## Analisis Pengaruh Media Pendingin Terhadap Kekerasan Baja S45C Pada Proses Hardening-Tempering
Alfian Siswara Arlingga*, Somawardi, Sugianto
Teknik Mesin & Manufaktur, Teknik Mesin, Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung
* alfiansantos17@gmail.com

## Abstract
This  study  used  an  experimental  method,  in  the  form  of  the  heat  treatment hardening   930 ⁰ C  with the  variations  in the cooling  media of the coconut water, table  salt  water,  mineral  waterwater,  coolant  radiator,  and  dromus  water  and variations in temperatures of tempering 200 ⁰ C, 420 ⁰ C, and 600 ⁰ C, the specimens were  cylindrical  in  diameter  25  mm  and  20  mm  in  length,  this  study  aims  to determine  the  optimum  hardness  value  of  S45C  steel  specimens  due  to the  heat treatment process hardening-tempering.
From the results of the  study, there  is the effect of  hardening 930 ⁰ C  there  is the most  optimal  hardness  value  found  in  coconut  water  cooling  media  with  the hardness level of 53.5 HRC. Under the influence of tempering 200 ⁰ C there is the optimum hardness value found from the influence of mineral water cooling media with  the  hardness  level  of  50.7  HRC,  while  the  influence  of  tempering  420 ⁰ C there  is  the  most  optimal  hardness  value  from  the  influence  of  mineral  water cooling  media  with  the  hardness  level  of  41.8  HRC,  and  for  tempering  effect 600 ⁰ C there is the most optimal hardness value available from the influence of the coconut water cooling media with the hardness level of 35.93 HRC.
Keywords : hardening, tempering, S45C steel, hardness

## 1. PENDAHULUAN
Dalam  era  industri  saat  ini  baja  secara  umum  sangatlah  sering  digunakan  dalam berbagai  kegiatan  industri  baik  dalam  pembuatan  komponen  mesin,  proses  produksi peralatan produksi. Baja mempunyai ketahanan aus dan gesekan yang kurang baik, oleh karena  itu  perlu  adanya  perlakuan  khusus  untuk  meningkatkan  sifat-sifat  mekanik permukaan  material  terutama  yang  berkaitan  dengan  ketahanan  aus  dan  gesekan  yaitu kekerasan  permukaan  material.  Sebagai  salah  satu  contoh  adalah  baja  yang  digunakan dalam  poros  roda  traktor  tangan  yang  memerlukan  proses heat  treatment agar  poros tersebut lebih kuat dan tahan lebih lama pada usia pakai.
Peningkatan  kekerasan  baja  biasanya  menggunakan  proses  perlakuan  panas  ( heat treatment ). Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan baja dalam keadaan  padat  untuk  mengubah  sifat-sifat  fisis  baja  tersebut.  Baja  dapat  dikeraskan hingga  tahan  aus  dan  kemampuan  memotong  meningkat,  atau  baja  dapat  dilunakan untuk mempermudah permesinan lebih lanjut [1].
Proses hardening berguna untuk memperbaiki kekerasan dari baja tanpa mengubah komposisi  kimia  secara  keseluruhan.  Beberapa  kasus,  proses hardening banyak dilakukan pada material baja. Material baja memiliki sifat hardenability dengan adanya sifat ini pada material baja dapat dikeraskan dengan pembentukan martensite [2] . Proses hardening pada baja karbon sedang dapat menghasilkan sifat mekanik yang lebih  kuat  dari  pada  sebelumnya,  karena  perubahan  fasa  pada  baja  tersebut.  Sebagai
contoh  baja  S45C  perubahan  fasa austenite menjadi  fasa martensite ,  dimana  fasa austenite ini  fasa  yang tidak  stabil pada suatu  baja dan perlu dilakukan perlakuan  lain untuk  mendapatkan  sifat  mekanik  baja  yang  lebih  baik,  sedangkan  fasa martensite adalah  fasa  yang terbentuk dari pendinginan cepat dan menghasilkan sifat  yang sangat keras  dan  getas  pada  baja,  biasanya  pada  tahap  pemanasan  ini  baja  tidak  bisa sepenuhnya digunakan [2].
Baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak cocok untuk digunakan, setelah melalui proses tempering kekerasan dan kerapuhan dapat diturunkan sampai memenuhi persyaratan  penggunaan.  Kekerasan  turun,  kekuatan  tarik  akan  turun  pula  sedangkan keuletan dan ketangguhan baja akan meningkat [3].
Faktor  yang  mempengaruhi  kekerasan  baja  pada  proses hardening dan tempering adalah  temperatur, holding  time (waktu  penahanan)  dan  laju  pendinginan.  Laju pendinginan  ini dihasilkan dari proses pendinginan pada  media pendingin  secara cepat atau  metode quenching .  Media  pendingin  yang  digunakan  dalam  proses quenching antara lain air kelapa,  air garam dapur , air mineral, air radiator coolant, dan dromus air akan  memiliki  nilai  kekerasan  yang  berbeda  karena  disebabkan  oleh  viskositas (kekentalan), densitas (massa jenis) dan temperatur yang berbeda.
Salah satu penggunaan baja dalam kegiatan produksi adalah pembuatan poros roda traktor tangan yang menggunakan baja paduan menengah. Baja S45C adalah salah satu jenis baja yang digunakan sebagai bahan pembuatan poros roda traktor tangan.
Dalam penelitian ini permasalahan yang perlu dikaji adalah berapa nilai kekerasan permukaan  yang  optimum  terhadap  kekerasan  dari  spesimen  baja  S45C  setelah  proses perlakuan  panas hardening-tempering dengan  media  pendingin  cepat  yang  digunakan yaitu air kelapa, air garam dapur , air mineral, air radiator coolant, dan air dromus .
2. METODE PENELITIAN
2.1 Rancangan Penelitian
Gambar 1. Flowchart Penelitian

## 2.2 Variabel Penelitian
2.2.1 Variabel bebas
Variabel  bebas  yang  digunakan  pada  penelitan  ini  adalah  proses hardening dengan temperatur 930 ⁰ C  dengan mengunakan  media pendingin air kelapa, air  garam
dapur , air mineral, air radiator coolant, air dromus .

## 2.2.2 Variabel terikat
Variabel terikat pada penelitian ini yaitu pada kekerasan permukaan pada baja S45C.

## 2.2.3 Variabel kontrol
a. Dimensi spesimen adalah Ø= 25 mm, P= 20 mm.
b. Holding time pada proses hardening selama 35 menit mengunakan media pendingin celup  cepat    air  kelapa,  air  garam  dapur , air  mineral,  air radiator  coolant, air dromus .
c. Suhu tempering yang digunakan adalah 200 ⁰ C, 420 ⁰ C, 600 ⁰ C dengan holding time selama 35 menit menggunakan media pendingin suhu kamar.
d. Beban pengujian kekerasan rockwell sama untuk setiap spesimen uji yaitu 150-kgf.

## 2.3 Metode Pengumpulan Data

## 2.3.1 Desain eksperimen
Hasil  observasi  dan  pengumpulan  data  dari  beberapa  sumber,  maka  dilakukan eksperimen perlakuan panas hardening dan tempering dengan pendingin air kelapa, air garam  dapur , air  mineral,  air radiator  coolant, dan dromus air.  Tujuannya  untuk mengetahui  besarnya  pengaruh hardening terhadap  sifat  kekerasan  permukaan  yang dihasilkan dan seberapa besar pengaruh tempering terhadap sifat kekerasan permukaan yang dihasilkan. Metode pengambilan data yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen dengan melakukan proses pengujian langkah  –  langkahnya sebagai berikut :
a. Persiapan alat dan bahan pengujian
Bahan  uji  yang  digunakan  yaitu  baja  S45C  yang  berbentuk  silinder.  Baja  S45C yaitu  baja  karbon  menengah  dengan  komposisi  unsur  kimia  yang  terdapat  dari sertifikat pembelian material baja S45C yaitu.
Tabel 1 . Komposisi Unsur Kimia Baja S45C No Komposisi Name Proportion 1 Carbon (C) 0,46% 2 Silicon (Si) 0,23% 3 Mangan (Mn) 0,72% 4 Fosfo r (P) 0,010% 5 Sulfur (S) 0,010% 6 Chromium (Cr) 0,36% 7 Nickel (Ni) 0,10% 8 Cupprum (Cu) 0,02%.

## b. Pembuatan spesimen
Dalam  pembuatan  spesimen,  bahan  uji  dipotong  menggunakan  mesin  gergaji potong dengan dimensi spesimen  Ø= 25  mm, P=  20  mm  sebanyak 21  benda uji. Pada  setiap  benda  uji  terdapat  perlakuan  yang  berbeda.  Perlakuan  panas hardening dengan  pendinginan  air  kelapa  dilakukan  pada  4  benda  uji  dan  akan dilakukan  pemanasan  lebih  lanjut  pada  3  benda  uji  pemanasan tempering ,  air garam  dapur  dilakukan  pada  4  benda  uji  dan  akan  dilakukan  pemanasan  lebih lanjut pada 3 benda uji pemanasan tempering , air mineral dilakukan pada 4 benda
uji  dan  akan  dilakukan  pemanasan  lebih  lanjut  pada  3  benda  uji  pemanasan tempering ,  air radiator  coolant dilakukan  pada  4  benda  uji  dan  akan  dilakukan pemanasan  lebih  lanjut  pada  3  benda  uji  pemanasan tempering ,  dan  air dromus dilakukan  pada  4  benda  uji  dan  akan  dilakukan  pemanasan  lebih  lanjut  pada  3 benda  uji  pemanasan tempering .  Pada  1  benda  uji  tidak  dilakukan  perlakuan karena sebagai pembanding.
a. b. c. Gambar 2. a. Sketsa gambar uji   b. Pemotongan benda uji   c. Benda uji

## c. Proses hardening
Pada  proses hardening temperatur  yang  digunakan  harus  diatas  suhu austenite atau  diatas  suhu  723 ⁰ C.  Pada  penelitian  ini  peneliti  menggunakan  suhu  930 ⁰ C untuk  mencapai  suhu austenite .  Pada  gambar  3  dibawah  ini  sebelum  mencapai suhu  930 ⁰ C  peneliti  melakukan  penahan  suhu  600 ⁰ C  terlebih  dahulu  untuk menghindari terjadinya keretakan pada sampel akibat adanya shock temperature.
Pada penahanan waktu ( holding time ) peneliti menggunakan rumus :
T = 1,4 × H (1) Dengan :   T = waktu penahanan (menit) H = tebal benda kerja (mm) Benda uji dengan diameter = 25 mm dan panjang = 20 mm
T = 1,4 × 25 = 35 menit
Jadi  peneliti  menggunakan  penahanan  waktu  35  menit  agar  mendapatkan kekerasan  yang  maksimal  dari  suatu  material  pada  proses hardening dengan menahan temperatur pengerasan dan memperoleh pemanasan yang homogen.
Untuk  proses  pendinginan  benda  uji  yang  telah  dilakukan  perlakuan  panas hardening ini, akan dicelupkan ke media pendingin secara cepat agar permukaan benda uji  menjadi keras  maksimal. Untuk penggunaan  media pendingin  yaitu  air kelapa, air garam dapur , air mineral, air radiator coolant, air dromus .
Gambar 3. Diagram pemanasan hardening dan quenching
d. Proses tempering
Pada proses tempering ini dilakukan pada saat setelah hasil dari proses hardening, temperatur  yang  digunakan  harus  dibawah  suhu  723 ⁰ C.  Pada  penelitian  ini peneliti  menggunakan  3  variasi  suhu tempering yaitu  200 ⁰ C,  420 ⁰ C,  600 ⁰ C. Proses tempering ini  berguna untuk  mengurangi tegangan sisa akibat dari proses perlakuan panas hardening .
Pada penahanan waktu ( holding time ) peneliti menggunakan rumus : T = 1,4 × H (2) Dengan :   T = waktu penahanan (menit)
H = tebal benda kerja (mm)
Benda uji dengan diameter = 25 mm dan panjang = 20 mm
T = 1,4 × 25 = 35 menit
Jadi  peneliti  menggunakan  penahanan  waktu  35  menit  agar  memperoleh pemanasan  yang  homogen.  Proses  pendinginan  pada  3  variasi  pemanasan tempering ini yaitu suhu kamar.
Gambar 4. Diagram pemanasan tempering
e. Pengujian
f. Mengumpulkan / mencatat semua data dan hasil pengujian.
Tabel 2. Lembar pengamatan pengujian kekerasan hardening-tempering

## 2.4 Analisis Data
Teknik  analisis  data  yang  dipakai  dalam  penelitian  ini  adalah  metode  rancangan acak lengkap (RAL) 1 faktor, data dari proses hardening dengan media pendingin yang berbeda dan proses tempering dengan  variasi pemanasan  yang  berbeda pada  benda uji akan diuji pada proses kekerasan rockwell dengan pengujian pada tiga titik permukaan yang berbeda pada setiap benda uji, maka diambil nilai pada pengujian yang dilakukan dengan menghitung rata-rata menggunakan aplikasi microsoft office excel dan dilakukan pembuatan  grafik  dan  akan  terlihat  nilai  kekerasan  yang  optimum.  Dari  data  tersebut akan  diketahui  nilai  optimum  dari  media  pendingin  yang  dilakukan    sehingga menghasilkan data yang valid dan benar agar bermanfaat pada penelitian selanjutnya.

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Hasil
Pada  pengujian  kekerasan  tersebut  dilakukan  untuk  mengetahui  pengaruh perbandingan  proses  pendinginan  terhadap  kekerasan  material  baja  S45C  dengan pemanasan hardening suhu  930 ⁰ C  dan  pemanasan tempering dengan  3  variasi  suhu pemansan yaitu 200 ⁰ C, 420 ⁰ C, 600 ⁰ C . Data hasil pengujian selanjutnya diolah sehingga diperoleh kesimpulan dan menghasilkan nilai yang optimum.
Tabel 3. Hasil pengujian kekerasan pada proses hardening-tempering
Berdasarkan  data  diatas  bahwa  proses  perlakuan  panas  dengan  media  pendingin cepat  menghasilkan  tingkat  kekerasan  yang  bervariasi.  rata-rata  dari  hasil  pengujian kekerasan tersebut dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 4. Hasil Rata-rata Kekerasan Pada Proses Hardening-Tempering Media Pendingin Hardening 930 ⁰ C Tempering 200 ⁰ C Tempering 420 ⁰ C Tempering 600 ⁰ C Air Kelapa 53,2 50,53 41,57 35,93 Air Garam Dapur 51,8 49 39 33,53 Air Mineral 53,3 50,7 41,8 35,2 Radiator Coolant 48,83 41,57 36,53 29,73 Air Dromus 41,93 39,83 30,13 22,43
Gambar 5. Grafik nilai uji kekerasan setelah proses hardening – tempering
3.2 Pembahasan
3.2.1 Kekerasan spesimen hardening 930 ⁰ C
Pada  spesimen hardening 930 ⁰ C  nilai  kekerasaan  yang  paling  tinggi  terhadap benda uji tanpa perlakuan yaitu pada spesimen air kelapa dengan tingkat kekerasan 53.5 HRC,  sedangkan  nilai  kekerasaan  pada  spesimen  air  mineral  53.3  HRC,  nilai kekerasaan pada spesimen air garam dapur 51.8 HRC , nilai kekerasaan pada spesimen air radiator coolant 48.83 HRC, dan nilai kekerasaan pada spesimen dromus air 41.93 HRC.  pada  proses  perlakuan  panas hardening ini,  baja  tanpa  perlakuan  atau  raw material  yang  berupa ferrite akan  bertransformasi  menjadi austenite ketika  terjadi pemanasan  diatas  suhu austenite atau  diatas  suhu  723 ⁰ C,  dan  dilakukan  pendinginan secara cepat sehingga akan terjadi perubahan  menjadi martensite . Pada pengerasan  ini baja akan menjadi sangat keras dan getas.
3.2.2 Kekerasan spesimen tempering 200 ⁰ C
Pada spesimen tempering 200 ⁰ C  nilai kekerasaan  yang paling tinggi terhadap raw marerial yaitu  pada  spesimen  air  mineral  dengan  tingkat  kekerasan  50.7  HRC, sedangkan nilai kekerasaan pada spesimen air kelapa 50.53 HRC, nilai kekerasaan pada spesimen air garam dapur 49 HRC, nilai kekerasaan pada spesimen air radiator coolant 47.1  HRC,  dan  nilai  kekerasaan  pada  spesimen dromus air  39.82  HRC.  Pada  proses perlakuan  panas hardening dengan  pendinginan  cepat  dan  dilakukan  proses tempering
12 .6 41 .9 3 51 .8 5 3 .5 48 .8 3 53 .3 39 .8 3 49 50 .5 3 47 .1 50 .7 30 .1 3 39 41 .5 7 36 .5 3 41 .8 22 .4 3 33 .5 3 35 .9 3 29 .7 3 35 .2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 H R C Media Pendingin Raw Material Hardening 930⁰C Tempering 200⁰C Tempering 420⁰C Tempering 600⁰C
rendah  (200 ⁰ C)    ini  sehingga  transformasi  fasa  berjalan  lebih  cepat  sekali  menuju martensite finish (Mf) sampai terbentuk  fasa martensite temper .
3.2.3 Kekerasan spesimen tempering 420 ⁰ C Pada spesimen tempering 420 ⁰ C  nilai kekerasaan  yang paling tinggi terhadap raw marerial yaitu  pada  spesimen  air  mineral  dengan  tingkat  kekerasan  41.8  HRC, sedangkan nilai kekerasaan pada spesimen air kelapa 41.57 HRC, nilai kekerasaan pada spesimen air garam dapur 39 HRC, nilai kekerasaan pada spesimen air radiator coolant 36.53  HRC,  dan  nilai  kekerasaan  pada  spesimen dromus air  30.13  HRC.  Pada  proses perlakuan  panas hardening dengan  pendinginan  cepat  dan  dilakukan  proses tempering menengah  (420 ⁰ C)  ini  sehingga  transformasi  fasa  hanya  masuk  sampai  didaerah  fasa bainite dan temperatur belum cukup rendah untuk memasuki martensite star (Ms).
3.2.4 Kekerasan spesimen tempering 600 ⁰ C
Pada spesimen tempering 600 ⁰ C  nilai kekerasaan  yang paling tinggi terhadap raw marerial yaitu  pada  spesimen  air  kelapa  dengan  tingkat  kekerasan  35.93  HRC, sedangkan nilai kekerasaan pada spesimen air mineral 35.2 HRC, nilai kekerasaan pada spesimen  air  garam  dapur  33.53  HRC,  nilai  kekerasaan  pada  spesimen  air radiator coolant 29.73 HRC, dan nilai kekerasaan pada spesimen dromus air 22.43 HRC. Pada proses  perlakuan  panas hardening dengan  pendinginan  cepat  dan  dilakukan  proses tempering tinggi (600 ⁰ C) ini sehingga terjadi transformasi austenite menjadi perlite dan pendinginan menjadi paling lambat sehingga butiran logam menjadi sangat halus, kecil- kecil.

## 4.  KESIMPULAN
Pada  pengaruh hardening 930 ⁰ C  dengan  media  pendingin  cepat  air  kelapa,  air garam dapur , air  mineral, air radiator coolant dan  air dromus terdapat nilai kekerasan yang  paling  optimum  terdapat  pada  media  pendingin  air  kelapa  dengan  tingkat kekerasan  53.5  HRC.  Pada  pengaruh tempering 200 ⁰ C  terdapat  nilai  kekerasan  yang paling  optimum  terdapat  dari  pengaruh  media  pendingin  air  mineral  dengan  tingkat kekerasan  50.7  HRC.  Sedangkan  pengaruh tempering 420 ⁰ C  terdapat  nilai  kekerasan yang  paling  optimum  terdapat  dari  pengaruh  media  pendingin  air  mineral  dengan tingkat  kekerasan  41.8  HRC,  dan  untuk  pengaruh tempering 600 ⁰ C  terdapat  nilai kekerasan  yang  paling  optimum  terdapat  dari  pengaruh  media  pendingin  air  kelapa dengan tingkat kekerasan 35.93 HRC.

## 5.  DAFTAR PUSTAKA
[1]. Amstead,  B.  H.,  Ostwaid,  P.  F.,  Begeman,  M.  L.” Teknologi  Mekanik”. Diterjemahkan Sriati Djaprie. Jakarta : Erlangga, 1993.
[2]. Aldi  Wahyu  Permana,  Ratna  Dewi  Anjani,  &  Iwan  Nugraha  Gusnia,  Analisa Pengaruh  Variasi  Media  Pendingin  pada  Proses  Heat  Treatment  Metode HardeningTempering  Material  Baja  S45C  terhadap  Sifat  Mekanik  dan  Struktur Mikro, Jurnal Rekayasa Mesin Vol.15, No.3, Desember 2020.
[3]. Purnomo. ” Material Teknik” , CV. Seribu Bintang, 2017