna mendapatkan proses quenching. Salah satu metode yang digunakan untuk menghubungkan kurva suhu waktu pendinginan dengan kekerasan baja yang telah di quenching yaitu metode QFA (quench factor analysis) (Otero et al., 2014). Metode QFA telah banyak digunakan untuk memprediksi nilai kekerasan baja setelah di quenching untuk baja paduan rendah dan baja karbon termasuk: AISI 4130, AISI 4140, dan AISI 5140. Penerapan metode QFA juga digunakan untuk memprediksi kekerasan Jominy sebagai fungsi posisi untuk baja AISI 4130 (Otero et al., 2014).
49
Gambar 4.2. Struktur mikro baja AISI 1045 sebelum dilakukan proses heat
treatment dengan pembesaran 222x.
Gambar 4.3. Foto struktur mikro baja AISI 1045 sebelum dilakukan proses heat
treatment dengan pembesaran 800x, Nital 2% (Akhyar Ibrahim, 2010).
Pearlite
Ferrite
Pearlite
50
Gambar 4.4. Struktur mikro baja AISI 1045 setelah dilakukan proses quenching pada suhu 800oC dengan holding time selama 25 menit menggunakan media pendingin air, pembesaran 222x.
Gambar 4.5. Struktur mikro baja AISI 1045 setelah dilakukan proses quenching pada suhu 850oC dengan holding time selama 25 menit menggunakan media pendingin air, pembesaran 222x.
Martensite
Martensite
Martensite
51
Gambar 4.6. Struktur mikro baja AISI 1045 setelah dilakukan proses quenching pada suhu 900oC dengan holding time selama 25 menit menggunakan media pendingin air, pembesaran 222x.
Gambar 4.7. Struktur mikro baja AISI 1045 setelah dilakukan proses quenching pada suhu 800oC dengan holding time selama 25 menit menggunakan media pendingin oli SAE 20W-50, pembesaran 222x.
Martensite
Martensite
Martensite
52
Gambar 4.8. Struktur mikro baja AISI 1045 setelah dilakukan proses quenching pada suhu 850oC dengan holding time selama 25 menit menggunakan media pendingin oli SAE 20W-50, pembesaran 222x.
Gambar 4.9. Struktur mikro baja AISI 1045 setelah dilakukan proses quenching pada suhu 900oC dengan holding time selama 25 menit menggunakan media pendingin oli SAE 20W-50, pembesaran 222x.
Martensite
Martensite
Martensite
53 4.2 Analisis Struktur Mikro
Berdasarkan gambar struktur mikro baja AISI 1045 yang terdapat pada gambar 4.2 dan 4.3 menjelaskan bahwa pada gambar struktur mikro 4.2 merupakan baja tanpa perlakuan (raw material) yang terdapat dua struktur yaitu ferrite dan
pearlite. Ferrite dan pearlite sangat mendominasi pada permukaan baja sehingga
menyebabkan sifat ulet, kuat, dan lumayan keras. Pada gambar 4.2 warna area yang berwarna hitam merupakan pearlite dan warna area yang berwarna putih merupakan ferrite. Gambar 4.3 menegaskan bahwa pada baja AISI 1045 memiliki struktur mikro ferrite dan pearlite. Area yang berwarna putih tersebut adalah ferrite sedangkan area yang berwarna hitam tersebut merupakan pearlite (Akhyar Ibrahim, 2010). Menurut (Callister, 2007) menegaskan bahwa struktur pearlite mulai terbentuk ketika komposisi karbon mencapai 0,76% C dan pearlite hanya terjadi dibawah temperatur eutectoid yaitu sekitar 723oC. Sedangkan untuk ferrite mulai terbentuk ketika melewati temperatur antara 300oC hingga mencapai temperatur 727oC (1341 F). Struktur mikro ferrite dan pearlite pada baja tanpa perlakuan ini memiliki nilai kekerasan sebesar 202,78 HV. Ferrite memiliki sifat sangat ulet dan lunak (Kalpakjian & Schmid, 2013).
Selanjutnya, berdasarkan gambar struktur mikro yang terdapat pada gambar 4.4, 4.5, dan 4.6 dengan media pendingin air menghasilkan struktur martensite yang berbeda-beda. Pada gambar 4.4 menjelaskan bahwa, ketika baja AISI 1045 dipanaskan pada suhu 800oC dengan waktu penahanan selama 25 menit dan didinginkan secara cepat akan merubah struktur austenite menjadi martensite. Struktur mikro martensite pada gambar 4.4 ini sangat sedikit dibandingkan dengan gambar 4.5 dan 4.6 hal ini dipengaruhi dari nilai rata-rata kekerasan yang diperoleh sebesar 398,48 HV. Pada pembesaran 222x ini struktur martensite dalam gambar 4.4 terlihat seperti jarum kecil memanjang dan bercabang.
Berikutnya pada gambar 4.5 menjelaskan bahwa, ketika baja AISI 1045 dipanaskan pada suhu 850oC dengan waktu penahanan selama 25 menit dan didinginkan secara cepat akan merubah struktur austenite menjadi martensite. Struktur mikro yang terdapat pada gambar 4.5 memiliki lumayan banyak yang terbentuk menjadi martensite dibandingkan dengan temperatur 800oC pada gambar
54
4.4 dengan media pendingin air, hal ini dipengaruhi dari nilai rata-rata kekerasan yang diperoleh sebesar 457,02 HV. Struktur martensite dalam gambar 4.5 ini memiliki karakteristik yang berbeda dengan gambar struktur mikro pada gambar 4.4, dimana martensite terlihat jelas dan lebih mendominasi. Pada gambar struktur
martensite berbentuk jarum-jarum kecil yang menutupi area pada permukaaan dari
baja AISI 1045.
Selanjutnya pada gambar 4.6 menjelaskan bahwa, ketika baja AISI 1045 dipanaskan pada suhu 900oC dengan waktu penahanan selama 25 menit dan didinginkan secara cepat akan merubah struktur austenite menjadi martensite. Struktur mikro yang terdapat pada gambar 4.6 memiliki banyak martensite dibandingkan dengan temperatur 800oC dan 850oC, hal ini dipengaruhi dari nilai rata-rata kekerasan yang diperoleh sebesar 496,42 HV. Struktur martensite dalam gambar 4.6 memiliki ciri khas yang unik dibandingkan dengan gambar 4.4 dan 4.5 dalam hal ini struktur martensite sangat terlihat jelas berbentuk menyerupai jarum kecil yang memanjang. Pada gambar 4.6 ini martensite sangat mendominasi pada area permukaan baja. Jarum-jarum kecil martensite ini saling berdekatan dan berimpitan satu sama lain sehingga mengakibatkan nilai kekerasannya tinggi.
Pada gambar struktur mikro 4.4, 4.5, dan 4.6 ini menggunakan media pendingin jenis air dengan volume air sebanyak 65 liter. Media pendingin air ini memiliki nilai densitas (ρ) yang tinggi dibandingkan dengan media pendingin oli. Air merupakan media yang paling banyak digunakan untuk proses quenching (pendinginan secara cepat) karena biayanya yang murah dan mudah didapatkan. Air memberikan pendinginan yang sangat cepat sehingga menyebabkan tegangan dalam, distorsi, dan retakan. Menurut Meiriza Asyara & Syahrul, (2019) menegaskan bahwa air memiliki nilai densitas (ρ) sebesar 998 kg/m3 dan viskositas (v) 1,01 Pa.s. Viskositas merupakan kemampuan laju aliran dan kekentalan dari suatu fluida. Viskositas memiliki kemampuan cairan untuk mempertahankan kekentalan terhadap suhu pada logam yang dipanaskan. Semakin tinggi nilai kekentalannya, maka mengakibatkan laju pendinginan menjadi sedang. Selain itu, pada media air terdapat karakterisktik nilai densitas. Densitas merupakan massa jenis yang dimiliki oleh suatu fluida tertentu. Semakin tinggi nilai densitas maka laju pendinginan semakin cepat. Jumlah volume air dalam proses pendinginan
55
secara cepat dapat mempengaruhi nilai kekerasan baja, hal ini disebabkan pada saat proses pencelupan dengan kecepatan dan volume air tertentu maka kalor (panas) yang dilepas sangatlah tinggi. Semakin banyak volume air maka jumlah panas yang dilepas menuju media pendingin semakin tinggi dan cepat. Selain itu, pengaruh penambahan temperatur dalam hal ini dapat meningkatkan kekerasan dan mendapatkan struktur martensite pada baja.
Selanjutnya, berdasarkan hasil pengamatan gambar struktur mikro yang terdapat pada gambar 4.7, 4.8, dan 4.9 dengan menggunakan media pendingin oli seri SAE 20W-50 menghasilkan struktur bainite dan martensite yang berbeda-beda. Pada gambar 4.7 menjelaskan bahwa, ketika baja AISI 1045 dipanaskan pada suhu 800oC holding time selama 25 menit dan didinginkan dengan menggunakan media pendingin jenis oli seri SAE 20W-50 ini merubah struktur austenite menjadi
bainite. Struktur mikro yang terdapat pada gambar 4.7 ini memiliki bainite yang
banyak. Keberadaan bainite mempengaruhi dari nilai rata-rata kekerasan yang diperoleh sebesar 251,87 HV. Pada pembesaran 222x ini struktur bainite lebih mendominasi dibandingkan struktur martensite.
Totten menegaskan bahwa, pertumbuhan bainite ini dikarenakan hasil dari produk dari pertumbuhan ferrite dan cementite menjadi austenite selama proses dekomposisi eutectoid dengan hal ini cementite yang muncul dalam bentuk non lamelar. Pada kinematika transformasi ini saling berkaitan dengan laju pergerakan difusi karbon pada baja(Totten, 2006).
Pada gambar 4.8 menjelaskan bahwa, ketika baja AISI 1045 dipanaskan pada suhu 850oC holding time selama 25 menit dan didinginkan menggunakan media pendingin jenis oli seri SAE 20W-50 akan merubah struktur austenite menjadi martensite. Struktur mikro yang terdapat pada gambar 4.8 memiliki jumlah
martensite yang cukup lumayan banyak, hal ini dipengaruhi dari nilai rata-rata
kekerasan yang diperoleh sebesar 402,55 HV. Struktur mikro pada suhu 850oC memiliki karakteristik yang berbeda dengan suhu 800oC, hal ini dikarenakan pada suhu 850oC struktur martensite mulai terlihat dan terbentuk jelas seiring dengan naiknya nilai kekerasan baja.
56
Selanjutnya, berdasarkan gambar struktur mikro 4.9 menjelaskan bahwa, ketika baja dipanaskan pada suhu 900oC holding time selama 25 menit dan didinginkan menggunakan media pendingin jenis oli seri SAE 20W-50 akan merubah struktur austenite menjadi martensite. Struktur mikro yang terdapat pada gambar 4.9 memiliki jumlah martensite yang sangat banyak dibandingkan dengan gambar 4.8 pada suhu 850oC, hal ini dipengaruhi dari nilai rata-rata kekerasan yang diperoleh sebesar 476,92 HV. Pada suhu 900oC struktur martensite sangat terlihat jelas dan sangat mendominasi area pada permukaan baja.
Pada gambar struktur mikro 4.7, 4.8, dan 4.9 ini menggunakan media pendingin jenis oli dengan seri SAE 20W-50 sebanyak 25 liter. Media pendingin oli memiliki viskositas yang lebih tinggi dibandingkan dengan media air dan air garam. Oli merupakan fluida yang digunakan dalam proses pendinginan secara sedang. Pada media oli memiliki nilai derajat kekentalan yang berpengaruh pada
Severity Of Quench (Handoyo, 2015). Menurut Meiriza Asyara & Syahrul, (2019)
menegaskan bahwa oli memiliki nilai densitas sebesar 981 kg/m3 dan viskositas 4,01 Pa.s. Semakin tinggi nilai viskositas pada media oli akan mengakibatkan laju pendinginan menjadi sedang, sehingga pada saat proses pelepasan panas (kalor) pada logam yang panas menyebabkan energi panas yang dibuang cukup sedang dibandingkan media air dan air garam yang mampu melepas panas (kalor) lebih tinggi dalam waktu yang cepat. Ketika material diberikan perlakuan panas
quenching pada suhu 800, 850, dan 900oC dengan media pendingin oli dengan seri SAE 20W-50 di holding time selama 25 menit hasilnya cukup berbeda dengan media pendingin air, karena media pendingin jenis oli dengan seri SAE 20W-50 memiliki nilai viskositas yang lebih tinggi dan densitas yang lebih rendah dibandingkan dengan media air.
Pada proses perlakuan panas quenching, ketika baja dipanaskan hingga melewati temperatur eutectoid dan didinginkan secara cepat, maka fase austenite berubah menjadi martensite, hal ini terjadi dikarenakan difusi antar atom-atom secara serentak dalam waktu yang sangat cepat, sehingga atom-atom yang tertinggal pada saat terjadi proses pergeseran atom-atom akan berada dilarutan padat (α ferrite) (Callister, 2007). Menurut (Callister, 2007) menegaskan bahwa dalam hal ini baja yang berada pada struktur martensite akan memiliki sifat keras.
57
Unsur karbon yang terdapat pada baja merupakan elemen pengeras utama. Efek penguat utama karbon ini terdiri dari penguat larutan padat dan penguat dispersi karbida (Totten, 2006).
Transformasi martensite terjadi ketika pada pendinginan secara cepat dan pada suhu tinggi. Pada proses ini terdapat endapan austenite yang menyebar menjadi campuran dua fasa yaitu ferrite dan karbida yang ditekan (Totten, 2006). Konsentrasi karbon martensite ini sesuai dengan kondisi austenite. Transformasi
austenite menjadi martensite dimulai ketika melewati suhu awal martensite (M). Martensite terbentuk pada interval suhu tertentu yang diiringi oleh laju pendinginan
secara cepat (Totten, 2006).
Totten menegaskan proses pendinginan dibawah Ms akan menyebabkan jumlah martensite meningkat dengan cepat karena pembentukan pelat (jarum) baru yang sangat cepat. Pelat (jarum) yang awalnya terbentuk tidak tumbuh seiring dengan waktu. Suhu Ms mendefinisikan bahwa pada temperatur tersebut tergantung pada paduan dan menurunnya suhu secara drastis seiring dengan peningkatan kandungan karbon baja (Totten, 2006). Bagian dari karbon ini akan memasuki karbida yang telah menyatu dengan austenite. Karbida akan larut dalam austenite jika suhu pendinginan dinaikan, hal ini menyebabkan konsentrasi karbon austenite akan meningkat (Totten, 2006).
Akhyar & Sayuti menegaskan bahwa semakin tinggi suhu pemanasan maka semakin tinggi retak quench, dan semakin tinggi waktu penahanan (holding time) maka semakin tinggi retak quench. Semakin tinggi kekerasan martensite pada baja AISI 1045 akan menjadi getas, dan selama proses pendinginan cepat hingga suhu kamar akan terjadi tegangan sisa (Akhyar & Sayuti, 2015). Jika tegangan sisa tarik lebih tinggi dari pada kuat tarik, maka material ini akan mengalami perengkahan
quench (Akhyar & Sayuti, 2015).
Pada media pendingin air dan oli dengan seri SAE 20W-50 memiliki laju difusi yang berbeda, dimana air lebih cepat dibandingkan dengan oli SAE 20W-50. Pada penelitian ini menggunakan penahanan suhu (holding time) selama 25 menit karena dalam kurung waktu tertentu struktur dari baja dapat homogen. Selain itu, hal-hal yang dapat meningkatkan nilai kekerasaan dari baja AISI 1045 terdiri dari
58
holding time, temperatur, dan jenis media yang digunakan. Pemilihan suhu dalam
penahanan material sangat berpengaruh terhadap proses transformasi fase dari
pearlite menjadi austenite. Waktu penahanan untuk klasifikasi baja karbon sedang
yang baik untuk merubah fase dan mendapatkan struktur austenite yang homogen selama 15-25 menit. (Thelning, 1967) menegaskan bahwa waktu penahanan sangat berpengaruh terhadap transformasi fase dan difusi karbon dengan elemen unsur lainnya yang terdapat pada baja. Apabila waktu penahan terlalu cepat dan kurang