## Pengaruh Jenis Forming Terhadap Struktur Kristal dan Struktur Mikro pada Baja Karbon Rendah Tipe MR
Bramasta Aji Santoso, FX. Suryadi, Budiarto Teknik Mesin Universitas Kristen Jakarta, Indonesia Jl. Mayjen Sutoyo No.2 Jakarta 13630
e-mail : bramastaaji5@gmail.com
Received 09 Oktober 2023 | Revisied 12 November 2023 | Accepted 12 Desember 2023

## ABSTRAK
Penelitian  ini  menjelaskan  tentang  pengaruh  dari  jenis  forming  material  baja  karbon  rendah  tipe  MR terhadap  kekerasan,  kekuatan  tarik,  dan  struktur  kristal  dari  material  tersebut,  karena  material  tersebut umum digunakan sebagai bagian dari pembuatan kaleng untuk kemasan makanan ataupun minuman yang dalam  pembuatannya  memerlukan  proses  forming  bending.  Perlakuan  forming  kepada  material mempengaruhi nilai kekerasan, kekuatan tarik, dan struktur kristal material. Material uji dibedakan menjadi 3  menurut  proses  forming,  dari  material  awal  tanpa  proses  forming,  material  dengan  proses  forming flanging,  material  dengan  proses  forming  flanging  dan  beading.  Material  sampel  diambil  sebelum  dan sesudah proses forming. Hasil sampel lalu dilakukan pengujian, yaitu pengujian kekerasan dengan hardness tester (brinell) dengan hasil rata - rata 111,66 HB, pengujian kekuatan tarik dengan alat yang sama dengan hardness tester lalu dikonversi nilainya dengan hasil rata - rata 376,66 N/mm2 dan struktur kristal dengan menggunakan X-Ray Diffraction test denga hasil rata - rata yang tidak jauh beda disetiap sudutnya dengan nilai  struktur  kristal  4,33  angstrong,  rho  sampel  0,73  garis/mm2  dan  regangannya  0,136.  Dari  hasil penelitian  menunjukkan  kondisi  material  setelah  di  forming  mengalami  perubahan  pada  kekerasan, kekuatan tarik dan struktur kristalnya.
Kata kunci : forming, bending, hardness, kekuatan tarik, X-Ray Diffraction .

## ABSTRACT
This  study  makes  sense  of  the  impact  of  the  kind  of  forming  low  carbon  steel  material  sort  MR  on  the hardness,  rigidity,  and  gem  construction  of  the  material,  on  the  grounds  that  the  material  is  generally utilized as a component of making jars for food or drink bundling which in its production requires a shaping twisting cycle. The shaping treatment of the material influences the hardness, rigidity, and gem construction of the material. Test materials are partitioned into 3 as indicated by the shaping system, from the underlying material without the forming system, the material with the shaping flanging process, the material with the shaping flanging and beading processes. Test materials are taken when the framing system. The example results were then tried, to  be specific hardness  testing  with  a hardness  analyzer  (brinell) with  a typical consequence of 111.66 HB, rigidity testing with a similar device as the hardness analyzer and afterward changed over the worth with a typical aftereffect of 376.66 N/mm2 and precious stone construction utilizing X-Beam Diffraction test with normal outcomes that are not very different at each point with a gem structure worth of 4.33 angstrong, The example Rho was 0.73 lines/mm2 and the stretch was 0.136. The outcomes showed that the state of the material in the wake of forming experienced changes in hardness, elasticity and precious stone construction.
Key words: forming, bending, hardness, tensile strength, X-Ray Diffractio

## 1. Pendahuluan
Para  ahli  telah  banyak  menciptakan  berbagai  peralatan  untuk  mendukung  proses  produksi  di dalam  industri.  Setiap  peralatan  memiliki  karakteristik  dan  fungsi  tertentu  untuk  mendapatkan produk dengan bentuk, dimensi dan kualitas sesuai dengan rancangan yang telah dibuat. Proses pebentukan  logam  ( metal  forming )  adalah  salah  satu  metoda  untuk  mengubah  bentuk  logam dengan memberikan gaya luar sehingga terjadi deformasi plastis dan mendapatkan bentuk sesuai dengan yang diinginkan. Metal forming juga bisa bertujuan untuk mengubah sifat material logam sesuai spesifikasi yang diinginkan. Proses pembentukan logam dapat diterapkan untuk berbagai jenis  logam  selama  logam  tersebut  memiliki  keuletan  yang  cukup sehingga  logam  tidak pecah ketika  dibentuk.  Proses forming ini  banyak  digunakan  untuk  beberapa  keperluan  dalam perindutrian [1], [2] .
Proses pembentukan logam ( metal forming ) pada perindustrian telah mengalami perkembangan yang  sangat  pesat,  khususnya  pada  proses  bending [3] .  Proses  bending  merupakan  proses pembentukan logam yang umumnya menggunakan material berupa lembaran pelat atau batang, baik dari bahan logam ferro maupun logam non-ferro. Dalam proses bending, material dibentuk dengan cara ditekuk, dimana akan terjadi pemuluran atau peregangan pada sumbu bidang netral sepanjang daerah bendingan dan menghasilkan garis bending yang lurus [4] .
Dalam industri makanan, beberapa macam proses bending digunakan untuk membentuk kaleng wadah  kemasan  makanan.  Wadah  (kemasan)  kaleng  untuk  makanan  biasa  digunakan  dalam produk yang menjalani sterilisasi termal proses. Kelebihan kemasan kaleng adalah pengemasan, sterilisasi, pengiriman dan  angkutan yang mudah [5] . Adapun proses bending yang digunakan dalam pembuatan kaleng kemasan tersebut adalah proses flanging dan beading . Proses flanging sendiri  adalah  proses  pembentukan  bibir  pada  kaleng  berfungsi  agar  mempermudah  proses perakitan terhadap tutup kaleng. Sedangkan untuk proses beading adalah proses pembuatan alur pada kaleng untuk mendapat kekokohan pada kaleng tersebut [6] .
Material yang banyak digunakan untuk pembuatan wadah kemasankaleng adalah plat baja kabon rendah tipe MR yang dilapisi timah yang sering disebut tinplate . Tinplate memiliki kilau logam yang sangat indah serta sifat yang sangat baik dalam hal ketahanan korosi, kemampuan solder, dan kemampuan las. Baja karbon rendah memiliki kandungan karbon ≤ 0,30%. Material jenis ini umumnya  disuplai  sebagai  produk  lembaran  atau  strip,  dalam  kondisi  cold-rolled  atau  kondisi anil [7] .
Selain  dipengaruhi  oleh  susunan  kimia  paduan,  kualitas  mekanik  material  juga  dipengaruhi struktur  mikro  paduan.  Meskipun  memiliki  susunan  kimia  yang  sama,  struktur  mikro  paduan dapat  berubah  dan  mengakibatkan  perubahan  karakteristik  mekanik  material.  Struktur  mikro material tergantung kepada bagaimana proses pengerjaan dilakukan, terutama bagaimana material tersebut diperlakukan pada saat proses pengerjaan berlangsung [8] .
Ukuran  dan  bentuk  struktur  kristal  akan  sangat  berpengaruh  terhadap  karakteristik  sifat  suatu bahan, misalnya sifat kekerasan. Semakin kecil ukuran kristal suatu material maka nilai kekerasan dan kuat tariknya akan meningkat. Selain ukuran kristal, microstrain dan kerapatan dislokasi juga mempengaruhi  ketahanan  suatu  material.  Dengan  ukuran  kristal  yang  semakin  besar,  maka dislokasi  akan  semakin  mudah  terjadi.  Hal  ini  akan  menyebabkan  nilai  kekerasan  material menurun dan microstrain akan menjadi lebih besar.
Proses flanging dan beading akan  memberikan  dampak  terhadap  bentuk  dan  ukuran  struktur kristal  yang  berbeda,  tingkat  porositas  yang  berbeda,  serta  kekuatan  tarik  yang  berbeda  juga. Terkait dengan hal tersebut, penelitian ini ditujuankan untuk mengetahui perubahan karakteristik material  setelah  melalui  proses  forming,  yaitu flanging  dan  beading dalam  proses  pembuatan kaleng kemasan, dari sisi struktur kristal, porositas, dan kekuatan Tarik.

## 2. METODOLOGI

## 2.1 Material
Material  yang  digunakan  untuk  penelitian adalah  material  Baja  Karbon  Rendah  Tipe  MR  atau ASTM A623 yang merupakan material yang umum digunakan untuk pembuatan kemasankaleng . komposisi kimia dari material tersebut dapat dilihat pada tabel 1
Tabel 1 : Kandungan Material Baja Karbon Rendah Tipe MR.

## 2.2 Metode
Material Baja Karbon Rendah Tipe MR yang sudah di forming dengan 3 jenis proses forming , dipotong  untuk  mendapatkan  sampel  untuk  setiap  jenis  proses forming .  Bagian  yang  diambil untuk dijadikan spesimen adalah pada bagian tengah. Pengujian yang diterapkan pada specimen terdiri dari macam 3 pengujian, yaitu uji kekerasan material, uji tarik material, uji X-RD (X-Ray Diffraction) .

## 2.3 Spesimen Uji
Material  untuk  spesimen  uji  yaitu  plat  Baja  Karbon  Rendah  Tipe  MR  dengan  tebal  0.15  mm. Setiap  specimen diberi indentitas seperti yang terlihat pada tabel 2
Tabel 2 : Identitas Spesimen Uji Material.

## 2.4 Pembuatan Spesimen
Pembuatan  specimen  diawali  dengan  pemotongan  material  dengan  mesin  sliter  dengan  ukuran 170 mm x 230 mm. Setelah itu, material diroll dan dilas di mesin soudronic dengan ukuran Ø 73 mm  x 85 mm. Tahap selanjutnya adalah proses forming flanging dan beading . Untuk masing- masing  proses,  yaitu    proses forming ,  proses flanging dan  proses beading dibuat  3  spesimen. Kemudian pemotongan spesimen dilakukan dengan alat potong gunting dengan ukuran 15 mm x 82 mm. Setelah itu, hasil dari pemotongan material akan dilakukan pengujian. Specimen untuk masing-masing proses pembentukan terlihat pada gambar 1.

## 2.5 Pengujian Spesimen
Pengujian  yang  dilakukan  pada  penelitian  ini  adalah  pegujian  kekerasan,  uji  tarik  dan X-Ray Diffraction .  Pengujian  kekerasan  dilakukan  dengan  menggunakan hardness  tester .  Pengujian dilakukan dengan alat yang sama dengan hardness tester tetapi dikonversi dari hasil uji kekerasan brinell. Pengujian  struktur  kristal  dilakukan  dengan  menggunakan X-Ray  Diffraction .  Dari pengujian kekerasan didapatkan nilai kekerasan, dari pengujian tarik  didapatkan nilai kekuatan tarik, dan dari uji struktur kristal didapatkan ukuran kristal, density  dislokasi, regangan mikro, dan yield strength.
Gambar 1 : Hasil NFB, Hasil Pemotongan

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasrkan  data  dari  hasil  pengujian  akan  diketahui  nilainya  dan  akan  diketahui  juga  apa pengaruh dari arah pengerolan terhadap kualitas material.

## 3.1 Pengujian Kekerasan Material
Pengujian  kekerasan  telah  dilakukan  kerpada  3  spesimen  yang  dipotong  dengan  arah  yang berbeda dari material yang sama. Nilai kekerasan dari masing-masing specimen terlhat pada tabel 3.  Dan  berdasarkan  tabel  3  dibuat  grafik  distribusi  kekerasan  untuk  masing-masing  specimen sebagaimana yang terlihat pada gambar 2.
Tabel 3 : Nilai Hasil Uji Kekerasan.
.
Gambar 2 : Grafik Nilai Kekerasan
Pengujian  kekerasan  dengan  menggunakan hardness  tester pada  kondisi  sebelum  dirol  dan sesudah dirol menghasilkan penurunan nilai. Masing-masing spesimen mendapatkan penurunan nilai  yang  berbeda,  dan  spesimen  A  (dipotong  searah)  memiliki  hasil  yang  paling  baik  karena nilainya paling tinggi.
Perubahan nilai ini disebabkan karena setelah forming, material mengalami perubahan struktur mikro  yang  mengakibatkan  perubahan  karakteristik  bahan  dan  juga  penurunan  nilai kekerasan.Proses  forming  juga  berpengaruh  pada  besar  kecilnya  perubahan.  Karena  proses forming material menyebabkan deformasi pada material yang menyebabkan perbedaan nilai pada kekerasan material.

## 3.2 Pengujian Kekuatan Tarik Material
Pengujian  kekuatan  tarik  telah  dilakukan  kepada  3  spesimen  yang  dipotong  dengan  arah  yang berbeda dari material yang sama. Nilai kekuatan tarik yang didapat dari pengujian terlihat pada tabel  4.  Dan  berdasarkan  tabel  4  dibuat  grafik  distribusi  kekuatan  tarik  untuk  masing-masing specimen sebagaimana yang terlihat pada gambar 3.
Tabel 4 : Nilai Hasil Uji Kekuatan Tarik.
Gambar 3 : Grafik Nilai Kekuatan Tarik.
Pengujian  kekuatan  dengan  menggunakan hardness  tester yang  nilainya  dikonversi  dari  skala brinell ke  kuat  tarik  pada  3  spesimen  uji  juga  menghasilkan  penurunan  nilai.  Masing-masing spesimen mendapatkan penurunan nilai yang berbeda, dan spesimen A mendapatkan hasil dengan penurunan yang paling rendah dibandingkan dengan specimen B dan C.
Perubahan  nilai  ini  disebabkan  karena  setelah  proses forming ,  material  mengalami  perubahan struktur mikro yang mengakibatkan perubahan karakteristik bahan dan juga penurunan nilai kuat tarik. Proses forming juga berpengaruh pada besar kecilnya perubahan. Karena proses forming menyebabkan  deformasi  pada  material  yang  menyebabkan  perbedaan  nilai  pada  kuat  tarik material.

## 3.3 Pengujian Struktur Kristal
Pengujian X-RD ini dilakukan untuk mencari informasi tentang struktur kristal pada material hasil proses forming bending. Dari pengujian X-RD terhadap spesimen material yang telah disiapkan sebelumnya ini dapat ditentukan apakah struktur kristal berpengaruh terhadap kekuatan material pelat untuk bahan pembuat kaleng. Grafik intensitas hasil X-RD dari spesimen A, specimen B dan specimen C terlihat pada gambar 4, gambar 5 dan gambar 6.
Gambar 5 : Grafik Intensitas Hasil X-RD Spesimen B
Gambar 6 : Grafik Intensitas Hasil X-RD Spesimen C
Pengujian  struktur  kristal  juga  menghasilkan  4  parameter  yang  dapat  dihitung  melalui  grafik intensitas hasil uji X-RD . Dari grafik tersebut didapatkan 3 puncak yang berbeda, yang nantinya nilai dari puncak tersebut dapat dihitung untuk mendapatkan ukuran Kristal (D Sampel), Density Dislokasi (Rho Sampel), Regangan Mikro (Regangan Sampel) dan Yield Strength. Berdasarkan grafik  intensitas  hasil  X-RD  untuk  masing  masing  spesimen  diperoleh    Angka  ukuran  Kristal, Density Dislokasi, Regangan Mikro dan Yield Strength sebagaimana terlihat pada tabel 5. Tabel 6 dan tabel 7.
Tabel 5 : Tabel Hasil X-RD Spesimen A
Tabel 6 : Tabel Hasil X-RD Spesimen B
Tabel 7 : Tabel Hasil X-RD Spesimen C
Berdasarkan data-data dari tabel 5, tanel 6 dan tabel 7, dibuat garfik nilai ukuran kristal seperti yang terlihat pada gambar 7,  grafik nilai density seperti yang terlihat pada gambar 8 dan grafik regangan mikro seperti yang telihat pada gamabr 9
Gambar 7 : Grafik Nilai Ukuran Kristal
Dari  nilai  ukuran  kristal  dalam  gambar  7  bisa  dilihat  bahwa  sudut  puncak  yang  paling  rendah memiliki  ukuran  kristal  paling  besar  dan  semakin  tinggi  sudut  puncaknya  maka  nilai  ukuran kristal semakin kecil.
Gambar 8 : Grafik Nilai Density Dislokasi (Rho)
Nilai densitas dislokasi (rho) dalam gambar 8 terlihat bahwa sudut puncak yang rendah memiliki nilai rho yang rendah juga (sudut puncak dan rho sebanding). Untuk besarnya nilai rho berbanding terbalik dengan nilai ukuran kristal, karena semakin tinggi sudut puncaknya akan semakin tinggi rho begitu juga sebaliknya.
Gambar 9 : Grafik Nilai Regangan Sampel
Dalam  hasil  pengujian  X-RD  (gambar  9),  dapat  dilihat  bahwa  sudut  puncak  yang  rendah mendapat nilai regangan yang tertinggi sedangkan nilai regangannya  yang terendah  bukan dari sudut puncak yang paling tinggi melainkan dari sudut puncak 73,98º untuk posisi titik sudutnya berada pada grafik no 7.
Dari hasil pengujian X-RD ini dapat diketahui bahwa semakin besar FWHM menandakan bahwa ukuran  kristalnya  kecil.  Begitu  pun  dengan  sampel  yang  memiliki  FWHM  kecil,  hal  ini mengindikasikan  adanya  perbesaran  ukuran  kristal.  Pengaruh  ukuran  kristal  yang  bertambah disebabkan  karena  batas  butir  akan  memperlambat  pergerakan  dislokasi  karena  terjadinya perubahan  orientasi.  Apabila  terjadi  pergeseran  dislokasi  maka  akan  terjadi  peristiwa  saling menolak. Semakin jauh sumber dislokasi dari batas butir maka semakin banyak dislokasi yang akan semakin bergeser. Dengan demikian besar kristal yang semakin halus akan meningkatkan kekerasan  material.  Regangan  yang  semakin  tinggi  akan  berpengaruh  pada  kerapatan dislokasinya.  Kerapatan  dislokasi  yang  semakin  besar  akan  menyebabkan  dislokasi  itu  sendiri semakin sukar bergerak sehingga bahan menjadi semakin kuat atau keras [8] .

## 4. KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  didapatkan  dari  penelitian  ini  adalah    bahwa  jenis  forming  ynag  digunakan berpengaruh  terhadap  struktur  kristal,  yaitu  menyebabkan  perbedaan  ukuran  kristal,  dislokasi densitas yang berbeda, regangan mikro yang berbeda. Namun demikian nilai perbedaannya sangat kecil, dimana penyimpangan yang terlihat pada 3 specimen adalah struktur kristal 4,33 anstrong, rho  sample  0.73  garis/mm2,  regangan  0.136  %.  Pengaruh  ukuran  kristal  yang  bertambah disebabkan karena batas butir akan memperlambat pergerakan dislokasi dimana terjadi perubahan orientasi.  Apabila  terjadi  pergeseran  dislokasi  maka  akan  terjadi  peristiwa  saling  menolak. Semakin  jauh  sumber  dislokasi  dari  batas  butir  maka  semakin  banyak  dislokasi  yang  akan semakin  bergeser.  Dengan  demikian  besar  kristal  yang  semakin  halus  akan  meningkatkan kekerasan dan kuat tarik dari material.
Disamping itu, pengaruh jenis forming terhadap kekerasan material dalam skala brinell yaitu nilai kekerasan  sebelum  proses  forming  mengalami  penurunan  setelah  material  proses  forming,  ini disebabkan  karena  setelah  proses forming,  material  mengalami  perubahan  struktur  mikro  yang mengakibatkan  perubahan  karakteristik  bahan  dan  juga  penurunan nilai  kekerasan.  Dari ketiga spesimen  yang  diuji,  spesimen  A  memiliki  nilai  yang  paling  baik karena  penurunannya  paling rendah dengan nilai rata rata 148,33 HB dibandingkan dengan spesimen B dengan nilai rata rata 98,66 HB dan C dengan nilai rata rata 89,66 HB. Maka dari kekerasan material, Proses forming juga berpengaruh pada besar kecilnya perubahan. Karena proses forming material menyebabkan deformasi pada material yang menyebabkan perbedaan nilai pada kekerasan material.
Kesimpulan lain yang didapat dari penelitian ini adalah bahwa pengaruh jenis forming terhadap kekerasan  material  terhadap  kekuatan  tarik  material  dalam  yaitu  nilai  kekuatan  tarik  sebelum proses  forming  mengalami  penurunan  setelah  material  proses  forming,  ini  disebabkan  karena
setelah  proses  forming,  material  mengalami  perubahan  struktur  mikro  yang  mengakibatkan perubahan karakteristik bahan dan juga penurunan nilai kekuatan tarik. Dari ketiga spesimen yang diuji, spesimen A mendapatkan hasil dengan penurunan yang paling rendah dengan nilai rata rata 501 N/mm2 dibandingkan dengan specimen B dengan nilai rata rata 330 N/mm2 dan C dengan nilai rata rata 299 N/mm2. Karena proses forming menyebabkan deformasi pada material yang menyebabkan perbedaan nilai pada kuat tarik material.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
[1]  Ambiyar, Arwizet, Nelvi Erizon, Purwantono, Thaufiq Pinat,. “TEKNIK PEMBENTUKAN PELAT  JILID  1”,  Direktorat  Jenderal  Manajemen  Pendidikan  Dasar  dan  Menengah, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, 2008.
[2]  Ambiyar, Arwizet, Nelvi Erizon, Purwantono, Thaufiq Pinat,. “TEKNIK PEMBENTUKAN PELAT  JILID  3”,  Direktorat  Jenderal  Manajemen  Pendidikan  Dasar  dan  Menengah, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, 2008.
[3]  P.W. IBoard Iand IR.J. ISteele, “diagnosis of Corrosion Problems in Tinplate Food Cans”, Division of Food Research Technical Paper No. 41, IAustaralia, I1975.
[4]   Prof. Ir. Tata Surdia, MS. Met. E., Prof. DR. Shinroku Saito., “Pengetahuan Bahan Teknik”, Jalan Bunga 8-8A Jakarta 13140, 1999.
[5]  Lilis Sulistiawaty, Imas Solihat, Arie Pratama Putra ,  (2019), “Leaching of Iron and Zinc into Food Simultant from Tin Can Packaging” ,  Jurnal Kimia Valensi, Vol 5(2), November 2019, 224-230, http://journal.uinjkt.ac.id/index.php/valensi
[6]  ITRA  Ltd,  “GUIDE  TO  TINPLATE”,  Kingston  Lane,  Uxbridge,  Middlesex,  UB8  3PJ, United Kingdom, 2000.
[7]  S. Mark, JIS G3141 Cold Reduced Carbon Steel Sheet And Stips. 2005.
[8]  Callister D. William, Jr. “Fundamentals of Materials Science and Engineering 5th edition”. John Wiley & Sons, Inc. 2001.