Pengaruh Temper dengan Quench Media Oli Mesran SAE 20w – 50 Terhadap Karakteristik Medium Carbon Steel
Siska Titi Dwiyati
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Jakarta Jl. Rawamangun Muka Gd. B Jakarta-Timur
E_mail: siska_td@yahoo.com
Abstract
This research intent to know temper's influence with quench oli Mesran SAE's media 20W – 50 to mechanical characteristic and fisis on carbon steel's medium. temper's process is done with temperature 600 0C by quench on temperature 820 0 C. Method that is utilized in this research is Experimental Pre Design get type Static is Comparations's Group , raw material significant for specimen is EMS'S armor 45 PT's productions. BAJANAS'S DIVERSITY. Specimen tests to pull utilizing standart ASTM E8 A48, specimen impact point on ASTM E23, and specimen effervesces length base ASTM E8. Result tests composition point out significant base includes in faction carbon steel's medium with content decarbonizes 0,452 %. Micro structured examination point out micro structure raw materials consisting of ferrite and pearlite, after been done quench and temper happens changing where is ferrite item on quench as smaller than raw materials and back experiences item amplification while done by temper's process. Violence vickers averagely on raw materials pointed out by examination dot beginning 0,3 mm of edges as big as 165,82 and experience ascension gradation on quench and temper what does begin to point out violence stability on the dot examination 0,7 mm by force vickers as big as 237,7. EMS'S tensile strength 45 as big as 67,74 kg / mm 2 and experiences ascension as big as 18,27 % while done by temper's processes with maximum tension as big as 80,12 kg / mm2.
Force impact outgrown by happening on temper's specimen as big as 1,625 j./ mm2 or experiencing ascension as big as 4,17 % to raw materials and 2,68 % to quench. Examination plasticity impact showing specimen plasticity as big as 5,69 % on raw materials and increasing 45,13 % on quench and 73,64 % on temper's specimen. Examination result effervesces length to point out effervesces EMS'S length 45 as big as 1721 x 10 -6 mm and experiences ascension as 2959 x 10 -6 mm on specimen quench and 2014 x 10 -6mm on temper's specimen.
A few things that needs to be suggested from sequel research is type purpose carbon steel's medium one that in contrast to temperature variation on processes temper and coolant media while quench . Micro photograph take specimen did by notices its happening region distinctive violence zoom in specimen.
Key word : temper, quench , carbon steel's medium, violence, tensile strength, impact, effervesce long
A. Pendahuluan
Hardening merupakan proses pemanasan baja sampai suhu di daerah atau di atas daerah kritis disusul dengan pendinginan yang cepat yang dinamakan quench (Djafrie, 1995). Akibat proses hardening pada baja, maka timbul tegangan dalam (internal stresses), dan rapuh (brittles) yang menyebabkan baja tersebut belum cocok untuk segera digunakan sehingga baja tersebut perlu dilakukan proses lanjut yaitu temper. Atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja tersebut, maka peneliti memilih perlakuan panas temper dengan quenching media oli Mesran SAE 20W – 50. Perubahan sifat baja dapat diketahui dengan cara melakukan pengujian tarik, kekerasan, impact dan muai panas. Penelitian ini memfokuskan pada baja EMS 45 sebagai bahan penelitian.
B. Kajian Teori 1. Baja Karbon
Baja merupakan salah satu jenis logam yang banyak digunakan dengan unsur karbon sebagai salah satu dasar campurannya. Di samping itu baja juga
mengandung unsur-unsur lain seperti sulfur (S), fosfor (P), silikon (Si), mangan (Mn), dan sebagainya yang jumlahnya dibatasi. Sifat baja perlakuan panas yang bertujuan untuk meningkatkan kekerasan baja, hal ini dilakukan dengan memanaskan suatu baja karbon ke dalam daerah temperatur yang dianjurkan untuk pengerasan baja.
3. Tempering
Tempering adalah pemanasan kembali dari baja yang telah dikeraskan pada suhu dibawah suhu kritis yang disusul dengan pendinginan untuk menghilangkan tegangan dalam (sisa) dari baja akibat proses quenching. Melalui temper, kekerasan, dan kerapuhan dapat diturunkan sampai memenuhi persyaratan. Kekerasan turun, kekuatan tarik akan turun, sedang
keuletan dan ketangguhan akan meningkat (Djafrie, 1985). Proses temper dimungkinkan karena struktur martensit yang tidak stabil. Proses ini akan menyebabkan martensit berubah menjadi troosit atau sorbit sesuai dengan suhu penemperannya. Troosit dan sorbit tersebar halus dalam bentuk karbid pada lapisan ferrit.
Gambar 1: Diagram alur penelitian
D. Pembahasan dan Analisis 1. Hasil Penelitian
Hasil dalam penelitian ini berupa data angka, gambar, grafik dan foto-foto penelitian. Pengujian komposisi dilakukan untuk mengetahui kandungan unsure dalam material dan memastikan bahwa material penelitian yang digunakan dalam golongan medium carbon steel.
a. Hasil uji komposisi
Unsur-unsur yang terkandung dalam baja akan mempengaruhi sifat-sifat mekanis dan fisis dari baja yang bersangkutan. Jenis-jenis baja umumnya ditentukan berdasarkan kandungan unsur karbon yang terkandung dalam material baja tersebut. Tabel berikut ini menunjukkan data komposisi kimia unsur-unsur yang ada dalam material spesimen. Berdasarkan kandungan karbon dalam material dapat disimpulkan bahwa material yang digunakan tergolong medium carbon steel dengan kadar karbon 0,452 %.
b. Hasil foto mikro spesimen
Pengujian foto mikro bertujuan untuk mengetahui struktur yang terkandung dalam spesimen penelitian. Struktur mikro yang berbeda akan memberikan pengaruh yang berbeda pada sifat mekanis bahan. Bentuk penampang mikro untuk tiap jenis spesimen dengan perbesaran 200 kali adalah sebagai berikut :
Gambar 3. Foto mikro spesimen quench
Gambar 4: Foto mikro spesimen temper
c. Hasil pengujian kekerasan
Proses pengujian kekerasan logam dapat diartikan sebagai kemampuan suatu bahan terhadap pembebanan dalam perubahan yang tetap, ketika gaya tertentu diberikan pada suatu benda uji. Pengujian kekerasan dalam penelitian ini dilakukan berurutan pada jarak awal 0,1 mm dari tepi menuju ke tengah dengan jarak antar titik 0,2 mm sejauh 1.1 mm. Data hasil pengujian ini dikelompokkan menjadi 2 kelompok, yaitu data untuk spesimen raw materials dan data pengujian spesimen quench dan temper.
Berdasarkan pada hasil pengujian kekerasan yang digambarkan dalam grafik distribusi kekerasan raw materials di atas menunjukkan besarnya kekerasan vickers pada raw materials jarak 0,1 mm sebesar 171,5; jarak 0,3 mm sebesar 166,4; jarak 0,5 mm sebesar 165,8; jarak 0,7 mm sebesar 166,7; jarak 0,9 mm sebesar 166,1 dan pada jarak 1,1 sebesar 164,4.
Berdasarkan pada hasil pengujian kekerasan yang digambarkan dalam grafik distribusi kekerasan quench di atas menunjukkan besarnya kekerasan vickers pada spesimen quench jarak 0,1 mm sebesar 263,7; jarak 0,3 mm sebesar 260,3; jarak 0,5 mm sebesar 253,5; jarak 0,7 mm sebesar 240,7; jarak 0,9 mm sebesar 237,7 dan pada jarak 1,1 sebesar 237,7. Terhadap raw materials kenaikan kekerasan pada tiap titik pada spesimen quench berturut-turut sebesar 53,76%; 56,71%; 52,90%; 44,39%; 43,11%; 4,59%.
Berdasarkan pada hasil pengujian kekerasan yang digambarkan dalam grafik distribusi kekerasan temper di atas menunjukkan besarnya kekerasan vickers pada spesimen temper jarak 0,1 mm sebesar 260,8; jarak 0,3 mm sebesar 253,8; jarak 0,5 mm sebesar 243,8; jarak 0,7 mm sebesar 237,7; jarak 0,9 mm sebesar 237,7 dan pada jarak 1,1 sebesar 237,7. Kenaikan terhadap raw materials masing-masing titik berturut-turut sebesar 50,85 %; 52,80%; 47,04%; 42,59%; 43,11%; 44,59%. Kekerasan spesimen temper ini mengalami penurunan jika dibandingkan dengan spesimen quench masing-masing titik berturut-turut sebesar 1,90%; 2,50%; 3,83%; 1,25%; 0%; 0%.
d. Hasil pengujian tarik
Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis dari spesimen dalam penelitian ini. Hasil pengujian tarik terdiri dari tiga parameter yaitu parameter kekuatan tarik (ultimate strength), parameter kekuatan luluh (yield strength) dan parameter keuletan yang ditunjukkan oleh besarnya regangan serta bentuk penampang patah yang terjadi.
Hasil pengujian tarik terlihat dalam grafik uji tarik pada setiap spesimen. Data hasil pengujian ini dikelompokkan menjadi 2 kelompok, yaitu data untuk spesimen raw materials dan data pengujian spesimen quench dan temper, masingmasing data pada kelompok spesimen diambil rata-rata hasil pengujian. material baja EMS 45 sebesar 67,74 kg/mm2. Spesimen quench mempunyai tegangan
maksimum sebesar 86,44 kg/mm2 atau mengalami kenaikan sebesar 27,61 % terhadap raw materials. Spesimen temper mempunyai tegangan maksimum sebesar 80,12 kg/mm2 atau mengalami kenaikan sebesar 18,27 % terhadap raw materials tetapi mengalami penurunan sebesar 7,32 % dibandingkan spesimen quench.
Tegangan luluh di atas menunjukkan bahwa tegangan luluh terbesar terjadi pada spesimen quench yaitu sebesar 63,41 kg/mm2 atau mengalami kenaikan sebesar 45,99 %
terhadap raw materials. Tegangan luluh sebesar 59,03 kg/mm2 pada spesimen temper menggambarkan adanya penurunan sebesar 6,92 % terhadap spseimen quench tetapi mengalami kenaikan 24,59 % terhadap raw materials yang hanya sebesar 43,44 kg/mm2.
terhadap spesimen quench terjadi pada spesimen tempertur dengan perpanjangan yang sebesar 14,5 %, raw materials baja EMS 45 mempunyai perpanjangan sebesar 12,38 %. Berdasarkan grafik reduksi penampang di atas menunjukkan reduksi penampang raw materials baja EMS 45 sebesar 46,74 %. Spesimen quench mempunyai reduksi penampang sebesar 38,67% atau mengalami penurunan sebesar 17,27 % sedangkan spesimen temper mengalami penurunan reduksi penampang sebesar 9,55% dibandingkan raw materials dengan reduksi penampang sebesar 42,27 %.
Pengujian tarik berakhir dengan terjadinya perpatahan pada spesimen. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan terdapat perbedaan pada bentuk penampang patah pada raw materials, quench dan temper. Spesimen raw materials dan quench dengan pembesaran 20 kali memberikan gambaran bentuk patahan jenis partial cup cone. Perbedaan diantara keduanya terletak pada tekstur spesimen quench yang cenderung lebih halus. Spesimen temper mempunyai bentuk patahan cup cone dengan butir yang halus. Bentuk penampang patah untuk tiap jenis spesimen seperti gambar dibawah ini.
Gambar 6: Penampang patah uji tarik raw materials
Gambar 7: Penampang patah uji tarik quench
Gambar 8: Penampang patah uji tarik temper
e. Hasil pengujian impact
Pengujian impact bertujuan untuk mengukur kegetasan bahan atau keuletan bahan terhadap beban tiba-tiba dengan cara mengukur perubahan energy potensial sebuah palu godam yang dijatuhkan pada ketinggian tertentu. Data hasil pengujian ini dikelompokkan menjadi 2 kelompok, yaitu data untuk spesimen raw materials dan data pengujian spesimen quench dan temper. Secara umum, hasil
Tabel 4. Hasil pengujian impact Spesimen Impact (J/mm2)
Raw materials 1,560
Quench 1,583
Temper 1,625
Berdasarkan pada hasil pengujian impact di atas menunjukkan kekuatan impact raw materials sebesar 1,560 J/mm2. Spesimen quench mempunyai harga impact 1,583
J/mm2 atau mengalami kenaikan sebesar 1,45 %, spesimen temper mempunyai harga
impact sebesar 1,625 J/mm2 atau mengalami kenaikan sebesar 4,17%.
Kekuatan impact spesimen temper mengalami kenaikan sebesar 2,68 % dibandingkan dengan spesimen quench. Pengujian impact berakhir dengan terjadinya perpatahan spesimen. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan terdapat perbedaan pada bentuk penampang patah raw materials, quench dan temper. Hasil perhitungan keliatan spesimen impact Spesimen Keliatan spesimen diatas menunjukkan bahwa spesimen temper mempunyai keliatan yang tinggi sebesar 9,87 % mengalami kenaikan sebesar 19,64 % terhadap quench atau 73,64 % terhadap raw materials. Spesimen quench mempunyai keliatan sebesar 8,25 % mengalami kenaikan sebesar 45,13 % terhadap raw materials yang hanya mempunyai keliatan sebesar 5,69 %.
e. Hasil pengujian muai panjang
Pada suhu 00K atom-atom suatu bahan tidak bergerak dan jarak antar atom tetap. Apabila suhu dinaikkan, peningkatan energi memungkinkan atom-atom bergetar pada jarak antar atom rata-rata yang lebih besar, hal ini
menghasilkan pemuaian pada bahan tersebut. Pengujian muai panjang bertujuan untuk mengukur perpanjangan muai spesimen akibat kenaikan suhu yang diberikan.
2. Pembahasan
Hasil pengujian mekanis yang telah disajikan dalam bentuk diagram garis dan penampang patahan diketahui ada perbedaan antara raw materials, quench dan spesimen temper. Hasil pengujian kekerasan raw materials menunjukkan kestabilan kekerasan mulai titik 0,3 mm dari tepi dengan kekerasan vickers ratarata sebesar 165,82. Peningkatan kekerasan pada jarak 0,1 mm dimungkinkan terjadi akibat proses pembubutan pada saat pembuatan spesimen. Distribusi kekerasan masing-masing titik pada spesimen quench dan temper disebabkan karena proses pendinginan yang berawal dari tepi spesimen.
perlakuan yaitu quench dan temper mempunyai kekuatan tarik yang lebih tinggi. Kekuatan tarik spesimen quench 86,44 kg/mm2 dengan perpanjangan 10,87 % dan reduksi penampang sebesar 38,67 %, kekuatan tarik spesimen temper 80,12 kg/mm2 dengan perpanjangan 14,5 % dan reduksi penampang sebesar 42,27 %.
Kekuatan tarik spesimen temper mengalami penurunan dibandingkan dengan spesimen quench, hal ini disebabkan karena laju pendinginan pada temper yang lebih lambat dibandingkan dengan quench sehingga matriks ferit yang lunak dan ulet pada spesimen temper mempunyai waktu untuk membentuk partikel yang besar sehingga menyebabkan penurunan kekuatan tarik tapi mampu meningkatkan keuletan spesimen, dibuktikan dengan hasil foto mikro yang memperlihatkan besarnya butiran yang lebih besar dibandingkan quench.
Hasil pengujian impact yang disajikan dalam bentuk penampang patahan menunjukkan kekuatan impact spesimen quench 1,583 J/mm2, spesimen temper 1,625
J/mm2 dengan kekuatan impact raw materials sebesar 1,563 J/mm2. Foto mikro pada
spesimen quench dan raw materials menunjukkan adanya ferit dan perlit dengan kuantitas yang hamper berimbang, namun dengan adanya lapisan karbon pada spesimen quench menyebabkan peningkatan pada kekuatan impact. Pada spesimen temper
peningkatan kekerasan baja akibat proses quench diikuti dengan peningkatan keliatan bahan karena tempering sehingga meningkatkan ketangguhan bahan, didukung dengan hasil perhitungan keliatan spesimen. Kenaikan keliatan pada spesimen temper disebabkan karena lamanya proses pendinginan material sehingga jarak kegetasan spesimen meningkat yang menyebabkan penurunan luas penampang liat menjadi 79,18 mm2 dari sebelumnya yang sebesar 80,37 mm2 pada spesimen quench. Ketebalan daerah
keras menyebabkan perbedaaan pada kecenderungan muai panjang bahan seperti yang diperlihatkan pada perbedaan muai panjang pada raw materials, quench dan temper yang masing-masing sebesar 1721 x 10-6 mm, 2959 x 10-6 mm dan 2014 x
E. Kesimpulan dan Saran 1. Simpulan
Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan, maka dapat diambil simpulan sebagai berikut:
a. Karakteristik mekanis yang spesimen EMS 45 menunjukkan kekerasan spesimen temper yang stabil mulai pada jarak 0,7 mm dengan besar kekerasan vickers sebesar 237,7 dan kekerasan vickers sampai jarak pengujian 0,5 mm berturut-turut sebesar 258,7; 253,8; 243,8. Kekuatan tarik hasil temper dengan quench media oli Mesran SAE 20W – 50 sebesar 80,12 kg/mm2 atau mengalami penurunan sebesar 7,32 % terhadap quench dan mengalami kenaikan sebesar 18,27 % terhadap raw materials. Kekuatan impact terbesar terdapat pada spesimen temper yang sebesar 1,625 J/mm2 atau mengalami kenaikan sebesar 4,17 % dari raw materials yang sebesar 1,560 J/mm2. Harga muai panas temper sebesar 2014 x 10-6 mm atau mengalami penurunan sebesar 31,94 % terhadap spesimen quench dan mengalami kenaikan 17,03 % terhadap raw materials.
2. Saran
a. Proses quench menyebabkan terjadinya penurunan angka kekerasan pada material yang dimulai dari tepi spesimen, untuk mendukung data tersebut pada penelitian selanjutnya saat pengambilan foto mikro hendaknya dilakukan dengan memperhatikan daerah terjadinya penurunan kekerasan.
b. Penelitian ini hanya menggunakan variasi tempering pada suhu tinggi sebesar 6000C, untuk mengetahui lebih jelas perbedaan karakteristik medim carbon steel
pengujian selanjutnya hendaknya menggunakan variasi tempering pada suhu rendah, suhu menengah dan suhu tinggi dengan variasi media pendingin serta menggunakan jenis medium carbon steel yang lain sehingga dapat diketahui pengaruh unsur campuran dalam bahan.
c. Pada pemanfaatan secara praktis temper dengan quench media oli Mesran SAE 20W – 50 ini dapat digunakan sebagai alternatif untuk mendapatkan bahan dengan kekuatan dan ketangguhan sejauh kebutuhan pengguna.
Daftar Pustaka
Beumer, B.J.M. 1978. “Ilmu Pengetahuan Logam”. Semarang: PT. Bhratara Karya Aksara.
Beumer, B.J.M. 1980, “Pengetahuan Bahan”. Semarang: PT. Bhratara Karya Aksara. Doan, G.E. 1952. “The Principles of Physical Metallurgy”. New York: Mc Graw Boo
Company.
Djafri, Sriati. 1983. “Teknologi Mekanik Jilid I”. Terjemahan dari Manufacturing Processes”, Jakarta: Erlangga.
Djafri, Sriati. 1987. “Metalurgi Mekanik”. Terjemahan dari Mechanical Metallurgy. Jakarta: Erlangga.
Djafri, Sriati. 1990. “Dasar Metalurgi untuk Rekayasa”. Terjemahan dari Essential Metallurgy for Engineers. Jakarta: Erlangga.
Hari, A. dan Daryanto. I999. “Ilmu Bahan”. Jakarta: Bumi Aksara.
James F. Shackford. 1992. “Introduction to Material Science for Engineers”. New York: Macmilan Publishing Company.
Schonmentz, Gruber. 1985. “Pengetahuan Bahan dalam Pengerjaan Logam”. Bandung Aksara.
