View of ANALISIS PENGARUH TEMPERATUR AUSTENITE DAN MEDIA QUENCHING MATERIAL S45C DAN EMS45 TERHADAP KEKERASAN

(1)

Aditya Nugraha, “Analisis Pengaruh Temperatur Austenite Dan Media Quenching Material S45C dan EMS45…

ANALISIS PENGARUH TEMPERATUR AUSTENITE DAN MEDIA QUENCHING MATERIAL S45C DAN EMS45 TERHADAP KEKERASAN

Aditya Nugraha¹⁾

1) Program Studi Rekayasa Teknologi Manufaktur, Politeknik ATMI Surakarta E-mail: [email protected]

Kurniawan Sindu Arifin²⁾,Daniel Calvin Setiawan³⁾

2) Program Studi Teknik Mesin Industri, Politeknik ATMI Surakarta

3) Program Studi Rekayasa Teknologi Manufaktur, Politeknik ATMI Surakarta

Abstrak

Hardening adalah perlakuan panas dengan tujuan meningkatkan kekerasan pada baja. S45C merupakan material yang banyak digunakan sebagai part mesin yang membutuhkan proses harden. Pada beberapa kasus, material S45C tidak bisa menghasilkan kekerasan 50 HRC sesuai dengan katalog, maka diperlukan material pembanding sebagai material yang setara. Penelitian ini akan membandingkan material S45C dengan material EMS45 dilihat dari kekerasan yang dihasilkan sebagai opsi pengganti material S45C.

Variasi temperatur austenite yang digunakan adalah 800° C , 825° C , 850° C , dan media quenching yang digunakan adalah oli, air-oli, dan air. Metode ANOVA digunakan untuk mengetahui pengaruh variasi temperatur dan media quenching. Material S45C, kekerasan 50 HRC didapatkan pada temperatur austenite 800° C, 825° C, dan 850° C dengan media quenching air. Pada material EMS45, kekerasan 50 HRC didapatkan dengan media quenching air, air-oli, dan oli pada temperatur austenite 850° C, dan 800°

C dengan media quenching air-oli. Untuk material S45C, media quenching memiliki pengaruh 81%, dan temperatur austenite 4,2% terhadap hasil uji kekerasan sedangkan, material EMS45 media quenching memiliki pengaruh 83,9% dan temperature austenite 5,9% terhadap hasil uji kekerasan. Material EMS45 bisa digunakan sebagai material pengganti S45C.

Kata Kunci: harden, temperatur austenite, dan media quenching

Abstract

Hardening is a heat treatment to increase the hardness of steel. S45C is a material widely used as machine parts that require a hardening process. In some cases, the S45C material cannot produce a hardness of 50 HRC according to the catalogue, so a comparison material is needed as an equivalent material. This study will compare the S45C material with the EMS45 material in terms of the resulting hardness as an option to replace the S45C material. The temperature variations of the austenite used were 800° C, 825° C, 850° C, and the quenching media used were oil, water-oil and water. The ANOVA method is used to determine the effect of variations in temperature and quenching media. S45C material, 50 HRC hardness obtained at austenite temperatures of 800° C, 825° C, and 850° C with water quenching media. For EMS45 material, a hardness of 50 HRC was obtained by quenching water, water-oil, and oil at austenite temperatures of 850° C and 800° C using water-oil quenching. For S45C material, quenching media has an effect of 81%, and austenite temperature 4.2% on hardness test results, while EMS45 material the quenching media has an effect of 83.9% and 5.9% austenite temperature on hardness test results. EMS45 material can be used as a replacement material for S45C.

Keywords: harden, austenite temperature, and quenching media

PENDAHULUAN

Perlakuan panas (heat treatment) adalah proses pemanasan dan pendinginan yang diterapkan pada logam dan paduan dalam bentuk padat sehingga memperoleh sifat yang diinginkan (Wibowo, 2020). Banyak komponen permesinan menggunakan proses heat treatment untuk tujuan meningkatkan kekerasan, keuletan, dan menghilangkan tegangan dalam. Hardening adalah jenis perlakuan panas dengan tujuan meningkatkan kekerasan pada baja (Airlangga dkk, 2021). Material yang melewati proses hardening biasanya akan dipanaskan dalam suatu oven listrik sampai temperatur tertentu kemudian didinginkan dengan media pendingin yang sesuai dengan jenis material sehingga menghasilkan kekerasan yang diinginkan ( Effendi, 2019).

(2)

Roller, pin, dan bush S45C merupakan part-part mesin yang menggunakan material S45C yang dipesan oleh customer untuk dikerjakan di PT ATMI Solo. Part-part tersebut diproses hardening menggunakan oven Politeknik ATMI Surakarta dengan temperatur austenite dan media pendingin sesuai katalog. Pengalaman di lapangan menunjukkan, beberapa produk menghasilkan kekerasan yang tidak sesuai, yaitu di angka 35 sampai 42 HRC dengan menggunakan media quenching oli, dan dalam satu permukaan memiliki kekerasan yang tidak seragam. Material S45C yang tidak menghasilkan kekerasan yang sesuai katalog (50 HRC), mengakibatkan produk restart, sehingga untuk mengatasi kesulitan tersebut digunakan material EMS45 sebagai material yang setara dengan S45C.

ANOVA merupakan sebuah metode analisis statistik yang menguji perbedaan antara variabel (grup). ANOVA adalah singkatan dari analysis of variance. Anova digunakan untuk melihat perbandingan seberapa besar presentase yang mempengaruhi dari hasil analisis.

Penelitian ini akan membandingkan material S45C dengan material EMS45 dilihat dari kekerasan yang dihasilkan sebagai opsi pengganti material S45C.

METODE

Tahapan proses yang dilakukan dalam penelitian ini dapat digambarkan dengan sebuah diagram seperti pada Gambar 1.

Gambar 1. Diagram alir penelitian

(3)

Variasi dari penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada seperti Tabel 1. Setiap variasi dibuat 3 spesimen.

Tabel 1. Variasi penelitian Variabel,

Variasi

Material S45C

Material EMS45 Temperatur

Austenite (° C)

Media quenching

Temperatur Austenite

(° C)

Media Quenching

Variasi 1 800 Oli 800 Oli

Variasi 2 800 Air-Oli 800 Air-Oli

Variasi 3 800 Air 800 Air

Proses penelitian dilakukan melalui dua tahap, yaitu proses manufaktur dan pengujian. Proses dimulai dengan membuat gambar kerja spesimen untuk proses bubut, seperti dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Gambar kerja spesimen

Spesimen yang selesai proses bubut, selanjutnya akan melalui proses gerinda surafece, dengan tujuan uji kekerasan memiliki permukaan yang rata. Persiapan proses harden, spesimen diikat menggunakan kawat baja sebelum dimasukkan ke dalam oven, seperti pada Gambar 3.

Gambar 3. Benda spesimen diikat kawat

Proses hardening menurut kaidah meliputi pre-heating, austenizing, quenching dan tempering, 4 proses tersebut harus dilakukan agar material dikatakan sempurna seluruh bagian memiliki struktur yang rata. Dengan urutan proses sebagai berikut:

1. Pre-heating adalah proses menyamakan temperatur permukaan dengan bagian inti spesimen sebelum dinaikkan ke temperatur austenizing. Temperatur preheating yang dipakai pada penelitian ini adalah 650° C dengan waktu 1 jam.

2. Austenizing adalah proses terjadinya perubahan struktur mikro baja menjadi austenite. Temperatur austenizing yang dipakai pada penelitian ini adalah: 800° C, 825° C, dan 850° C, dengan waktu austenizing 15 menit, dan dilakukan pengukuran temperatur benda kerja di dalam oven seperti pada Gambar 4.

(4)

Gambar 4. Proses pengukuran temperatur austenizing

3. Quenching adalah proses pendinginan material yang sudah melewati proses autenizing dengan media yang sudah ditentukan. Media dalam penelitian ini terdapat 3 variasi , yaitu oli, air-oli, dan air. Indikator selesai quenching adalah spesimen sudah tidak berasap, menandakan spesimen memiliki suhu ruang. Oli dan air yang digunakan quenching memiliki temperatur ruang seperti pada Gambar 5.

Gambar 5. Proses pengukuran temperatur media quenching

4. Tempering adalah proses pemanasan dengan suhu tertentu setelah benda kerja di quenching, dengan tujuan membuat ukuran struktur material menjadi lebih seragam. Penelitian ini menggunakan temperatur 200° C selama 1 jam.

Uji kekerasan menggunakan metode Rockwell-C dengan mesin merk Albert Gnhem dapat dilihat Gambar 6.

Gambar 6. Mesin uji kekerasan Albert Gnhem Pengujian kekerasan dilakukan pada 2 titik setiap spesimen seperti Gambar 7.

Gambar 7. Titik uji kekerasan

(5)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil uji kekerasan spesimen S45C dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8. Hasil uji kekerasan spesimen S45C

Dilihat dari Gambar 8 menunjukkan bahwa temperatur austenite 850° C, dengan media quenching oli menghasilkan nilai kekerasan paling rendah sebesar 32,3 HRC. Nilai kekerasan paling tinggi 52,8 HRC didapatkan pada temperatur austenite 850° C serta media quenching yang digunakan adalah air. Pada temperatur austenite 800° C, 825° C, dan 850°

C didapatkan kekerasan tertinggi dengan media quenching air.

Hasil uji kekerasan spesimen EMS45 dapat dilihat pada Gambar 9. dibawah ini.

Gambar 9. Hasil uji kekerasan spesimen EMS45

Pada Gambar 9, dapat dilihat bahwa material EMS45 cenderung menghasilkan kekerasan lebih tinggi jika dibandingkan dengan material S45C. Kekerasan tertinggi sebesar 53 HRC didapatkan pada temperatur austenite 850° C dengan media quenching air, sedangkan kekerasan terendah 42,3 HRC didapatkan pada temperatur 825° C dengan media quenching air-oli. Hasil pengujian kekerasan untuk material EMS45 menunjukkan error atau perbedaan hasil untuk pengulangan tiap variasi cenderung lebih kecil jika dibandingkan dengan hasil pengujian kekerasan material S45C.

Analisis menggunakan metode ANOVA untuk material S45C, temperatur austenite di variasi 800° C, 825° C, dan 850° C tidak berpengaruh banyak terhadap nilai kekerasan yang dihasilkan. Pengaruh yang signifikan pada media quenching terhadap nilai kekerasan yang dihasilkan. Media quenching air yang menghasilkan nilai kekerasan yang maksimal. Tabel 2 menunjukkan variasi untuk perhitungan parameter.

Tabel 2. Variasi untuk perhitungan parameter

Faktor variasi

Temperatur austenite (A) 3 Media quenching (B) 3

38,5 41

51,2

43,7 42,3

52,5 32,3

44,3

52,8

0 10 20 30 40 50 60 70

oli air-oli air

Nilai kekerasan (HRC)

Media quenching 800° C 825° C 850° C

45,7 50

46,2

42,7 42,3 45,3

50,3 52,2 53

0 10 20 30 40 50 60

oli air-oli air

Nilai kekerasan (HRC)

Media quenching 800° C 825° C 850° C

(6)

Analisis ANOVA untuk material S45C

Perhitungan faktor variasi menggunakan Rumus 1(Ghazali et al, 2011) .

(1) Keterangan rumus 1:

𝑇 = faktor varian = Jumlah varian

8

Perhitungan faktor variabel temperatur austenite dan faktor variabel media quenching menggunakan Rumus 2 dan 3.

Keterangan rumus 2 dan 3 :

𝐴 = factor variabel A

𝐴 = derajat variasi variabel A

B = factor variabel B

B = derajat variasi variabel B

Perhitungan faktor error variabel A dan B menggunakan Rumus 4.

Keterangan rumus 4 :

𝑒 = faktor error

𝑇= faktor varian

𝐴 = factor variabel A

= 4

Penjumlahan variabel berpangkat menggunakan Rumus 5( Pareek & Jaiprakash, 2013).

(𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 ) ( 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 )

Keterangan rumus 5:

𝑇 = penjumlahan pangkat 𝑇 = Hasil pengukuran = Jumlah varian

(

)

(2) (3)

(4)

(5)

(7)

Penjumlahan variabel berpangkat faktor A menggunakan Rumus 6.

( ^∑

^∑

)

Keterangan rumus 6:

𝐴 = penjumlahan pangkat faktor A = Jumlah varian

𝑇 = Hasil pengukuran

( ) (

)

Penjumlahan varabel berpangkat faktor B menggunakan Rumus 7.

( ∑

∑

) ( 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇 )

Keterangan :

B = penjumlahan pangkat faktor B = Jumlah varian

𝑇 = Hasil pengukuran

( ) (

)

Faktor Error menggunakan Rumus 8.

Keterangan rumus 8 :

𝐸 = penjumlahan faktor error

𝑇 = penjumlahan pangkat

𝐴 = penjumlahan pangkat faktor A

Nilai variasi semua faktor dihitung menggunakan Rumus 9, 10, dan 11.

Keterangan rumus 9 dan 10 :

𝐴 = Variasi variabel A

(7)

(8)

(9) (10)

(6)

(8)

𝐴 = faktor variabel A

B = Variasi variabel B

B = penjumlahan pangkat faktor B

B = faktor variabel B

Faktor error menggunakan Rumus 11.

Nilai variasi F-rasio untuk faktor A dan B dihitung menggunakan Rumus 12 dan 13.

Keterangan rumus 12 dan 13:

𝐴 = F-rasio

𝐴 = Variasi variabel A

B = F-rasio

B = Variasi variabel B

𝐸 = Variasi variabel error

Perhitungan kontribusi presentase variabel menggunakan Rumus 14 dan 15.

( ) ( ) Keterangan rumus 14 dan 15:

𝐴 = presentase kontribusi variabel A

B = presentase kontribusi variabel B

B = penjumlahan pangkat faktor A

𝑇 = penjumlahan pangkat

( )

(11)

(12) (13)

(14) (15)

(9)

( ) %

𝐸 ( ) 𝐸 (

) 𝐸

Dari perhitungan analisis ANOVA pada material S45C, variabel yang mempengaruhi hasil kekerasan adalah media quenching memiliki pengaruh 81%, temperatur austenite memiliki pengaruh 4,2%, sedangkan 14% adalah faktor error.

Analisis ANOVA untuk material EMS 45 Perhitungan faktor variasi menggunakan Rumus 1.

= 8

Perhitungan faktor variabel temperatur austenite dan faktor variabel media quenching menggunakan Rumus 2 dan 3.

Perhitungan faktor error variabel A dan B menggunakan Rumus 4.

= 4 Penjumlahan variabel berpangkat menggunakan Rumus 5.

( )

Penjumlahan variabel berpangkat faktor A dan B menggunakan Rumus 6 dan 7.

( ) (

)

(10)

( )

Faktor Error menggunakan Rumus 8.

Nilai variasi semua faktor dihitung menggunakan Rumus 9, 10, dan 11.

Nilai variasi F-rasio untuk faktor A dan B dihitung menggunakan Rumus 12 dan 13.

Perhitungan kontribusi presentase variabel menggunakan Rumus 14 dan 15.

( ) (

) % 𝐸 (

) 𝐸

Dari perhitungan analisis ANOVA pada material EMS45, variabel yang mempengaruhi hasil kekerasan adalah media quenching memiliki pengaruh 83,9% , temperatur austenite memiliki pengaruh 5,9%, sedangkan 110% adalah faktor error.

(11)

PENUTUP Simpulan

Kesimpulan dari penelitian ini adalah:

1. Pada material S45C, kekerasan 50 HRC didapatkan pada temperatur austenite 800° C, 825° C, dan 850° C dengan media quenching air. Pada material EMS45, kekerasan 50 HRC didapatkan dengan media quenching air, air-oli, dan oli pada temperatur austenite 850° C dan temperatur austenite 800° C dengan media quenching air-oli.

2. Pada material S45C, media quenching memiliki pengaruh 81%, temperatur austenite memiliki pengaruh 4,2%

terhadap hasil uji kekerasan.

3. Pada material EMS45, media quenching memiliki pengaruh 83,9% dan temperature austenite memiliki pengaruh 5,9% terhadap hasil uji kekerasan.

4. Material EMS45 bisa digunakan sebagai material pengganti untuk material S45C, karena kekerasan dapat tercapai dan lebih rata dalam satu permukaan.

Saran

Bisa dilakukan penelitian lebih lanjut untuk hasil struktur mikro dari material EMS45 dan S45C yang telah mengalamai proses hardening.

DAFTAR PUSTAKA

Arlingga, A.S., Somawardi, dan Sugianto.(2021) Analisis Pengaruh Media Pendingin Terhadap Kekerasan Baja S45C Pada Proses Hardening-Tempering. SJoME Vol.3 No. 1.

Effendi, N. (2019). Struktur Mikro Dan Kekerasan Baja S45C Pada Pengelasan SMAW Dengan Variasi Media Quenching

.

Ghazali, M.F. , Shayfull, Z., Shuaib, N.A. , Nasir, S.M., Salleh, M. M. (2011). “Injection Mould Analysis in Reducing Warpage of Nylon PA66 Side Arms Using Taguchi Method and ANOVA”, International Journal of Basic &

Applied Sciences IJBAS-IJENS Vol:11 No: 01.

Pareek, R. & Jaiprakash ,B. (2013) Optimization of Injection Moulding Process Using Taguchi and ANOVA.

Wibowo,A.T. dan Achmad,K.S.(2020). Pengaruh Proses Quenching Dengan Media Pendingin Air Dan Oli Terhadap Kekerasan Baja dan Struktur Mikro Baja S45C. Rotary. Volume 2 No 2 2020.