## KARAKTERISTIK KEKUATAN MATERIAL AISI 4140 DENGAN VARIASI DIAMETER AKIBAT PROSES TEMPER QUENCH
Weriono * , Rinaldi **
Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin, Universitas Harapan Medan, JL HM Joni 70 C  Medan *
Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru, JL Dirgantara Pekanbaru ** e-mail: weriono@gmail.com ; rinaldiyds@gmail.com

## Abstrak
Perlakuan  panas  pada  baja  mempunyai  peran  penting  dalam  upaya  mendapatkan  sifat-sifat  tertentu  yang diinginkan sesuai dengan kebutuhan. Pemakaian baja AISI 4140 aplikasi penggunaannya connecting rod , poros engkol, fastener ,  as  roda,  alat  pertambangan  dan  komponen  alat  berat.  Bahan  yang  digunakan  mensyaratkan beberapa  faktor  seperti  kekuatan,  kekerasan,  ketangguhan,  keuletan,  tahan  panas,  tahan  aus  dan  sebagainya. Salah satu upaya yang dilakukan untuk meningkatkan kualitas baja adalah dengan perlakuan panas. Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah    untuk  mengetahui  perubahan  kekuatan  bahan  akibat  proses  perlakuan  panas pada  logam  serta  untuk  mendapatkan  sesuai  sifat  spesifikasi  sesuai  standar  sehingga  kekuatan,  kekerasan, ketangguhan,  dan  keuletan  dapat  terukur.  Kekerasan  di  bawah  standard  di  titil  radius  pengukuran  sudut  30 o tegak (Rb) untuk d = 36 mm sampel 1 dari tepi 15 mm 21,5 HRC, d = 38 mm sampel 1 (Ra) = 20,4 HRC  (Rb) = 21,5 HRC sedangkan sampel 2 (Ra) = 20,5 HRC  (Rb) = 22,4 HRC.
Rata  –  rata  kekerasannya  masih  di  dalam  standard  tetapi  radius  pengukuran  sudut  30 o tegak  (Rb)  lebih  tinggi nilai  kekerasannya  dibandingkan  arah  radius  tegak  (Ra)  dan  pada  titik  pengukuran  mendekati  pusat  batangan baja  mempunyai  harga  kekerasan  dibawah  standard  Persentasi elongation dan  persentasi reduction  area diameter 36 mm lebih tinggi dari diameter 38 mm. diameter 36 mm σ y = 826 MPa lebih tinggi dari diameter 38 mm σ y = 708 MPa, kondisi ini menunjukan kekuatan standard AISI 4140 σ y = 655 MPa . Kekuatan material dan kekerasan tidak seragam pada variasi diameter.
Kata kunci : hardness rockwell test (hrc), tensile test

## Abstrak
Heat treatment in steel has an important role in the effort to get the desired properties as needed. The material used required several factors  such as  strength, hardness, toughness,  tenacity,  heat  resistance, wear  resistance and so on. One of the efforts made to improve the quality of steel is by heat treatment.
The purpose of this research is to know the change of material strength due to heat treatment process on metal and to get according to standard specification according to standard so that strength, hardness, toughness, and ductility can be measured. Hardness below standard in radius measuring angle 30 0 upright (Rb) for d = 36 mm sample 1 from edge 15 mm 21.5 HRC, d = 38 mm sample 1 (Ra) =20,4HRC (Rb) =21, 5HRC while sample 2 (Ra) =20.5 HRC (Rb) = 22.4 HRC.
The mean of hardness is still within the standard but the radius measuring angle 30 0 upright (Rb) is higher in hardness value than the direction of radius upright (Ra) and at the point of measurement close to the center of the  steel  bar  having  the  price  of  hardness  under  the  standard  Percent  elongation  and  the  reduction  area percentage of the diameter area 36 mm higher than 38 mm in diameter. Diameter 36 mm σy = 826 MPa higher than  diameter  =38  mm  σy  =  708  MPa,  this  condition  indicates  the  strength  of  standard  AISI  4140,  σy  =  655 MPa. Strength of material and hardness are not uniform in diameter variation .
keywords :  hardness rockwell test (hrc), tensile test

## 1. Pendahuluan
Perlakuan  panas  pada  baja  mempunyai peran penting dalam upaya mendapatkan sifat- sifat  tertentu  yang  diinginkan  sesuai  dengan kebutuhan.
Pemakaian  baja  AISI  4140  aplikasi penggunaannya connecting  rod ,  poros  engkol, fastener ,  as  roda,  alat  pertambangan  dan
komponen  alat  berat.  Bahan  yang  digunakan mensyaratkan beberapa faktor seperti kekuatan,  kekerasan,  ketangguhan,  keuletan, tahan  panas,  tahan  aus  dan  sebagainya  [1,5]. Salah  satu  upaya  yang  dilakukan  untuk meningkatkan  kualitas  baja  adalah  dengan perlakuan panas ( heat treatment ) [1,7].
Proses  ini  meliputi  pemanasan  baja  pada temperatur  tertentu  sesuai  jenisnya.  dan dipertahankan  pada  waktu  tertentu  pula
(holding  time) serta  didinginkan  dalam  media tertentu  pula  ( quench )  [1,3,4].  Baja  yang digunakan biasanya  sudah  diproses di industri baja  sesuai  spesifikasi  tetapi  terkadang  proses di  industri  untuk  keseragaman  proses Quality Control tidak secara keseluruhan dan pada saat menggunakan  untuk  proses  khusus  perlu dilakukan  proses  tempering  sesuai  spesifikasi yang diinginkan.
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah    untuk mengetahui  perubahan  kekuatan  bahan  akibat proses perlakuan panas pada logam serta untuk mendapatkan  sesuai  sifat  spesifikasi  sesuai standar sehingga kekuatan, kekerasan, ketangguhan,  dan  keuletan  dapat  terukur.
Beberapa  faktor  yang  dapat  mempengaruhi perlakuan  panas,  yaitu  temperatur  pemanasan, waktu  yang  diperlukan  pada  temperatur pemanasan,  laju  pendinginan,  dan  lingkungan atmosfir.
Proses  pengujian  dilakukan    untuk mendapatkan kekerasan bahan dengan Rockwell Tes t dan Brinnel Test serta dilakukan Tensile  Test untuk  mendapatkan  kekuatan bahan..
Berdasarkan  uraian  diatas  permasalahan yang  akan  diungkap  dalam  penelitian  ini adalah:  berapa  besar  dampak  terhadap kekerasan  dan  kekuatan  material  baja  paduan AISI 4140 akibat quenching dan tempering.
Manfaat  dari  penelitian  yang  dilakukan adalah  dengan  perlakuan  yang  dilakukan mengetahui  perubahan  kekuatan  material  dan mendapatkan  kekuatan  dan  kekerasan  sesuai standard sehingga material yang akan digunakan  untuk  suatu  produk  khusus  dapat terukur kualitasnya.

## 2. METODOLOGI
2.1  BAHAN
2.1.1  Material AISI 4140 Untuk  mempermudah  mendapatkan respon    terhadap  perlakuan  panas  sehingga pada  penelitian  ini  digunakan  material  AISI 4140 σ y =  655  MPa  komposisi  C  0,38  –  0,43 %, Mn 0,75 – 1 %, Si 0,2 – 0,35 %, 0,8 – 1,1 %, Mo 0,15 –  0,25 %, P ≤  0,035 %,  S  ≤ 0,04 % dengan diameer 36 mm dan diameer 38 mm yang karakteristiknya sifat mekanik standardnya.  AISI  4140  diambil  dari  hasil
poduksi komersial dengan memotong sebagian kemudian diambil untuk dilakukan pengujian.
2.1.2  Tungku Pemanas Menemper menggunakan tungku pemanas  listrik  dengan  dilakukan  penyetelan suhu 600 0 C ditahan selama 1 jam , dibakar di dalam tungku dengan media pendingin oli.
2.1.3   Uji Kekerasan dengan Rockwell Test  (HRC) dan Brinnel  Test
(BHN) 2.1.4 Tensile test untuk kekuatan tarik
Statik bahan
2.2.   DATA EKSPERIMEN PENGUJIAN
2.2.1   Data eksperimen pengujian dengan Brinnell Test sebelum Tempering . Tujuan eksperimen ini adalah
mengumpulkan data kekerasan bahan sebelum dilakukan penemperan. Awal prosedur Brinnel Test (Kalpakjian  et  al,  2006)  dilakukan pengambilan  nilai  kalibrasi  dengan  menguji kalibrator  untuk  dapat  mengkoreksi  nilai pengujian  bahan.  Pengujian  kekerasan  mulai dilakukan  pada    material  AISI  4140  sesuai jarak  yang  sudah  ditentukan.  Ekperimen  ini adalah  umumnya  pengujian  kekerasan  dengan variasi  panjang  jarak pengujian sesuai diameter material.
2.2.2    Data eksperimen pengujian tarik dengan  T ensile Test sesudah Tempering .
2.2.3   Data eksperimen pengujian dengan Rocwell  Test sesudah T emperig . Tujuan eksperimen ini adalah mengumpulkan data kekerasan bahan sebelum dan  setelah    dilakukan  penemperan.  Prosedur awal Rockwell  Test dilakukan  pengambilan nilai kalibrasi dengan menguji kalibrator untuk dapat mengkoreksi nilai pengujian bahan [2].
Pengujian  kekerasan  mulai  dilakukan pada    material  AISI  4140  sesuai  jarak  yang sudah  ditentukan.  Ekperimen  ini  adalah umumnya  pengujian  kekerasan  dengan  variasi panjang  jarak  pengujian  sesuai  diameter material.
Gambar 2.1  Daerah uji kekerasan (BHN) pada batang  AISI 4140
Gambar 2.2  Daerah hardness test dan metallography test

## 3.   HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  awal  pengambilan  data  spesifikasi material  AISI  4140  dilakukan  uji  kekerasan (BHN) sebelum perlakuan panas dan data hasil uji tersebut disajikan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1   Kekerasan  sebelum  proses Tempering
Kekerasan Bahan (BHN) Diameter 36 mm Diameter 38 mm Sampel 1 Sampel 2 Sampel 1 Sampel 2 302 285 285 293 321 302 285 293 Kekerasan Bahan (HRC) Diameter 36 mm Diameter 38 mm Sampel 1 Sampel 2 Sampel 1 Sampel 2 32,11 29,85 29,85 30,87 34,25 32,11 29,85 30,87
Gambar 3.1 Kekerasan sebelum Tempering
Stardard kekerasan AISI 4140 antara harga 23  –  34  HRC  kemudian  pada  Tabel  3.1  dan Gambar  3.1  dapat  dilihat  rata  –  rata kekerasannya  masih  di  dalam  standard  dari pengukuran  arah  radius  tegak  dan  radius pengukuran sudut 30 o dari radius tegak.
Pengujian  kekerasan  sebelum  dilakukan proses temper ,  dimulai  dilakukan  pada material  AISI  4140  sesuai  jarak  yang  sudah ditentukan pada Gambar 2.1. Pada Gambar 3.1 dapat  dilihat  sampel  1  &  2  diameter  36  mm lebih  tinggi  kekerasan  dari  pada  diameter  38
mm. Ekperimen ini adalah umumnya pengujian  kekerasan  dengan  variasi  panjang jarak pengujian sesuai diameter material.
Hasil  awal  pengambilan  data  spesifikasi material  AISI  4140  dilakuakan  uji  kekerasan setelah tempering sesuai  Tabel  3.2  dan  Tabel 3.3.
Tabel 3.2 Uji kekerasan setelah proses Tempering diameter 36 mm Titik (mm) Sampel 1 Sampel 2 R A (HRC) Rb(HRC) R A (HRC) Rb(HRC) 3 24.3 27.9 26.9 25.5 6 30.1 30 24.6 29.2 9 29.1 29.5 28.9 28.8 12 30.6 28.4 25.2 27.9 15 27.7 28.6 21.6 26.4 Tabel 3.3   Uji kekerasan setelah proses Tempering diameter 38 mm Titik (mm) Sampel 1 Sampel 2 R A (HRC) Rb(HRC) R A (HRC) Rb(HRC) 3 20,5 25,5 22,6 25,4 6 24,4 23,9 23 26,8 9 25,7 25,8 25,3 26,4 12 21,7 25,5 23,2 25,1 15 23,6 22,7 22,2 23,2 18 20,4 21,5 20,5 22,4
Gambar 3.2   Kekerasan (Ra)  d =  36 mm
Ra Rb Tepi Tengah C1 C2

## Gambar 3.3   Kekerasan (Rb)  d =  36 mm
Stardard  kekerasan  AISI  4140  diameter  36 mm  antara  harga  standard  23  –  34  HRC kemudian  pada  Tabel  3.2  dan  Gambar  3.3 dapat dilihat rata – rata kekerasannya masih di dalam standard tetapi radius pengukuran sudut 30 o tegak (Rb) untuk sampel 1 & 2 lebih tinggi nilai  kekerasannya  dibandingkan  arah  radius tegak (Ra), kondisi ini menunjukan mikrostruktur  di  setiap  daerah  material  tidak sama.
Gambar 3.4    Kekerasan (Ra)  d =  38 mm
Gambar 3.5   Kekerasan (Rb)  d =  38 mm
Pada  Tabel  3.2  dan  Gambar  3.4  dan Gambar  3.5  dapat  dilihat  rata  –  rata kekerasannya  masih  di  dalam  standard  tetapi radius pengukuran  sudut 30 o tegak (Rb)  untuk sampel  1  &  2  lebih  tinggi  nilai  kekerasannya dibandingkan  arah  radius  tegak  (Ra),  kondisi ini menunjukan mikrostruktur di setiap daerah material tidak sama. Tetapi pada titik pengukuran mendekati  pusat  batangan  baja  mempunyai harga kekerasan dibawah standard dikarenakan  persentasi  fasa  mikrostruktur lebih  besar  yng  membuat  kekerasannya menurun.
Tabel 3.4   Uji Tarik setelah Tempering
Persentasi Elongation (%) Diameter 36 mm Diameter 38 mm Sampel 1 Sampel 2 Sampel 1 Sampel 2 14,24 14,04 18,56 17,60 Persentasi Reduction Area (%) Diameter 36 mm Diameter 38 mm Sampel 1 Sampel 2 Sampel 1 Sampel 2 55,06 61,04 57,97 56,47
Gambar 3.6 Tensile Test sesudah proses Tempering
Pada  Tabel  3.4  dan  Gambar  3.6  dapat dilihat  persentasi elongation dan  persentasi reduksi  untuk  sampel  1  &  2  diameter  36  mm lebih  tinggi  dari  diameter  38  mm,  kondisi  ini menunjukan deformasi  elastis lebih  tinggi untuk diameter 36 mm.
Tabel 3.5  Uji Tarik setelah Tempering Yield Strength 0,2% non propotional elongation (N/mm 2 ) Diameter 36 mm Diameter 38 mm Sampel 1 Sampel 2 Sampel 1 Sampel 2 983 826 719 708 Ultimate Strength (N/mm 2 ) Diameter 36 mm Diameter 38 mm Sampel 1 Sampel 2 Sampel 1 Sampel 2 1071 935 870 876
Pada  Tabel  3.5  dan  Gambar  3.7,  Gambar 3.8, Gambar 3.9 dan Gambar 3.10 dapat dilihat persentasi Ultimate  Strength  (σ ut )  dan  Yield Strength (σ y ) untuk sampel 1 & 2 diameter 36 mm lebih tinggi dari diameter 38 mm, kondisi ini  menunjukan  kekuatan  material  tidak seragam biarpun diameter lebih besar sedangkan  kekuatannya  lebih  rendah  dari diameter yang lebih kecil.
Gambar 3.7 Tensile Test d=36 mm sampel 1 sesudah Tempering
Gambar 3.8 Tensile Test d=36 mm sampel 2 sesudah Tempering
Gambar  3.9 Tensile  Test d=38  mm  sampel  1 sesudah Tempering
Gambar  3.10 Tensile  Test d=38  mm  sampel  2
sesudah Tempering
Pada  Gambar  3.11  dapat  dilihat persentasi Ultimate  Strength  (σ ut )  dan Yield  Strength  (σ y ) untuk  sampel  1  &  2 diameter 36 mm lebih tinggi dari diameter 38  mm,  kondisi  ini  menunjukan  kekuatan material

## 4.    KESIMPULAN
Stardard  kekerasan  AISI  4140  antara harga  23  –  34  HRC  sedangkan  rata  –  rata kekerasan sampel 1 dan 2 diameter 36 mm dan 38  mm  diantara  harga  kekerasan  standard. Kekerasan  masih  di  dalam  standard  tetapi radius pengukuran  sudut 30 o tegak (Rb) untuk sampel 1 & 2 lebih rendah nilai kekerasannya dibandingkan  arah  radius  tegak  (Ra),  di  titik radius pengukuran  sudut 30 o tegak (Rb) untuk d  =  36  mm  sampel  1  dari  tepi  15  mm  21,5 HRC,  d  =  38  mm  sampel  1  (Ra)  =  20,4  HRC (Rb)  =  21,5  HRC  sedangkan  sampel  2  (Ra) = 20,5  HRC    (Rb)  =  22,4  HRC.  Kondisi  ini menunjukan  mikrostruktur  di  setiap  daerah material tidak sama.
Persentasi elongation dan  persentasi reduksi area untuk  sampel 1  & 2 diameter 36 mm lebih tinggi dari diameter 38 mm, kondisi ini  menunjukan  deformasi  elastis  lebih  tinggi untuk diameter 36 mm.
Ultimate  Strength  (σ ut )  dan  Yield Strength (σ y ) untuk sampel 1 & 2 diameter 36 mm σ y =  826  MPa  lebih  tinggi  dari  diameter 38 mm σ y = 708 MPa, kondisi ini menunjukan kekuatan  standard  AISI  4140 σ y =  655  MPa  . Kekerasan  material  tidak  seragam  biarpun diameter  lebih  besar  tetapi  kekuatannya  lebih rendah dari diameter yang lebih kecil.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Kalpakjian,  S.,  Schmid,  S.  2006. Manufacturing Engineering and
Technology .  Singapore:  Pearson  Prentice
Hall.
[2]  Cross,  N.  1989.  Engineering  Design Methods.  West  Sussex:  John  Wiley  & Sons.
[3]  Jones, J. C. 1984. Developments in Design Methodology. Chichester: Wiley.
[4]  Dieter, G. E. 1998. Mechanical Metallurgy. London: McGraw-Hill
[5]  Budynas,  R.G.,  Nisbett,  J.  K.  2009, Shigley's  Element  Design.  New  York: McGraw-Hill.
[6]  Ullman,  D.  G.  1997  The  Mechanical Design Process. New York: McGraw-Hill.
[7]  J.T  Black,  Ronald  A.  Kohser.  2013. Materials  and  Processes  in  Manufacturing New York: John Wiley & Sons