## KEGAGALAN  KOMPONEN DIES PADA PROSES HEAT TREATMENT
Eko Edy Susanto Jurusan Teknik Mesin – Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Nasional Malang Telp. (0341) 417636 – Pes. 516, Fax. (0341) 417634

## Abstrak
Komponen  dies yang  dianalisis adalah  komponen  dies  yang  gagal  atau  rusak  pada saat dilakukan proses heat treatment  dengan demikian komponen dies tersebut belum digunakan  untuk  cetakan. Bahan dies adalah  Baja  ASSAB  8407-2M,  kemudian dilakukan pemesinan untuk pembentukan sesuai bentuk yang direncanakan. Proses heat treatment yang dilakukan preheating 815 0 C, hardening pada suhu 1020 o C dan tempering pada suhu 595 o C untuk mendapatkan kekerasan 51 HRc. Pada permukaan dies  yang  rusak  atau  patah  diperoleh  data  kekerasan  yang  tidak merata  dan  belum mencapai kekerasan yang direncanakan dengan demikian kerusakan terjadi sebelum proses heat treatment selesai. Dari tekstur permukaan retakan diperoleh sumber atau awal retakan, akibat dari proses pemesinan yang menghasilkan jari-jari sudut sangat kecil.  Pada  disain  dies ketebalannya  ada  yang  tipis  dan  tebal  sehingga  pada  proses peningkatan panas dan  pendinginan akan  menyebakan  perbedaan  tegangan  yang terjadi  dengan  demikian  akan  mepercepat  laju  keretakan.  Diperolah  kesimpulan disain  dan  proses  pengerjaan  pemesinan  penyebab  kegagalan  proses  heat  treatmen dies.
Kata kunci: Dies ; permesinan; heat treatment; retak ; patah
PENDAHULUAN.
Kegagalan atau kerusakan komponen mesin dies pada proses heat  treatment dengan bentuk kerusakannya yang spesifik menjadi gagasan untuk menganalisa penyebab kerusakannya.
Kerusakan komponen mesin dies dapat ditelusuri dari historisnya,  mulai  perencanaannya,  bahan yang digunakan, proses pembuatannya atau pembentukannya,  proses heat  treatment dan  pemakaiannya. Pada  proses seperti pembuatan komponen dies , harus mempertimbangkan  jenis bahan yang sesuai dengan karakteristik yang dibutuhkan.  Bahan dies adalah baja ASSAB  8407-2M karena  bahan  ini sesuai digunakan untuk bahan dies, tahan terhadap
temperatur  yang  tinggi, memiliki  mampu mesin  yang  baik,  memiliki  kekuatan dan kekerasan  tinggi. Proses  pembentukan komponen  mesin dies diselesaikan  dengan pemesinan karena  penyebab  lain dari kegagalan dapat dipengaruhi oleh pemilihan  geometri  pahat  yang  tidak  tepat maka  dapat  mempercepat  kelajuan  crack pada waktu perlakuan panas atau pengaruh pembebanan  pada  saat  pemakaiannya. Guna memperoleh  karakteristik  bahan sesuai  perencanaan dies, maka dilakukan heat  treatment pada  temperatur    995-1065
0 C untuk memperoleh  kekerasan  49- 53 HRc. Proses heat  treatment dalam  dunia industri  merupakan  proses  yang  cukup berpengaruh dalam
menentukan persyaratan  design  yang  diinginkan  baik
struktur mikronya maupun sifat mekanisnya, seperti kekerasan,
ketangguhan dan sebagainya.
Pada langkah menganalisa kerusakan komponen mesin dies dapat diperoleh dari data  historisnya  mulai  bahan  yang digunakan,  proses  pembuatan  dengan pemesinan,  proses  perlakuan  panas  dan kondisi  pengoperasian dies untuk cetakan. Penyebab  kerusakan dies dapat  diperoleh dari  data  pengujian  laboratorium  dan dianalisis. Pengujian kekasaran permukaan dies sebelum penggunakan dan  dimensi serta profil dies .  Pengujian sampel material baja ASSAB 8407-2M dilakukan berdasarkan  spesifikasi  pemakaian  baja tersebut,  meliputi  :  pemakaiannya,
pelaksanaan heat  treatment dies sesuai dengan  data  yang  direkomendasikan.  Data jenis  kerusakannya  diperoleh    dari pengamatan  pada  daerah  yang  rusak.  Dari data  historis dies yang  rusak,  data  hasil pengujian  laboratorium,  dilakukan  analisa untuk  memperoleh  penyebab  kerusakan dan  jika dikembangkan  lebih  lanjut  dapat mencari  solusi  alternatif  pencegahan kerusakan  yang  terjadi  pada  kondisi  yang sama.

## METODOLOGI.
Baja  ASSAB  8407  adalah  nama pemasaran  untuk  baja  perkakas  paduan rendah dan penulisan ASSAB adalah nama perusahahan  yang  memproduksi  berbagai jenis  baja  yang  digunakan  untuk perindustrian, dan angka 8407 adalah kode untuk baja perkakas pengerjaan panas (Hot Work Tool Steel). Baja ini dikelompokkan paduan  rendah  karena  jumlah  unsur paduannya kurang dari 10%. Komposisi kimia untuk baja ASSAB 8407 tersebut  mengandung  karbon,  silikon, mangan,  khrom,  molibden,  dan  vanadium.
Untuk  lebih  jelasnya  dapat  dilihat  pada tabel. 1 ,  dimana  pada  tabel  tersebut diperlihatkan  persentase  masing-masing komposisi.
Tabel 1 Komposisi Kimia Baja ASSAB 8407 Typical Analysis % C 0,39 Si 1,0 Mn 0,4 Cr 5,2 Mo 1,4 V 0,9 Standard Specification Premium AISI H 13, W-Nr. 1.2344 Delivery Condition Soft Annealed to approx. 180 HB Colour code Orange
Baja  ASSAB  8407  mempunyai  beberapa sifat  yang  menguntungkan  di  dalam penggunaannya,    ketahanan  yang  tinggi terhadap  kejutan  panas  ( Thermal  Shock ) dan  kelelahan  panas  ( Thermal  Fatique ), sesuai  untuk  kerja  pada  temperatur  tinggi maka  bahan  ini  sangat  sesuai  untuk  bahan dies. Proses  perlakuan  panas  pada dies akan  menentukan  kwalitas  bahan  rol terutama  waktu  atau  umur  pakai,  maka Standart  Operating  Prosedure  perlakuan panas dilaksanakan dengan batasan-batasan atau standar perlakuan panas sesuai dengan perlakuan  panas  untuk  baja  mampu  kerja panas  (hot  work  tool  steel) Baja  ASSAB 8407 yang digunakan sampel pengujian Input Standart Operating Prosedure bagian perlakuan panas meliputi :
a. Berdasarkan permintaan atau kebutuhan  :  spesifikasi  bahan sebelum  dan  sesudah  perlakuan panas,  standar  pabrik  dan  dimensi benda kerja. b. Berdasarkan  kondisi  perusahaan  : kapasitas dan kemampuan tekonologi c. Berdasarkan  komponen  kerja  : penggunaan benda kerja.
Data masukan,
digunakan untuk menentukan  batasan-batasan  teknik  yang diperlukan  untuk  proses  perlakuan  panas dengan  mempertimbangkan  kemampuan perusahaan  untuk  melakukan  pengerjaan perlakuan  panas  sesuai  kebutuhan  atau permintaan.
Tabel 2 Proses heat treatment pada dies
Jenis Proses Temperatur Holding Time Preheating I 600 o C 60 menit Preheating II 870 o C 60 menit Hardening 1020 o C 60 menit Quenching 200 - 250 o C - Pendinginan Udara Luar 50 - 100 o C - Tempering 595 o C 120 menit
Proses heat  treatment yang  dilakukan mendapatkan  kekerasan  pada  dies  50-52 HRc.
Kekerasan material d ies yang retak .
Pada  saat  dies  yang  pecah  menjadi  dua bagian    dapat  diamati  alur  keretakannya. Pengujian  yang  dilakukan pada dies  yang pecah  tersebut dengan foto  makro,  foto mikro,  foto  SEM,  pengujian  kekerasan untuk  sampel  uji  dilakukan  pengujian kekerasan, tarik dan Impak dilakukan

## Tabel 3 Pengujian Kekerasan Dies
Daerah Pengujian Kekerasan HRC Kekerasan Rata-rata HRC 1.A 52 2.A 49 3.A 49 49,6 4.A 48 5.A 50 1.B 48 2.B 50 3.B 51
49,8 4.B 50
5.B 50
Gambar 1 Bagian belakang dies Gambar 2 Bagian depan dies Gambar 3 Pengujian kekerasan daerah retak pecah 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 A B C 1 2 3 4 D A B 1 2 4 3 5 1 4 3 5 2
Tabel 4
Data Pengujian Kekerasan Pada Daerah Keretakan Dies Daerah Pengujian Kekerasan HRC Kekerasan Rata-rata HRC 48 42 A 39 44 47 47 39 B 38 43 49 46 37
C 39 43 48 51 48
D 45 48 47
Terjadi  penyebaran  kekerasan  bagian dalam  dies  yang  tidak  merata dan kekerasan bagian dalam material dies lebih lunak dibandingkan bagian luar. Perbedaan kekerasan tersebut menggambarkan bahwa kerusakan dies terjadi sebelum proses heat treatment selesai. Perencanaan  kekerasan hasil heat treatment sampai 51 HRc.
Gambar 4 Foto Makro bagian proses pemesinan
Proses pemesinan untuk pembentukan dies diperlukan set-up mesin dan geometri, bahn pahat  sesuai  spesifikasi  kontruksi  dies. Kurang tepatnya set-up mesin dan geometri pahat  akan  menghasilkan  kontruksi dies dengan  jari-jari  sudut  sangat  kecil.  Pada sudut  tersebut  terjadi  kosentrasi  tegangan yang  tinggi  pada  saat  pemanasan  maupun pendinginan, akibatnya  dari  jari-jari  sudut sangat  kecil  inilah  awal  keretakan  dan merambat  ke  daerah  lain  sampai  terjadi pepatahan pada dies saat heat treatment .

## Gambar 5
Awal retak dan rambatan retakan
Gambar 6 Daerah Pengujian Struktur Mikro Pada Potongan Dies Pembentukan dies dengan pemesinan, bekas pemotongan dari tool
Arah retakan Awal retak A B  C 
Gambar 7 Foto Struktur Mikro Patahan Dies Atas (A), Pembesaran 300 kali

## Gambar 8
Foto Struktur Mikro Patahan Dies Tengah (B), Pembesaran 300 kali
Gambar 9 Foto Strktur Mikro Patahan Dies Bawah (C), Pembesaran 300 kali
Gambar  7 dan  gambar  9  menggambarkan kekerasan  yang  lebih  tinggi  dibandingkan gambar  8 karena  perbedaan  matrik martensit.  Jika  pelaksanaan  proses heat treatment mulai  awal  sampai  akhir  sesuai rekomendasi yang diijinkan untuk mencapai  kekerasan  51  HRc  maka penyebaran  matrik  martensit  pada  gambar 7,8 dan 9 lebih kurang akan sama.

## Gambar 10
Hasil Foto SEM, Pembesaran 300 kali

## Gambar 11
Hasil Foto SEM, Pembesaran 750 kali
Dari foto SEM ini terlihat bahwa keretakan yang  terjadi  adalah  keretakan  getas  yang ciri  utamanya  adalah  alur  sungai  (river marking).  Ciri  tersebut  disebabkan  oleh perambatan retak melalui kristal sepanjang sejumlah  bidang  sejajar  yang  membentuk lembah dan tepi yang tajam

## Pengujian Kekerasan Spesimen.
Pengujian pada  sampel  dilakukan  sesuai dengan rekomendasi proses heat treatment untuk  baja  ASSAB  8407 maka menghasilkan  kekerasan  51  HRc  sesuai perencanaan dies .
Tabel 5.
Data Pengujian Kekerasan Baja ASSAB 8407 Setelah Perlakuan Panas Sampel Pengujian Kekerasan HRC Kekerasan Rata- rata HRC 1 51 2 50 3 50 51 4 52 5 53 Tabel 6. Data Kekerasan Baja ASSAB 8407 Sebelum Perlakuan Panas Sampel Pengujian Kekerasan BHN Kekerasan Rata- rata BHN 1 186 2 201 3 175 184 4 169 5 190

## Pengujian Impact spesimen.

## Tabel 7
Hasil Pengolahan Data Pengujian Impak Spesi men Sudut Awal (α) Sudut Akhir (β) Energi Untuk Mematahkan (Joule) Impact Strength (Joule/m m 2 ) 1 156 o 97,5 o 120,6 1,5 2 156 o 100 o 113,9 1,42 3 156 o 96,5 o 123,31 1,54 4 156 o 101 o 111,31 1,39 Rata-rata (Є) 156 o 98,75 117,27 1,4625
Pengujian Tarik spesimen.

## Tabel 8
Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Sampel No Tegangan maksimum σ max (N/mm 2 ) Regangan Є (%) Modulus Elastisitas E = σ max / Є Kekerahan bahan uji HRc 1 1850 34,62 10 52 2 1839 32,69 11 50 3 1861 38,75 9,8 53 4 1848 30,77 10 50

## PEMBAHASAN
Bahan  untuk  komponen dies dari baja  ASSAB  8407  karena  bahan  tersebut kekerasannya  mencapai  51  HRc  setelah heat  treatment, Impact  Strength 1,5 (Joule/mm 2 ), tegangan tarik 1850 (N/mm 2 ) dan  tahan  pada  temperatur  tinggi  karena kandungan  Cr  =  5,2  dan  Mn  =  0,4  cukup tinggi  maka  sangat  sesuai  untuk  bahan komponen dies. Proses heat treatment baja ASSAB 8407 utuk komponen dies dengan preheating I pada temperatur 600 o C dengan holding 60  menit,  preheating  II  pada temperatur 870 o C dengan holding 60 menit, hardening pada temperatur 1020 o C dengan holding 60  menit,  quenching 250 o C, tempering 595 o C dengan waktu 120 menit serta  pendinginanudara  luar 100 o C sampai temperatur  kamar.  Proses heat  treatment sudah  sesuai  dengan  rekomendasi  untuk baja  ASSAB  8407  agar  mendapatkan kekerasan dan  kekuatan  sesuai  bahan komponen dies. Hasil  pengujian  kekerasan  pada permukaan  bagian  belakang dies rata-rata kekerasannya  49,7  HRc  dan  permukaan bagian  depan  rata-rata  kekerasannya  48 HRc,  kekerasan  antara  kedua  permukaan atau  bagian  tengah  pataahan  rata-rata  43 HRc, maka kekerasan komponen dies yang rusak  pada  saat  proses heat  treatment belum mencapai kekerasan yang
direncakan  sampai  51  HRc.  Dengan demikian  keretakan  terjadi  pada  waktu proses heat treatment.
Gambar 12 Daerah keretakan awal lapisan warna hitam dan daerah retakan susulan
Profil  komponen  dies terdapat  perbedaan ketebalan  pada  disainnya  dengan  pada proses
heat  treatment
kesergaman penyebaran  panaspada  semua  bahan  tidak merata  maka  pada  saat  peningkatan  panas proses preheating akan  terjadi  tegangan yang tidak sama pada seluruh bahan. Pada pemesinan dies terdapat sudut dengan jari- jari yang sangat kecil sehingga terjadi titik kosentrasi  tegangan  yang  sangat  tinggi maka pada saat peningkatan dan penurunan panas (pendinginan) pada daerah sudut ini akan  terjadi  awal  keretakan  dan  merambat kedaerah lainnya sampai dies pecah.

## KESIMPULAN
Kegagalan  pada  proses heat  treatment dapat menyebabkan kerusakan dies karena disebabkan :
1. Pada disain dies terdapat ketebalan yang tidak  sama  maka  saat  proses heat treatment laju  pemanasan preheating dan  pendinginan  diperlukan  laju  yang lambat.
2. Meniadakan sudut dengan jari-jari yang sangat  kecil  (sudut  lancip)  pada  proses pembentukan dies dengan  mesin perkakas.
3. Kerusakan dies dari  baja  ASSAB  8407 terjadi  pada  saat  proses heat  treatment dan  ini  dianggap  kegagalan pembuatan dies pada  saat  proses heat  treatment karena  proses  pemesinan  yang  tidak benar.
DAFTAR PUSTAKA.
1. George  E.  Dieter,  Metalurgi  Mekanik, Terjemahan  Sriati  Djaprie,  Jilid  2,
Penerbit Erlangga, Jakarta, 1988. 2. Smallman.  R.E,  Metalurgi  Fisik Modern, Penerbit Gramedia, Jakarta,1991.
3. Suratman  Rochim,  Paduan  Proses Perlakuan  Panas,  Lembaga  Penelitian Institut Teknologi Bandung, 1994.
4. Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Penerbit Gramedia, Jakarta,1992.
5. Thelning  Erick,  Stell  and  Heat Treatment, Jointly Owned by Butterworek & CO, London, 1984 6. Thomas  J.  Witherfod,  Introduction  to Heat Treating of Stells, ASM Handbook Heat  Treating,  Volume  4,  ASM International,  Ohio,  1993  halaman  711- 725
Bagian depan dies
Bagian belakang dies Retakan susulan Daerah Keretakan awal