Studi Ekperimental Pengaruh Jenis Fluida Pendingin
Pada Proses
Quenching
Dan
Holding Time
Terhadap
Sifat Mekanis Dan Struktur Mikro Baja ST 42
Khanif Setiawan1Setiawan Wahyu Aji3
1,2 Teknik Mesin STT Wiworotomo Purwokerto
Jl. Semingkir No. 1 Purwokerto email : hanif.sttw@yahoo.com)
Abstrak
Penggunaan baja ST 42 dalam dunia industri baik konstruksi atau pembuatan benda – benda dalam kehidupan sehari mendorong munculnya penemuan baru yang lebih inovatif dalam menciptakan baja ST 42 yang mampu menahan gesekan, tekanan, tarikan dan gaya yang lain. Untuk menghasilkan baja ST42 yang lebih unggul berbagai usaha dilakukan untuk mendapatkan Baja yang terbaik, salah satunya adalah dilakukan Holding Time yaitu melalui proses Quenching. Dengan dilakukan proses pemanasan akan meningkatkan keuletan, kekerasan dan struktur mikro. Pada penelitian ini dilakukan percobaan Holding Time dengan suhu pemanasan 8000C selama 15
menit pada masing – masing specimen. Kemudian dilakukan proses Quenching dengan media pendinginan Air, Udara dan Oli. Pengujian yang dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik, kekerasan dan foto mikro. Berdasarkan pengujian yang dilakukan pada material pendingin Air tegangan rata – rata sebesar 526,29 Mpa, pendinginan Udara tegangan rata – rata sebesar 857,50 Mpa dan pendinginan Oli tegangan rata – rata sebesar 867,53 Mpa. Pada pendinginan Air regangan rata – rata sebesar 18,69%, pada pendingin Udara regangan rata – rata sebesar 20,90% dan pada pendinginan Oli regangan rata – rata sebesar 28,30%. Dari hasil pengujian menghasilkan bahwa pendinginan dengan media Oli menghasilkan sifat mekanis Baja ST 42 yang terbaik.
Kata Kunci : Holding Time, Quenching, Sifat Mekanis, Struktur mikro
1. Pendahuluan
Baja merupakan salah satu material yang banyak dipergunakan sebagai bahan baku pembuatan komponen-komponen mesin, konstruksi bangunan, baik dalam bentuk plat, pipa, batang profil dan sebagainya. Baja merupakan campuran antara besi (Fe) dan karbon (C) sekitar 0,1% sampai 1,7%. Selain itu juga mengandung unsur-unsur lain seperti sulfur (S), fosfor (P), silicon (Si), mangan (Mn), secara terukur untuk mendapatkan sifat mekanik yang dibutuhkan[1].Perlakuan panas mempunyai tujuan untuk meningkatkan keuletan, menghilangkan
tegangan internal, menghaluskan butir kristal, meningkatkan kekerasan, dan sebagainya. Tujuan ini akan tercapai jika memperhatikan faktor-faktor yang mempengaruhinya seperti suhu pemanasan dan media pendingin[2]. Pada penelitian tentang pengaruh jenis media pendingin
terhadap peningkatan nilai kekerasan baja ST.40 melalui proses pemanasan menyatakan bahwa jenis media pendingin mempunyai pengaruh terhadap peningkatan nilai kekerasan baja ST.40. Media pendingin yang digunakan yaitu air, solar, dan oli, dari media pendingin tersebut media pendingin air sangat cocok digunakan untuk meningkatkan nilai kekerasan[3].
Berdasarkan hasil tentang pengaruh perbedaan waktu penahanan suhu stabil (holding time) terhadap kekerasan logam yang membahas terlalu lama holding time maka akan terjadi pertumbuhan butiran yang menyebabkan turunnya kekerasan[4]. Hasil penelitian tentang pengaruh
EDISI 6 NO 2 Nopember 2014
ISSN 1978-2497
ITEKS
Intuisi Teknologi Dan Seni
================================================================= banyak endapan karbida pada batas butir serta austenite sisa, annealing didapatkan fasa perlit dan
ferit[5][6].
Dengan latar belakang tersebut peneliti akan menggunakan sampel baja ST 42 yang dipanaskan pada temperatur 800°C dengan holding time 30 menit. Setelah baja dipanaskan kemudian langsung didinginkan secara cepat (quenching) dengan media pendinginan yang berbeda yaitu udara, air, dan oli. Selanjutnya dilakukan uji kekerasan, uji tarik dan struktur mikro baja berdasarkan perbedaan media pendingin. Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan sifat baja yang diharapkan terhadap pengaruh pemanasan dengan media pendingin yang baik.
2. Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan adalah metode Quasi experimental yang dilakukan dilaboratorium teknik dengan penekanan pada karakteristik mekanik (kekuatan tarik, kekerasan, muai panjang,) dan fisis (struktur mikro) bahan. Penelitian Quasi eksperimental dilakukan dengan memberikan treatment untuk variable penelitian kemudian baru mengukur hasil ekperimen.. Penelitian ini menggunakan baja ST 42 sebagai bahan penelitian.Bahan ini dibentuk menjadi spesimen kekuatan tarik dan kekerasan.
2.1 Bahan penelitian
Gambar 2.1. Dimensi Uji Tarik
Gambar 2.2. Dimensi Uji Kekerasan
2.2 Proses Perlakuan Panas
Pemanasan diawali dengan persiapan bahan dan dapur pemanas. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan dapur listrik dengan suhu 800°C dengan melakukan penehanan selama 30 menit. Yang pertama adalah Proses Quenching, Proses quenching dilakukan dengan cara mendinginkan semua spesimen yang telah dipanaskan pada suhu 800°C dan tahan selama 30 menit kemudian didinginkan dengan cara dicelupkan kedalam oli mesran SAE 40, air dan udara.
2.3 Pengujian specimen
Langkah pengujian adalah pengujian tarik, Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik dari material bahan uji yang telah dipersiapkan. Benda uji yang telah dibuat sesuai dengan standart yang telah di tentukan.
3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Data Pengujian Tarik
Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui sifat mekanis material yang telah di lakukan perlakuan panas. .Hasil pengujian tarik terdiri dari tiga parameter yaitu parameter kekuatan tarik (ultimate strength), parameter kekuatan luluh (yield strength) dan parameter keuletan yang ditunjukan oleh besarnya regangan.Hasil pengujian tarik terlihat dalam grafik uji tarik 3.1, dan 3.2. Dari hasil pengujian spesimen yang telah dilakukan perlakuan didapatkan hasil pengujian sebagai berikut. Rumus dan perhitungan tegangan tarik baja ST 42
. (1) Dengan : = kekeuatan tarik maksimum (N/mm ); p= beban atau gaya (N) Ao = luas penampang batang mula-mula (mm²)
Besarnya harga regangan adalah:
(2)
Dengan = regangan (%); Lo = panjang awal (mm); = panjang akhir (mm)
Tabel 3.1. Hasil Uji Tarik Material
EDISI 6 NO 2 Nopember 2014
ISSN 1978-2497
ITEKS
Intuisi Teknologi Dan Seni
=================================================================
Dari tabel hasil pengujian spesimen dengan perlakuan variasi pendinginan didapatkan grafik hubungan tegangan tarik dan perlakuan pendingin dapat dilihat pada grafik 3.1 sebagai
Gambar 3.1. Grafik hubungan Tegangan Tarik dan Perlakuan Pendinginan
Berdasarkan grafik 3.1 diatas didapatkan tegangan pada tiap – tiap perlakuan pendinginan diketahui bahwa pada perlakuan pendinginan menggunakan media udara, tegangan rata – rata sebesar 857,60 Mpa, perlakuan pendinginan menggunakan media air, tegangan rata – rata sebesar 526,29 Mpa dan pada perlakuan pendinginan menggunakan media oli, tegangan rata – rata sebesar 867,53 Mpa.
Dari hasil tegangan rata – rata didapatkan tegangan rata – rata tertinggi dihasilkan pada specimen dengan perlakuan pendinginan oli, yaitu sebesar 867,53 Mpa. Pada perlakuan pendinginan menggunakan media oli menghasilkan kemampuan menahan dari patahan lebih tinggi. Hal ini disebabkan pada saat benda kerja yang telah dipanaskan kemudian dilakukan pendinginan menggunakan media oli akan mendapatkan unsur karbon yang terdapat pada oli. Unsur karbon yang terdapat pada oli akan bersatu dengan specimen yang masih dalam kondisi panas. Penambahan ini akan menambah kekerasan dari tiap – tiap specimen dengan perlakuan yang sama.
Gambar 3.2. Grafik hubungan Regangan Tarik dan Perlakuan Pendinginan
Berdasarkan grafik diatas didapatkan regangan pada tiap – tiap perlakuan pendinginan dapat diketahui pengaruh perlakuan pendinginan menggunakan media udara, regangan rata – rata sebesar 20,90 %, pada perlakuan pendinginan menggunakan media air, regangan rata – rata sebesar 18,69 % dan pada perlakuan pendinginan menggunakan media oli, regangan rata – rata sebesar 28,30 %.
Dari hasil regangan rata – rata didapatkan regangan rata – rata tertinggi dihasilkan pada specimen dengan perlakuan pendinginan oli, yaitu sebesar 28,30%. Pada perlakuan pendinginan menggunakan media oli menghasilkan kemampuan menahan dari patahan lebih tinggi. Hal ini disebabkan pada saat benda kerja yang telah dipanaskan kemudian dilakukan pendinginan menggunakan media oli akan mendapatkan unsur karbon yang terdapat pada oli. Unsur karbon yang terdapat pada oli akan bersatu dengan specimen yang masih dalam kondisi panas. Penambahan ini akan menambah kekerasan dari tiap – tiap specimen dengan perlakuan yang sama.
3.2 Data Hasil Pengujian Vikers
Setelah melakukan pengujian vickers dan perhitungan nilai kekerasan didapat dari perhitungan sebagai berikut Perhitungan nilai kekerasan Vickers pada pendingin udara adalah sebagai berikut:
(3)
EDISI 6 NO 2 Nopember 2014
ISSN 1978-2497
ITEKS
Intuisi Teknologi Dan Seni
=================================================================
Tabel 3.4 Hasil Pengujian Kekerasan perlakuan dingin
Tabel di atas adalah tabel dari hasil pengujian Vickers dari variasi material pendingin udara, air dan oli.Hasil pengujian di atas di setiap spesimennya mengalami tiga penitikan yang di lakukan penitikan secara sembarang pada spesimennya.
185.00
Gambar 3.3.Grafik nilai kekerasan spesimen denganperlakuan pendingin
Berdasarkan grafik diatas didapatkan tegangan pada tiap – tiap perlakuan pendinginan Pada perlakuan pendinginan menggunakan media udara, kekerasan rata – rata sebesar 196,10 VHN, menggunakan media air, kekarasan rata – rata sebesar 193,00 VHN.Pada perlakuan pendinginan menggunakan media oli, kekerasan rata – rata sebesar 201,50 VHN.
panas. Penambahan ini akan menambah kekerasan dari tiap – tiap specimen dengan perlakuan yang sama.
3.3 Hasil Pengujian Foto Mikro
Penggujian spesimen menggunakan media pendinginan Udara dapat dilihat pada gambar 4.5 .
Gambar 3.5. Foto mikro menggunakan (a) media pendinginan Udara (b) media pendinginan Air
Gambar 3.6. Foto mikro media pendinginan Oli
Pada pengujian spesimen yang telah dilakukan pendingin menggunakan media pendinginan yang berbeda terdapat perbedaan foto mikro penyusunan material yang terbentuk. Dimana media pendinginan yang digunakan Udara, Air dan Oli. Pada media pendinginan Udara proses pendinginan pada material yang telah dilakukan pemanasan berlangsung dengan lambat, sehingga susunan yang terbentuk pada material hasil pengujian menjadi lebih rapat. Pada media pendinginan Air proses pendinginan pada material yang telah dipanaskan berlangsung lebih cepat sehingga susunan material baru yang terbentuk akan lebih cepat, sehingga susunan yang terbentuk tidak padat. Pada media pendinginan menggunakan media pendinginan Oli pada material yang dipanaskan berlangsung lambat dengan panambahan unsur carbon yang terdapat pada oli bergabung dengan spesimen yang dipanaskan sehingga spesimen yang didinginkan menjadi lebih kuat.
Bainit adalah salah satu produk yang dihasilkan dari transformasi austenit.Struktur mikro bainit terjadi pada fase ferrit dan simentit. Proses difusi dilibatkan dalam bentuk bainit yang berbentuk jarum atau lapisan yang sangat tergantung pada temperatur transformasi. Perlit, Perlit
A B
EDISI 6 NO 2 Nopember 2014 terbentuk sedikit dibawah temperatur eutektoid memiliki kekerasan yang lebih rendah dan memerlukan waktu inkubasi yang lebih banyak.
4. Kesimpulan Dan Saran 4.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan penelitian dan pengujian terhadap specimenQuenching pada Baja ST 42 dimana pengujian tersebut meliputi pengujian kekuatan tarik, kekerasan bahan dan foto mikro, dan hasil pengamatan dari data-data hasil pengujian yang dihasilkan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
a. Pada pengujian tarik, tegangan tarik terdapat perbedaan dari material pendinginan melalui media Udara, Air dan Oli. Pada pengujian material menggunakan media pendinginan Udara tegangan rata – rata sebesar 857,60 Mpa, tegangan tarik yang dihasilkan media pendinginan Air sebesar 526,29 Mpa dan tegangan tarik yang dihasilkan media pendinginan Oli sebesar 867,53 Mpa. Dari hasil tegangan tarik pengujian spesimen media pendinginan Oli menghasilkan tegangan rata – rata tertinggi.
b. Pada pengujian tarik terdapat perbedaan regangan tarik yang dihasilkan melalui media pendinginan Udara, Air dan Oli. Pada pengujian spesimen menggunakan media pendinginan udara Regangan rata – rata sebesar 20,90%, regangan tarik yang dihasilkan menggunakan media pendinginan Air Regangan rata – rata sebesar 18,69% dan Regangan tarik rata – rata yang dihasilkan menggunakan media pendinginan Oli sebesar 28,30%. Dari hasil pengujian spesimen material yang didinginkan menggunakan media Oli menghasilkan Regangan tarik paling besar.
c. Pada pengujian kekerasan terdapat perbedaan nilai kekerasan yang dihasilkan menggunakan media pendinginan Udara, Air dan Oli. Pengujian menggunakan media pendinginan Udara menghasilkan nilai kekerasan rata – rata sebesar 196,10 VHN. Pengujian menggunakan media pendinginan Air menghasilkan nilai kekerasan rata – rata sebesar 193,00 VHN. Dan pengujian menggunakan media pendinginan Oli menghasilkan nilai kekerasan rata – rata sebesar 201,50 VHN.
d. Pada pengujian foto mikro tiap-tiap spesimen hasil pendinginan menggunakan media Udara, Air dan Oli terdapat perbedaan struktur penyusunan partikel–partikelnya. Dimana dengan metode pendinginan menggunakan material yang berbeda–beda akan mengakibatkan perbedaan kerapatan ikatan antara partikel, yang akan mempengaruhi kekuatan tarik dan nilai kekerasan.
4.2 Saran
a. Perlunya karakterisasi fluida secara detail untuk mengetahui sifat termofisik dan kimia sebagai media quenching.
b. Suhu kristalisasi harus lebih variasi sebagai acuan holding time
c. Pada pengujian selanjutnya proses pembuatan specimen yang akan digunakan untuk melakukan uji tarik yang telah melewati tahap quenching harus dibuat kasar agar tidak licin.
5. Daftar Pustaka
[1] Ahmad, Fikri. 2013. Pengaruh Temperatur Media Pendingin untuk Quenching terhadap Kekerasan Baja ST 42 dan ST 60. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Malang.
[3] Gata, Ihsan, Bangsawan. 2012. Pengaruh Variasi Temperatur Dan Holding Time Dengan Media Quenching Oli Mesran Sae 40 Terhadap Struktur Mikro Dan Kekerasan Baja Assab 760. Jurusan Teknik Pendidikan Dan Kejuruan. Universitas Negeri Surakarta. [4] Muhamad, Latief, Kamal. 2009. Study Eksperimen Proses Quenching Dan Tempering Pada
Baja ST 40. Teknik Mesin. Sekolah Tinggi Teknik Wiworotomo.
[5] H, Purwanto. 2011. Analisa Quenching Pada Baja Karbon Rendah Dengan Media Solar. Jurusan teknik mesin, fakultas teknik, universitas wahid hasyim semarang.
