How to cite: Nicky  Bryan  Sulistyawan  Sofian  J.  et  al  (2022)  Pengaruh  Temperatur  Hardening  dan  Tempering  Baja  AISI 4140 terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro, Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia, 7 (6). E-ISSN: 2548-1398 Published by: Ridwan Institute
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia  p–ISSN: 2541-0849 e-ISSN: 2548-1398 Vol. 7, No. 6, Juni 2022

## PENGARUH TEMPERATUR HARDENING DAN TEMPERING BAJA AISI 4140 TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN STRUKTUR MIKRO

## Nicky Bryan Sulistyawan Sofian J, Erwin Siahaan, Rosehan
Mahasiswa Prodi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara Jakarta, Indonesia Email: nicky515180015@stu.untar.ac.id, erwins@ft.untar.ac.id, rosehan@ft.untar.ac.id

## Abstrak
Baja  memiliki  peranan  penting  dalam  suatu  industri  dimana  banyak  desain komponen  mesin  yang  menggunakan  material  ini.  Sifat  mekanik  material  cukup mampu  untuk  berbagai  aplikasi  lapangan  dalam  berbagai  aplikasi.  Efisiensi  dan efektivitas  dari  baja  itu  sendiri  selalu  menjadi  pertimbangan  dalam  memilih material yang tepat sesuai dengan pertimbangannya. Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan  dengan  tujuan  untuk  membandingkan  sifat  mekanik  baja  AISI  4140 sebelum  dan  sesudah  proses  perlakuan  panas,  melihat  perubahan  struktur  mikro baja  AISI  4140  sebelum  dan  sesudah  proses  perlakuan  panas.  Aplikasi  Baja  AISI 4140 adalah poros. Metode penelitian yang digunakan adalah data primer mengenai proses  Hardening,  Holding  Time,  Tempering  dan  Quenching  menggunakan  air. Dari  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat  diketahui  bahwa  temperatur  dan waktu  tahan  merupakan  faktor  yang  berpengaruh  nyata  terhadap  kekuatan  luluh dan  kekuatan  tarik  maksimal  Baja  AISI  4140.  pada  penelitian  ini  struktur  mikro baja AISI 4140 terdapat ferrite dan pearlite.
Kata Kunci: AISI 4140, Hardening, Holding Time, Tempering, Uji Tarik

## Abstract
Steel has an important role in an industry where many machine component designs use  this  material.  The  mechanical  properties  of  the  material  are  sufficiently capable for a wide range of field applications in a wide range of applications. The efficiency and effectiveness of the steel itself is always a consideration in choosing the  right  material  according  to  its  considerations.  Therefore,  this  study  was conducted with the aim of comparing the mechanical properties of AISI 4140 steel before  and  after  the  heat  treatment  process,  looking  at  changes  in  the  micro structure  of  AISI  4140  steel  before  and  after  the  heat  treatment  process. Applications  of  AISI  4140  Steel  are  shafts.  The  research  method  used  is  primary data  regarding  the  process  of  Hardening,  Holding  Time,  Tempering  and Quenching using water. From the results of the research that has been done, it can be seen that temperature and holding time are factors that significantly affect the yield  strength  and  ultimate  strength  of  AISI  4140  Steel. In  this  study,  the microstructure of AISI 4140 steel contained ferrite and pearlite.
Keywords: AISI 4140, Hardening, Holding Time, Tempering, Uji Tarik

## Pendahuluan
Baja  merupakan  material  yang  memiliki  penggunaan  paling  luas,  hal  ini mengingat  baja  mempunyai  kekuatan  tinggi,  mampu  dimesin  dengan  baik,  mudah dibentuk,  mudah  diperoleh  dipasaran.  Sifat  baja  tergantung  dengan  unsur  yang  ada didalam  baja  itu  sendiri  dan  beberapa  baja  jenis  tertentu  memiliki  sifat  yang  dapat diubah  melalui  proses  perlakuan  panas.  Pemilihan  bahan  dasar  baja  karbon  rendah sangat  mempengaruhi  oleh  komposisi  unsur-unsur  yang  terkandung  di  dalamnya. Baja karbon  rendah  adalah  logam  paduan,  logam  besi  sebagai  unsur  dasar  dengan  karbon sebagai unsur paduan utamanya antara 0,10% sampai 0,30%. Baja yang diproduksi oleh industri  terdiri  dari  beragam  jenis  sesuai  dengan  kebutuhan.  Berdasarkan  kandungan karbon, baja dikelompokkan menjadi tiga macam, yaitu baja carbon rendah ( low carbon steel ), baja karbon sedang ( medium carbon steel ), dan baja karbon tinggi ( high carbon steel ).  Sedangkan  menurut  kadar  unsur  paduan,  baja  dapat  dibagi  dalam  dua  golongan yaitu baja paduan rendah dan baja paduan tinggi atau baja paduan khusus. Baja paduan rendah  adalah  baja  yang  sedikit  mengandung  unsur  paduan  di  bawah  10%,  sedangkan baja paduan tinggi dapat mengandung unsur paduan di atas 10%. Salah satu baja paduan rendah adalah baja AISI 4140. Aplikasi Baja AISI 4140 antara lain digunakan sebagai Shaft,  gear,  bolt,  coupling,  spindles,  sprockets,  hydraulics  machine  shaft,  oil  industry drill collars, tools joints and piston pin . Menurut AISI komposisi kimia baja AISI 4140 meliputi, (0,80-1,10)% Cr, (0,75-1,0)% Mn, (0,38-0,43)%  C,  (0,15-0,30)%  Si,  (0,15- 0,25)%  Mo,  0,040%  S,  dan  0,035%  P sehingga baja AISI 4140 termasuk baja paduan rendah.
Berdasarkan  kandungan  elemen  paduan  memungkinkan  baja  AISI  4140  untuk diberi  perlakuan  panas  ( heat  treatment ).  Perlakuan  panas  pada  baja  memiliki  peranan sangat penting karena dapat merubah struktur mikro dan sifat mekanik dari baja tersebut sesuai  dengan  kebutuhan.  Proses  perlakuan  panas  adalah  proses  pemanasan  dan pendinginan pada sebuah baja atau baja paduan dengan tujuan utama untuk mengubah sifat mekanik dari baja tersebut. Kemudian  tujuan dari penelitian ini untuk melihat dan membandingkan  sifat  mekanis  dan  struktur  mikro  dari  Baja  AISI  4140  sebelum  dan sesudah dilakukan proses perlakuan panas.

## Metode Penelitian
Metodologi  Penelitian  dilakukan  di  Lab.  Metalurgi  Fisik  Universitas Tarumanagara.  dengan  menggunakan  alat  dan  bahan  sebagai  berikut;  tungku nabertherm  untuk  melakukan  proses Hardening,  Tempering .  Dan  dilakukan  proses  uji tarik,  uji  kekerasan,  uji  metalography.  Setelah  itu  data  tersebut  diubah  menjadi  grafik yang berguna untuk melihat perubahan pemanasan spesimen.

## Gambar 1 Tungku Nabertherm

## Langkah-Langkah Penelitian
1. Melakukan  pengambilan  data  spesimen  baja  AISI  4140  yang  tidak  dilakukan pengujian perlakuan panas untuk perbandingan penelitian ini.
2. Mempersiapkan  spesimen  baja  AISI  4140  untuk  dilakukannya  proses heat treatment .
3. Melakukan proses hardening pada 9 spesimen baja AISI 4140 di temperatur 850°C.
4. Kemudian  pada  proses  hardening  di  tahan  pada  waktu  30  menit,  setelah  selesai maka dilanjutkan ketahap proses quenching.
5. Melakukan  proses  tempering  pada  9  spesimen  yang  telah  dilakukan  proses hardening pada variasi temperatur yang berbeda yaitu:
a. 200°C di holding time pada 15, 30, 45 menit.
b. 400°C kemudian di tahan pada waktu 15, 30, 45 menit.
c. 600°C di tahan pada waktu 15, 30, 45 menit.
5. Setelah  dilakukan  proses  heat  treatment maka  dilanjutkan  ke  tahap  pengujian  Baja AISI  4140.  Pengujian  yang  dilakukan  adalah  uji  tarik,  uji  kekerasan,  dan  uji metalografi (pengamatan struktur mikro).

## Proses pembuatan material baja AISI 4140
Proses  untuk  pembuatan  baja  AISI  4140  dibagi  beberapa  langkah.  Berikut langkah-langkah yang harus dilakukan penguji supaya dapat diteliti:
1. Menyiapkan  spesimen  yang  akan  dilakukan  proses heat  treatment pada    baja  AISI 4140.
2. Menempatkan spesimen pada mesin pemanas.
3. Melakukan  pemolesan  spesimen  dengan  mesin  poles  otomatis  dan  untuk merapihkan permukaan benda kerja.
Diagram Alir Penelitian
Gambar 2

## Diagram Alir Penelitian
Hasil Dan Pembahasan
Hasil Uji Tarik Baja AISI 4140
Tabel 1

## Tabel Hasil Uji Tarik Baja AISI 4140
No Temperatur (Hardening 850 o C) σ y (Mpa) σ u (Mpa) 15 Menit 30 Menit 45 Menit 15 Menit 30 Menit 45 Menit 1 Tempering 200 o C 536,4 543,6 551 577,8 592,5 580,3 2 Tempering 400 o C 536,4 509,6 538,8 585,1 548,6 572,9 3 Tempering 600 o C 541,3 553,4 546,1 570,5 582,7 577,8 4 Non Heat Treatment 602,2 636,4
1. Hardening: 850 o C, Tempering 200 o C, Holding Time : 15 Menit :
A =
=
= 200,96
Fy =
= = 536,4 Mpa Fu = = = 577,8 Mpa
2. Hardening: 850 o C, Tempering 400 o C, Holding Time: 30 Menit:
A =
=
= 200,96
Fy =
= = 509,6 Mpa Fu = = = 548,6 Mpa Gambar 3
Grafik kekuatan luluh Baja AISI 4140 (σ y )
Gambar 4 Grafik Kekuatan Tarik Maksimum Baja AISI 4140 (σ u )
Berdasarkan  hasil  yang  dilihat  pada  penelitian  ini  adalah  hasil  kekuatan  luluh ( σ y )  dikarenakan  tergantung  pada  tujuannya,  apabila  spesimen  yang  mempunyai kekerasan  material  yang  tinggi  maka  yang  digunakan  adalah ultimate  tensile  strenght nya. Penelitian yang telah dilakukan menggunakan spesimen Baja AISI 4140 berbentuk poros maka yang  hasil atau nilai yang dibahas adalah yield strenght nya. Dapat dilihat dari grafik 4.1 pada Tempering 200 o C terlihat konsisten dari holding time 15 menit ke 45  menit,  akan  tetapi  pada tempering 400 o C  pada  holding  time  15  menit  ke  30  menit mengalami  penurunan  dari  536,4  MPa  ke  509,6  MPa.  Setelah  itu  kembali  mengalami kenaikan  pada yield  strenght. Kemudian  pada  holding  time  15  menit  di tempering 600 o C  lebih  tinggi  dari  pada  holding  time  15  menit  pada  tempering  400 o C  dan  200 o C yaitu  541,3  MPa.  Dari  analisis  diatas  dapat  dilihat  bahwa,  temperatur  memang mempengaruhi tingkat ke-elastisitasan baja AISI 4140 walaupun holding time dan heat treatment pada  penelitian  ini  yang  tidak  memiliki  perbedaan  secara  signifikan. Kemudian hasil dari uji tarik pada penelitian yang telah dilakukan, dapat dianalisis juga bahwa  pengaruh  lama  holding  time  terhadap  kekuatan  tarik  maksimum  dan  kekuatan tarik luluh.
Hasil pengamatan dengan mikroskop Tanpa perlakuan
Gambar 5
Tanpa Perlakuan Panas, Perbesaran 10x
Struktur mikro perlakuan panas hardening 850 o C

## Gambar 6
Hardening 850 o C, tempering 200 o C, holding time 15 menit, Perbesaran 10x

## Gambar 7
Hardening 850 o C, tempering 200 o C, holding time 30 menit, Perbesaran 10x
Pearlite Ferrite Ferrite Pearlite
Gambar 8
Hardening 850 o C, tempering 200 o C, holding time 45 menit, Perbesaran 10x

## Gambar 9
Hardening 850 o C, tempering 400 o C, holding time 15 menit, Perbesaran 10x
Gambar 10
Hardening 850 o C, tempering 400 o C, holding time 15 menit, Perbesaran 10x
Ferrite Pearlite Pearlite Ferrite Pearlite Ferrite

## Gambar 11
Hardening 850 o C, tempering 400 o C, holding time 30 menit, Perbesaran 10x

## Gambar 12
Hardening 850 o C, tempering 400 o C, holding time 45 menit, Perbesaran 10x

## Gambar 13
Hardening 850 o C, tempering 600 o C, holding time 15 menit, Perbesaran 10x
Ferrite Pearlite Ferrite Pearlite Ferrite Pearlite
Gambar 14
Hardening 850 o C, tempering 600 o C, holding time 30 menit, Perbesaran 10x

## Gambar 15
Hardening 850 o C, tempering 600 o C, holding time 45 menit, Perbesaran 10x
Pembahasan setelah mengamati struktur mikro baja AISI 4140 setelah dilakukan perlakuan panas melalui mikroskop adalah sebagai berikut:
Tujuan  dari  melihat  struktur  mikro  dari  baja  AISI  4140  adalah  untuk  melihat perubahan  sturktur  mikro  sesudah  dan  sebelum  dilakukan  perlakuan  panas.  Kemudian dari  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan,  pengujian  pada  spesimen  yang  tidak dilakukan perlakuan panas memiliki struktur mikro yang ferrite dan pearlite yang sama- sama dominan yang berarti baja 4140 memiliki sifat getas, keras dan tidak mudah patah. Dan  terlihat  bahwa  setelah  dilakukan  tempering  200 o C  struktur  mikro  baja  AISI  4140 terlihat pearlite lebih dominan, yang berarti memiliki sifat elastisitas yang tinggi. Akan tetapi  ferrite  tetap  ada  tetapi  tidak  dominan,  Sedangkan  pada  tempering  400 o C  pada hasil  pengujian  tarik  hasil  pada  tabel  4.1  menunjukkan  bahwa  hasil  rata-rata  lebih rendah  dibandingkan  dengan  tempering  200 o C.  Setelah  dilihat  pada  struktur  mikro melalui  mikroskop  menunjukkan  bahwa  ferrite  lebih  dominan  dibandingkan  dengan pearlite,  yang  berarti  spesimen  baja  AISI  4140  tempering  400 o C  memiliki  sifat  ke- elastisitas  yang  rendah,  lunak,  dan  ulet.  Kemudian  proses  tempering  pada  suhu  600 o C
Ferrite Pearlite Ferrite Pearlite
holding  time  45  menit  memiliki  jumlah  pearlite  yang  paling  banyak,  yang  berarti material yang dilakukan perlakuan panas pada tempering 600 o C di holding time pada 45 menit menjadi lebih kuat, keras serta ulet. Dapat dilihat bahwa setelah dilakukan proses perlakuan  panas  Baja  AISI  4140  memiliki  nilai  keuletan  yang  cukup  tinggi,  sehingga dengan melakukan proses ini dapat disimpulkan bahwa Baja AISI 4140 yang dilakukan proses  hardening  dan  tempering  akan  memiliki  nilai  keuletan  yang  lebih  tinggi. Kelebihan  dari  perlakuan  proses ini terhadap  agar  baja  AISI  4140  memiliki  ketahanan yang baik dengan meningkatkan nilai keuletan dan kelunakan melalui proses perlakuan panas,  sehingga  resiko  baja  AISI  4140  terjadi  bisa  diminimalisir.  Akan  tetapi  nilai kekerasan  pada  baja  AISI  4140  juga  harus  diperhatikan  karena  semakin  ulet  maka kekerasan yang dimiliki akan semakin rendah. Maka dari itu dari penelitian yang telah dilakukan  dapat  disimpulkan  bahwa  untuk  mendapatkan  nilai  kuat  tarik  dan  nilai kekerasan  yang  efektif  yaitu  pada  hardening  pada  suhu  850 o C  kemudian  di  tempering pada  suhu  200 o C.  Dikarenakan  pada  tempering  200 o C  spesimen  Baja  AISI  4140 memiliki nilai kuat tarik rata-rata 543,6 Mpa.

## Kesimpulan
Pada  penelitian  ini  dapat  disimpulkan  bahwa  hasil  kekuatan  tarik  maksimum terbesar  terdapat  pada σ u tempering  400 o C,  holding  time  15  menit  yaitu  585,1  MPa. Kemudian  hasil  yang  minimum  didapatkan  pada σ y tempering 400 o C, holding  time 30 menit  yaitu  509,6  Mpa.  Kemudian  dapat  juga  disimpulkan  bahwa  variasi  temperatur mempengaruhi hasil kekuatan tarik maksimum dan kekuatan tarik luluh, serta pengaruh lama holding  time pada  proses hardening dan tempering juga  mempengaruhi  hasil σ u dan σ y . Pada  penelitian  ini  juga  dapat  disimpulkan  bahwa  pada  temperatur  200 o C merupakan  temperatur  yang  paling  efektif  untuk  mendapatkan  nilai  tarik  sesuai  yang dinginkan karena memiliki nilai yang konsisten yaitu memiliki nilai kuat tarik rata-rata 543,6 Mpa. Kemudian pada struktur mikro dapat disimpulkan bahwa setelah dilakukan tempering  200 o C  struktur  mikro  baja  AISI  4140  terlihat  pearlite  lebih  dominan dibandingkan  ferrite.  Kemudian  pada  tempering  400 o C  menunjukkan  bahwa  ferrite lebih  dominan  dibandingkan  dengan  pearlite,  yang  berarti  spesimen  baja  AISI  4140 tempering  400 o C  memiliki  sifat  ke-elastisitas  yang  rendah,  lunak,  dan  ulet.  Kemudian proses tempering pada suhu 600 o C holding time 45 menit memiliki jumlah pearlite yang paling  banyak,  yang  berarti  material  yang  dilakukan  perlakuan  panas  pada  tempering 600 o C di holding time pada 45 menit menjadi lebih kuat, keras serta ulet.

## BIBLIOGRAFI
Santoso,  Redi.,  2014.,  “ Pengaruh  Hardening  Terhadap  Sifat  Mekanis  dengan  Variasi Media  Pendingin  Air  (TDS  Nol,  TDS  Nol  +  Garam,  TDS  Nol  +  Gula)  Pada Material HSS” . UNISMA, Malang.
Sunardi,  Moh  Fawaid,  Desga  H.N.  2016. Pengaruh  Variasi  Suhu  Pada  Proses  Self Tempering  dan  Variasi  Waktu  Tahan  Pada  Proses  Tempering  Terhadap  Sifat Mekanis Baja AISI 4140. Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Cilegon.
Aria Narendra Adhi. 2020. Optimasi Parameter Perlakuan Panas Terhadap Kekerasan Baja AISI 4140 Dengan Metode Taguchi Untuk Aplikasi Poros Pompa Sentrifugal Multistage . Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2020.
Susri  Mizhar,  Gerhana  Burhanuddin  Tampubolon.  2015. Analisa  Kekerasan  Dan Struktur  Mikro  Terhadap  Variasi  Temperatur  Tempering  Pada  Baja  AISI  4140 . Institut Teknologi Medan (ITM).
Susri  Mizhar 1 ]  dan  Sugianto  Simatupang 2 ]  .  2016. Pengaruh  Variasi  Konsebtrasi Polimer  Dari  Media  Pendinginan  Pada  Proses  Quench-Temper  Terhadap Struktur  Mikro  Dan  Ketangguhan  Impak  Dari  Baja  Aisi  4140 .  Jurusan  Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri Institut Teknologi Medan.
Bima Arbinta. 2021. Pengaruh Waktu Tahan Proses Normalisasi Pada Baja AISI 4140 Terhadap  Kekuatan  Tarik,  Kekuatan  Impak  dan  Struktur  Mikro. Jurusan  Teknik Mesin, Fakultas Teknik Mesin Universitas Sriwijaya.
Beny  Bandanadjaja,  Dewi  Idamayanti*,  Rinaldy  Alviana  Hanafi.  2019.  “ Rancangan Proses  Perlakuan  Panas  Untuk  Meningkatkan  Sifat  Ketahanan  Erosi  Baja  Aisi 4140 ”. Politeknik Manufaktur Bandung.
Madduru  Phanindra  Reddy,  A.  Aldrin  Sam  William,  M.  Mohan  Prashanth,  S.N. Sabaresh, Kumar, K. Devendranath Ramkumar* , N. Arivazhagan , S. Narayanan. 2014. “Assessment  of  Mechanical  Properties  of  AISI  4140  and  AISI  316 Dissimilar  Weldments”.  School  of  Mechanical  &  Building  Sciences,  VIT University, Vellore 632014, India.
Cahya Sutowo., ST. MT., Bayu Agung Susilo. “ Pengaruh Proses Hardening pada Baja HQ 7 AISI 4140 dengan Media Oli dan Air terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro ”. Faculty of Engineering, University Muhammadiyah Jakarta.
Willyanto  Anggono,  Ian  Hardianto  Siahaan,  Agung  Dwi  Cahyono.  “ Optimasi  Proses Tempering  Baja AISI  4140  untuk  Peningkatan  Sifat  Mekanik Roller  Cyclo  Speed Reducer ”. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Kristen Petra Product Innovation and Development Centre Petra Christian University.
Jourdy Praditya. 2018. “ Analisis Pengaruh Temperatur dan Waktu Tahan pada Proses Hardening  Material  4340  terhadap  Kekerasan  dan  Struktur  Mikro  untuk
Komponen Axle Shaft”. Departemen Teknik Material, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2018.

## Copyright holder:
Nicky Bryan Sulistyawan Sofian J, Erwin Siahaan, Rosehan (2022)
First publication right:
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia
This article is licensed under: