## PENGARUH PERBEDAAN WAKTU PENAHANAN SUHU STABIL
( HOLDING TIME ) TERHADAP KEKERASAN LOGAM

## Margono
Staf Pengajar D3 Fakultas Teknik UNDIP

## ABSTRACT
Hardening  was  attaching  to  steel  to  get  high  resistance,  strengthens,  and  better fatigue limit. This hardening was done in few steps such, pre-treatment, treatment, holding time  and  cooling.  The  reach  hardness  depends  on  material  carbon  content,  treatment temperature, holding time and rapid cooling. The hardness of Amuntit steel depends on the holding time factor. Holding time is the time which is material needs to get homogeneities in the same temperature. The experiment shows that the hardness increase in the first ten minutes holding time, from 34,24 HRC to 60,08 HRC. And 62,693 HRC at 20 minutes later, 64,52 HRC at 30 minutes later, and reach the maximum hardness 65,146 HRC at the last 40  minutes  holding.  The  conclusion  of  this  experiment  is  holding  time  influences  the hardness  beside  the  treatment  of  temperature  and  cooling  rapid.  So,  we  can  decide  the hardness we take by the holding time factor.
Keywords: heat treatment, hardening, holding time, homogen

## PENDAHULUAN
Bahan-bahan  pada  saat  sekarang, khususnya logam semakin baik dan rumit, digunakan  pada  peralatan  modern  yang memerlkan bahan dengan kekuatan impak dan ketahanan fatige yang tinggi disebabkan meningkatnya kecepatan
putar dan pergerakan linier serta peningkatan  frekuensi  pembebanan  pada komponen.
Untuk  mendapatkan  kekuatan  dari  bahan tersebut  dapat  dilakukan  dengan  proses perlakuan  panas.  Perlakuan  panas  adalah suatu  proses  pemanasan  dan  pendinginan logam  dalam  keadaan  padat  untuk mengubah  sifat-sifat  fisis  logam  tersebut. Melalui  perlakuan  panas  yang  tepat, tegangan  dalam  dapat  dihilangkan,  besar butiran  dapat  diperbesar  atau  diperkecil, ketangguhan  dapat  ditingkatkan  atau dapat  dihasilkan  suatu  permukaan  yang keras di sekeliling inti yang ulet.
Faktor-faktor yang mem- pengaruhi hasil
kekerasan dalam
perlakuan  panas  antara  lain:  Komposisi kimia,  Langkah  Perlakuan  Panas,  Cairan Pendinginan, Temperatur Pemanasan, dan lain-lain.
Proses  hardening  cukup  banyak dipakai  di  industri  logam  atau  bengkel- bengkel logam lainnya.
Alat-alat permesinan atau komponen mesin banyak yang  harus  dikeraskan  supaya  tahan terhadap  tususkan  atau  tekanan  dan gesekan  dari  logam  lain,  misalnya  roda gigi,  poros-poros  dan  lain-lain  yang banyak  dipakai  pada  benda  bergerak. Dalam  kegiatan  produksi,  waktu  yang dibutuhkan  untuk  menyelesaikan  suatu produksi adalah merupakan masalah yang sangat  sering  dipertimbangkan  dalam industri  dan  selalu  dicari  upaya-upaya untuk mengoptimalkannya.
Pengoptimalan ini dilakukan mengingat bahwa waktu (lamanya) menyelesaikan  suatu  produk  adalah berpengaruh besar terhadap biaya
produksi.

## Sifat Mekanis Baja Amutit
Baja  amutit  termasuk  pada  baja padun,  yang  mempunyai  unsur-unsur sebagai  berikut:  Carbon  (C)  0,95%; Mangaan  (Mn)  1,1%;  Chrom  (Cr)  0,5%; Vanadium  (V)  0,12%,  Wolfram  (W) 0,55%; Silikon (Si) 0,3%. Baja amutit ini digunakan  antara  lain  untuk:  alat  potong, blanking,  punches,  milling  cutter,  die part,  roller  die,  check  plug,  gauge  blok, angle  blok  plastick  moulding,  twist  drill, tap,  centre  bits,  pins,  ejecting  mandrels, dan lain-lain.
Karena  termasuk  baja  paduan, maka  sifatnya  sama  dengan  baja  paduan, secara umum yaitu:
1. keuletan yang tinggi tanpa pengurangan tarik 2. kemampuan kekerasan sewaktu pencelupan  dalam  minyak  atau  udara dan  dengan  demikian  kemungkinan retak atau distorsinya kurang
3. tahan  terhadap  korosi  dan  kekerasan tergantung pada jenis panduan
4. tahan  terhadap  perubahan  suhu,  ini berarti  sifat  fisisnya  tidak  banyak berubah
5. memiliki kelebihan dalam sifat metalurgi seperti butirnya yang halus

## Kekerasan
Kekerasan  didefinisikan  sebagai ketahanan  suatu  benda  (benda  kerja) terhadap  penetrasi,  daya  tembus  dari bahan  lain  yang  lebih  keras  (penetrator). Kekerasan  merupakan  suatu  sifat  dari bahan  yang  sebagian  besar  dipengaruhi oleh unsur-unsur paduannya dan kekerasan  suatu  bahan  tersebut  dapat berubah  bila  dikerjakan  dengan  cold worked  seperti  pengerolan,  penarikan, pemakanan  dan  lain-lain  serta  kekerasan dapat  dicapai  sesuai  kebutuhan  dengan perlakuan panas.
Kekerasan  suatu  bahan  (baja)
dapat diketahui dengan pengujian kekerasan  memakai  mesin  uji  kekerasan
(hardness tester) menggunakan tiga cara/metode  yang  telah  banyak/umum dilakukan yaitu metode Brinell, Rockwell dan Vickers.

## Metode Rockwell
Prinsip  pengujian  pada  metode Rockwell  adalah  dengan  menekankan penetrator  ke  dalam  benda  kerja  dengan pembebanan  dan  kedalaman  indentasi memberikan harga kekerasan yaitu perbedaan  kedalaman  indentasi  yang didapatkan dari beban mayor dan minor. Pengujian  dengan  Rockwell  C
memakai penetrator Speroconial
Diamond  (permata  berbentuk  kerucut) dengan  sudut  puncak  permata  102º  dan dengan  beban  minor  10  kg  dan  beban mayor  150  kg  atau  beban  awal  Fo  =  10 kg,  beban  tambahan  F1  =  140  kg,  beban total F = 10 + 140 = 150 kg.
Kekerasan Rockwell C dapat juga ditulis dengan :

## HRC = 100 – e
Dimana: e =   pertambahan  kedalaman  intensitasi permanent  dengan  beban  awal, setelah  beban  awal  dihilangkan  dan pertambahan  dinyatakan  dengan satuan 0,02 mm
Mesin  uji  kekerasan  dengan  metode Rockwell  dipakai  karena:  digunakan untuk  mengukur  benda  kerja  yang dikeraskan (ditreatment), mesin uji kekerasan  Rockwell  dapat  memberikan harga  kekerasan  secara  langsung  dari benda  kerja  yang  ditest  pada  penunjuk (indikator)  sehingga  membuat  waktu pengujian relatif lebih cepat.
Hardening Hardening dilakukan untuk memperoleh  sifat  tahan  aus  yang  tinggi,
kekuatan  dan  fatigue  limit/strength  yang lebih baik.
Kekerasan  yang  dapat  dicapai tergantung pada kadar karbon dalam baja dan kekerasan yang terjadi akan tergantung  pada  temperature  pemandasan (temperature  autenistising), holding  time dan laju pendinginan yang dilakukan serta seberapa  tebal  bagian  penampang  yang menjadi  keras  banyak  tergantung  pada hardenability.
Untuk memperoleh kekerasan yang  baik  (martensit  yang  keras)  maka pada  saat  pemanasan  harus  dapat  dicapai struktur austenite yang
dapat bertransformasi  menjadi  martensit.  Bila pada  saat  pemanasan  masih  terdapat struktur lain, maka setelah diquanch akan diperoleh  struktur  yang  tidak  seluruhnya terdiri dari martensit. Bila struktur lain itu bersifat  lunak,  misalnya  ferit  maka tentunya  kekerasan  yang  tercapai  juga tidak maksimum.
Untuk  menentukan  temperature pemanasan  yang  baik  untuk  proses pengerasan  yang  dilakukan  terhadap terhadap  suatu  baja  perlau  dilakukan suatu percobaan pemanasan dan quenching  pada  beberapa  temperatur  dan dianalisis struktur yang terjadi.
Pada  beberapa  literature  dan  juga pada  brosur  dari  pabrik  pembuat  baja dapat diperoleh daerah temperatur pemanasan untuk hardening dari berbagai jenis baja. Tetapi berapakakah temperatur pemanasan  yang tepat untuk suatu proses hardening  masih  akan  saling  tergantung juga pada beberapa factor lain, antara lain holding time .

## Holding time
Holding  time dilakukan  untuk mendapatkan  kekerasan  maksimum  dari suatu  bahan  pada  proses  hardening dengan menahan pada temperatur pengerasan untuk memperoleh pemanasan  yang  homogen  sehingga
struktur austenitnya homogen atau terjadi kelarutan  karbida  ke  dalam  austenite  dan difusi karbon dan unsur paduannya.
Pedoman untuk menentukan holding time dari berbagai jenis baja: - Baja Konstruksi dari Baja Karbon dan Baja Paduan Rendah; yang mengandung  karbida  yang  mudah larut,  diperlukan holding  time yang singkat,  5  –  15  menit  setelah mencapai  temperatur  pemanasannya dianggap sudah memadai.
- Baja  Konstruksi  dari  Baja  Paduan Menengah;  dianjurkan  menggunakan holding  time 15  –  25  menit,  tidak tergantung ukuran benda kerja.
- Low  Alloy  Tool  Steel;    memerlukan holding time yang tepat agar kekerasan  yang  diinginkan  dapat tercapai.  Dianjurkan  menggunakan 0,5  menit  per  millimeter  tebal  benda atau 10 – 30 menit. - High Alloy Chrome Steel; Membutuhkan holding  time yang paling  panjang  diantara  semua  baja perkakas, juga tergantung pada temperatur pemanasannya. Juga
diperlukan  kombinasi  temperatur  dan holding  time yang  tepat.  Biasanya dianjurkan  menggunakan  0,5  menit per  millimeter  tebal  benda  dengan minimum 10 menit, maksimum 3 jam.
- Hot  Work  Tool  Steel;  mengandung karbida  yang  sulit  larut,  baru  akan larut pada suhu 1000ºC. Pada temperatur ini kemungkinan terjadinya  pertumbuhan  butir  sangat besar,  karena  itu holding  time harus dibatasi, 15 – 30 menit. - High Speed Steel; memerlukan temperatur  pemanasan  yang  sangat tinggi  1200ºC  -  1300ºC.  Untuk mencegah  terjadinya  pertumbuhan holding  time diambil  hanya  beberapa menit saja.
Penelitian ini bertujuan untuk
mengungkapkan informasi ilmiah
tentang  ada  tidaknya  (kondisi)  antara pengaruh  perlakuan  panas  dengan holding time dengan kekerasan logam baja. Informasi ilmiah tersebut diharapkan terungkap melalui serangkaian analisis data yaitu
terhadap  data-data  hasil  percobaan (pengujian) kekerasan suatu perlakuan panas  dengan  waktu  penahanan  suhu stabil  ( holding  time )  yang  berbeda dari  beberapa  sample  yang  dilakukan di laboratorium.
Diharapkan penelitian ini memberikan manfaat bagi beberapa pihak yang  memerlukan  antara  lain:  industri permesinan  logam  dan  bengkel-bengkel mesin  lainnya,  yaitu  dalam  rangka merancang kekerasan dan waktu produksi suatu  job  dalam  perlakuan  panas  (heat treatment);
Pihak pengelola bengkel pendidikan  dalam  merancang  waktu job/praktek siswa/mahasiswa
dalam percobaan  atau  praktikum,  karena  tiap logam baja tidak sama perlakuan panasnya dan penahan sushu stabil. Pihak  industri  kecil  atau  home industri  dapat  menambah  pengetahuan dan  teknik  membuat,  merencanakan waktu  perlakuan  panas  pada  logam  baja dan    merencanakan  cara  perlakuan  panas pada logam baja.

## BAHAN DAN METODE
Pada  penelitian  ini  menggunakan bahan  sebagai  sampel  adalah  baja  amutif dengan ukuran 32 x 20 mm, 30 menit dan 40 menit.
Peralatan  yang  digunakan  adalah mesin  Hardness  Tester  Gnehm  Horgen OM-15  untuk  menguji  kekerasan  dan mesin  Naberthem  Labortherm  N9  untuk perlakuan  panas    dan holding  time serta untuk  alat  pendukung  lainnya  adalah mesin  bubut  untuk  pembentukan  benda kerja, mesin metallograpy untuk penghalusan  permukaan  benda  kerja tempat  pengetesan, crusting panjang untuk  pengambilan  benda  kerja,  oli sebagai  media  pendingin  dan  lain sebagainya.
Data hasil pengetesan diuji kebenarannya  dengan  uji  normalis  dan linieritas data untuk memberikan gambaran hasil tercapai.

## HASIL
Hasil penelitian dapat dilihat pada grafik  di  bawah  yang  menunjukkan hubungan  kekerasan  baja  amutif  setelah diproses heattreatment dengan holding time yang  bervariasi  yaitu  10,20,30  dan 40  menit.  Pada holding  time dengan  10 menit diperoleh kekerasan rata-rata 60,08 HRC,  20  menit  62,6932  HRC,  30  menit 64,52  HRC  dan  40  menit  65,146  HRC sementara  sebelum  diheattreatment    rata- rata kekerasan 32,42 HRC
Hubungan Kekerasan Baja Amutit setelah Heattreatment dengan Holding Time 0 10 20 30 40 50 60 62.69 64.5 65.1 waktu k e k e ra s a n

## PEMBAHASAN
Dengan  melihat  grafik  dapat diketahui  bahwa  kekerasan  mengalami kenaikan  setelah  dilakukan holding  time dan  mencapai  puncaknya  pada holding time dengan  40  menit.  Jadi holding  time berpengaruh/berfungsi menaikkan kekerasan  logam  baja  amutit  sejalan dengan kelengkungan kurva yang dibentuk oleh grafik diatas. Dan dengan melakukan uji nomalitas  data  terhadap  data  hasil pengujian  kekerasan  baja  amutit  yang telah  di- heattreatment dengan holding time menggunakan  teori/alat  Rockwell  C diketahui bahwa data
tersebut terdistribusi  normal.    Kemudian  dengan uji regresi linieritas diketahui bahwa data tersebut membentuk sedikit kelengkungan dan  ini  sesuai  dengan  teori  pada  tinjauan pustaka,  bahwa  tidak  mungkin  semakin holding  time kekerasan  akan  naik  terus menerus,  karena    ada  keterbatasan lamanya holding  time .  Kalaua holding time terlalu  lama  maka  akan  terjadi pertumbuhan  butiran  yang  menyebabkan turunnya kekerasan. Jadi kalau diteruskan holding  time (garis  grafik)  maka  secara teori  harus  pada  titik  tertentu  garis menuju ke bawah (kekerasan menurun).

## SIMPULAN
Dengan  proses  hardening  pada  baja amutit, kekerasan naik dari rata-rata 34,24 sebelum  dihardening,  menjadi  rata-rata kekerasan  63,3275  setelah  hardening dengan holding  time ; Holding  time berpengaruh  terhadap  kekerasan  baja amutif  yang  diperoleh  setelah  proses hardening  dimana  kekerasan  naik  seperti ditujukan  pada  grafik  di  atas;  serta diketahuhi  bahwa  kekerasan  maksimum dicapai  dengan holding  time diatas  40 menit  ditinjau  dari  grafik  diatas  untuk baja  amutit  dengan  ukuran  32x20  mm. Adapun  saran  dari  penelitian  ini  adalah: Hasil  penelitian  ini  perlu  dilanjutkan dengan holding  time diatas  40  menit untuk  melihat  pada holding  time berapa terjadi  kekerasan  maksimum  dan    pada holding  time berapa  terjadi  penurunan kekerasan  pada  baja  amutif    32x20  mm; Penelitian  ini  perlu  dilanjutkan  dengan ukuran  dan  bentuk  bervariasi    dari specimen/sample sehingga hasil penelitian  ini  dapat  digunakan  dalam bidang yang lebih luas di masyarakat dan memudahkan pengguna atau yang memanfaatkan  hasil  penelitian  ini  untuk aplikasi di lapangan.

## DAFTAR PUSTAKA
Alexander,  W.O.  1991. Dasar Metalurgy Untuk  Rekayasawan, Gramedia;
Jakarta
Beumer  ,  BJ.  M.  1985. Ilmu Bahan Logam, Bharata Aksara: Jakarta
Chijiwa, Kenji. 1985. Teknik Pengecoran Logam. Pradnya Paramitha;
Jakarta. High  Grade  Steels.  1988. Suherman,W,
Prinsip-prinsip Perlakuan  Panas,
ITS; Surabaya
Sujana, T.1992. Metode Statistik, Edisi ke
5, Tarsito; Bandung Surdia,  T.1983. Teknik  Pengelolaan Bahan, Pradnya Paramitha; Jakarta Steels an Machinery Steels For Economy and Safety, ASSAB, 1997 ______, Manual Mesin Precision Hardness Tester, Gnehm OM-150