## PERBEDAAN STRUKTUR MIKRO, KEKERASAN, DAN KETANGGUHAN BAJA HQ 705 BILA DIQUENCH DAN DITEMPER PADA MEDIA ES, AIR DAN OLI
Darmawi, (1) M. Amin Indra Putra (1)
(1) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jl. Raya Palembang – Prabumulih Km. 32 Kec. Indralaya 30662 Ogan Ilir

## Ringkasan
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis efek dari perbedaan media pendinginan pada proses quench terhadap kekerasan dan kekuatan  impak baja paduan HQ 705.  Baja paduan HQ 705 setara dengan  baja paduan nikel-chromium-molybdenum AISI 4340 dengan komposisi paduan 0,38 – 0,43% C,  1,82% Ni, 0,50 dan 0,80% Cr, 0,25% Mo. Penelitian  dilaksanakan dengan cara memanaskan bahan hingga temperatur austenit 850 o C dengan waktu tahan 15 menit dan di dinginkan dengan  media pendingin yang berbeda, kemudian dilakukan tempering dengan temperatur 550 o C dengan waktu tahan selama 30 menit dan didinginkan juga dengan media pendingin yang berbeda. Kemudian dilakukan pengujian kekerasan dan kekuatan  impak, serta diadakan pengamatan struktur mikro. Melalui penelitian ini didapat kekerasan spesimen meningkat, kekerasan tertinggi pada spesimen yang diquench pada media es dengan kekerasan 56 HRC. Spesimen tanpa perlakuan yaitu 33,4 HRC, sedangkan pada spesimen yang ditemper kekerasan tertinggi pada media oli 40,3 HRC. Hasil  impaknya menurun dengan nilai impak spesimen tanpa perlakuan   60,929 joule dengan kekuatan impak tertinggi pada spesimen perlakuan panas yang diquench dan ditemper pada media oli yaitu sebesar 37,223 Joule. Sturktur mikro baja paduan  setelah dilakukan  perlakuan panas adalah martensit yang mengandung dalam matrixferit+sementit

## Abstract
This research is aim to analyze the effect of  quench at difference medium on the hardness and the impact of HQ 705 steel which is as similar as AISI 4340 with 0.38 – 0.43% C; 1.82% Ni; 0.5% - 0.8% Cr  and 0,25% Mo. HQ 705 steel is heated to austenite temperature of  850 0 C and hold as long as 15 minutes and cooled at the difference mediums, which is water, ice and oil. After that, the steels being tempered at temperature of 550 0 C and hold as long as 30 minutes, and then again cooled. Finally, the specimens are tested to find hardness, toughness and microstructure. Through this research, we find the increase of hardness, from 33.4 HRC at no treatment to 56 HRC at cooling in water, 40.3 HRC at cooling in oil . Keywords: harness, impact, quench, HQ 705 steel .

## 1 PENDAHULUAN
Pemakaian baja paduan, penggunaannya dalam pembuatan seperti poros, roda gigi, dan komponen alat berat lainnya 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 ( heat treatment ).
Perlakuan panas pada baja mempunyai peran penting dalam upaya mendapatkan sifat-sifat tertentu yang diinginkan sesuai dengan kebutuhan. Proses ini meliputi pemanasan baja pada temperatur tertentu (temperature austenit) dan dipertahankan pada waktu tertentu pula (holding time) serta didinginkan dalam media tertentu pula ( quench ). Tujuan dari proses ini adalah untuk meningkatkan kekuatan, kekerasan, ketangguhan, dan keuletan. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi perlakuan panas, yaitu
temperatur pemanasan, waktu yang diperlukan pada temperatur pemanasan, laju pendinginan, dan lingkungan atmosfir.
Berdasarkan uraian diatas permasalahan yang akan diungkap dalam penelitian ini adalah: berapa besar dampak terhadap kekerasan, ketangguhan, serta struktur mikro baja paduan HQ 705 akibat quenching dan tempering pada media yang berbeda . Penelitian dilakukan pada baja paduan HQ 705 sebelum dan sesudah perlakuan panas quenching dan tempering . Penelitian ini dibatasi hanya untuk mengetahui dan menganalisa perubahan kekerasan, ketangguhan serta struktur mikronya saja.
Manfaat dari penelitian yang dilakukan yaitu : a. Dapat memberikan masukan kepada bengkel- bengkel produksi agar dapat memilih media quench pada proses quenching dan tempering elemen-elemen mesin seperti poros, komponen alat berat dan roda gigi
yang dibuat dari material baja paduan, sehingga meningkatkan umur pemakaian elemen tersebut.
b. Sebagai bahan referensi untuk penelitian berikutnya mengenai proses quenching dan tempering pada  baja paduan.

## 2. KAJIAN PUSTAKA

## 2.1. Pendahuluan
Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan logam hingga temperatur tetrtentu dan pendinginan dengan cara tetrtentu pula dengan tujuan untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik tertentu dan struktur mikro tertentu pula.

## 2.2. Baja Paduan (Alloy Steel)
Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi :
1. Low Alloy Steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
2. Medium Alloy Steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
3. High Alloy Steel ,  jika elemen paduannya > 10 %
Selain itu baja paduan dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran khusus ( special alloy steel ) dan high speed steel .
2.2.1. Baja Paduan Khusus ( special alloy steel )
Baja jenis ini mengandung satu atau lebih logam- logam seperti nikel, chromium, manganese, molybdenum, tungsten dan vanadium.
2.2.2. High Speed Steel (HSS) Î Self Hardening
Steel
Kandungan karbon : 0,70 % - 1,50 %. Penggunaan membuat alat-alat potong seperti drills, reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling cutters .
Struktur Mikro Baja Karbon
Besi Delta ( δ )
Besi delta merupakan salah satu fasa yang hanya berada antara temperatur 1400 o C sampai 1539 o C. Besi delta mempunyai sel satuan kubus pusat badan  atau Body Center Cubic (BCC).
Austenit ( γ ) Austenit atau besi gamma  ( γ ) mempunyai sel satuan kubus muka atau Face Center Cubic (FCC). Austenit mempunyai sifat lunak dan ulet.
Ferit ( α )
Ferit merupakan sel satuan kubus pusat badan atau BCC ( body centre cubic ) dan berada dibawah temperatur 910 o C. ferit lebih lunak dari sementit (Fe 3 C). sifat ferit adalah lunak dan ulet sehingga bisa membuat material memiliki kemampuan untuk diberikan pembentukan atau mudah dibentuk dan biasanya material yang  mengandung ferit ini sering digunakan untuk keperluan konstruksi.
Perlit ( α + Fe 3 C)
Perlit merupakan campuran antara ferit dan sementit ( α + Fe 3 C) dengan lapisan-lapisan halus. Fase ini terjadi  dibawah temperatur  723 o C. Perlit mempunyai sifat kuat dan keras dari ferit tetapi kurang ulet. Pada waktu pendinginan dari austenit terjadi perubahan atau transformasi austenit. Bila pendinginan ini terjadi sangat cepat, karbon tidak sempat berdifusi sehingga terbentuknya fasa martensit.
Ledeburit Ledeburit mempunyai kandungan karbon 4,43 % yaitu berupa campuran eutektoid dan sementit. Ledeburit memiliki sifat yang sangat keras namun getas.
Sementit (Fe 3 C)
Sementit merupakan senyawa logam yang memiliki kekerasan tinggi diantara fasa-fasa yang terdapat pada baja dan bersifat getas. Sementit mempunyai kandungan karbon 6,67 % dari berat molekul.
Gambar 1. Diagram Fasa Fe-Fe 3 C

## Perlakuan Panas (Heat Treatment)
Perlakuan panas pada baja diklasifikasikan menjadi :
1. Perlakuan Panas Termal ( Thermal Treatment )

## Gambar 2. Kurva Perlakuan Panas
2. Perlakuan Panas Termokimia ( Thermochemical Treatment )
3. Perlakuan Panas Termomekanik ( Thermomechanical Treatment )
4. Perlakuan Inovatif Permukaan ( Innovative Surface Treatment )
Dalam penelitian ini, penulis memilih jenis pengerasan secara penuh ( full hardening ) dengan media pencelupan/ pendinginan ( quench ) yang berbeda. Kemudian di temper dan didinginkan dengan media yang berbeda pula . Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui dan menganalisa perbedaan
kekerasan HQ 705 pendingin
2.3. Quen
Quenchin temperatu media te martensit media ya air. Pada terjadi ad
1. Selim 2. Pendi
3. Konv Gam Untuk  m dilihat  d Transform Ga 2.4. Tem Baja set bersifat  r maka mat perlu di menghila logam t
tempering Gam L REKAYASA
n, ketangguha yang di quen nan yang berb
nching
ng adalah pro ur austenit sa ertentu yang t melalui pend ang memiliki tahap quench dalah mut uap ( Vapo
idihan ( Boilin eksi ( Convec mbar 3. Mekan M melihat prose dari diagram mation ) dibaw Gambar 2.4 ambar 4. Tem mpering telah di que rapuh, dan mu terial tersebut ilakukan pen angkan tegang ersebut tang
g. mbar 5. Proses
an serta strukt nch dan di tem beda.
ses pendingin ampai temper akan meng dinginan tiba- laju pending h melalui med our Blanket ) ng ) ction ) nisme Pending Media Cair. s pendingina m “TTT” (T wah ini. 4 Diagram TTT mperature Tran ench memilik udah patah, d t tidak siap dig ngerjaan leb gan sisa dan gguh yaitu d Quenching d
tur mikro dari mper dalam  m
nan cepat baja ratur ambient ghasilkan str -tiba baja ked ginan cepat se dia cair yang ginan Dengan an tersebut, Time Tempe T ( Time nsformation) ki tegangan dimensi tidak gunakan. Untu bih lanjut u sisa austenit dengan dilak
dan Tempering
i baja media a dari pada ruktur dalam eperti akan n dapat eratur sisa, stabil uk itu untuk agar kukan
g
T S d 1 2 3 M te 1 P te m k m
2 P d d b 3 P k k u p M b 1 b m la a 2 ta T 3 te le
3
Tempering di Setelah di que dengan tujuan
1. Mengurang
2. Memperba
3. Mengurang
Macam dari p emperatur me 1. Tempering
Perlakuan ini egangan keru meningkatkan kekerasan, bia mengalami beb
2. Tempering
Perlakuan ini dan kekerasa digunakan pad berat, misalnya
3. Tempering
Perlakuan ini keuletan dan k kekerasannya umumnya pe penggerak dan Mekanisme  t barikut: 1. Temper bertransformas menyebabkan ainnya, yaitu austenit menja
2. Temper 2 ahap temperi Tegangan sisa
3. Temper 3 egangan yang ebih stabil set 3. B 3.1. Komposis Ta UNSUR C Cr
Ni Mo Fe
ilakukan den ench dibawah gi tegangan si aiki ketagguha gi austenit sisa proses temperi enjadi :
g pada suhu ren
i hanya untu ut / sisa dan ketangguh asanya untuk ban berat .
g pada suhu me bertujuan un annya sedikit da alat-alat ke a palu, pahat,
g pada suhu tin
i bertujuan ketangguhan menjadi aga erlu untuk r n sebagainya. tempering  d 1 : sebagi si menjadi perubahan Martensit me adi bainit, pres
: Martensit ing 1 akan m yang masih a
: Terjadi g masih tersi telah tahap ini AGAN ALIR si Spesimen
abel 1. Kompo
K
ngan pemana h garis A1 (15 sa akibat pros an
a ing dibedakan ndah (150 – 3 uk menguran kerapuhan da han tanpa alat-alat kerj enengah ( 300 ntuk menamb t berkurang. erja yang men pegas.
nggi ( 540 - 68 untuk memb yang besar d ak rendah. P roda gigi, p dapat dijelas ian sisa au martensit dimensi enjadi Ferrit+ sipitasi karbid
baru yang te mengalami te ada akan terus eliminasi lan isa dan dime
i.

## R PENELITIA
osisi Spesime

## KANDUNGAN
0,5
1,75 1,66 0,18 95,7
asan kembali 50 -650 o  C) ses quench n berdasarkan 300 oC). ngi tegangan- ari baja serta kehilangan ja yang tidak 0 - 550 oC). bah keuletan, Proses ini ngalami beban 80 oC). berikan daya dan sekaligus Perlakuan ini poros, batang skan sebagai ustenit akan dan akan (transformasi +simentit, sisa da).
erbentuk pada emper lanjut. tereliminasi.
njut terhadap ensi perkakas AN n N %
i )
n - a n k , i n a s i g i n n i a a . p s

## 3.2. Proses Quenching
Setelah mencapai temperatur dan waktu penahanan yang dikehendaki pada masing-masing spesimen, kemudian spesimen dikeluarkan dari tungku dan langsung dicelup cepat atau di- quench dengan variasi media quenching yaitu media  air, air es, dan oli. Setelah spesimen dingin, lalu spesimen diangkat dari dalam media pendingin kemudian dikeringkan dan dibersihkan. Pada pengujian ini semua spesimen diberi perlakuan quench . Setelah itu dilanjutkan dengan proses berikutnya.

## 3.3. Proses Temper
Pada penelitian ini material yaitu baja paduan HQ 705 yang telah dilakukan proses quenching dengan temperatur 850 o C dan waktu penahanan selama 15 menit dan 30 menit ditemper pada temperatur 550 o C dengan waktu penahanan 30 menit. Kemudian diikuti oleh pendinginan kedalam air, air es, dan oli.

## 3.4. Pengujian Kekerasan
Metode ini menggunakan indentor kerucut intan atau bola baja. Indentor kerucut intan lebih cocok untuk material keras sedangkan bola baja lebih cocok untuk material yang lebih lunak. Beban yang diberikan terdiri dari beban minor/ awal sebesar 10 kg yang gunanya untuk memecah lapisan tipis yang ada di permukaan benda uji. Kemudian dilanjutkan dengan beban mayor/utama sebesar 60 kg, 100 kg atau 150 kg.

## 3.5. Pengujian Impak
Material yang telah diperlakukan panas dengan temperatur kemudian diquencing dan ditemper juga dengan temperatur yang berbeda dilakukan pengujian impak. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui berapa besar energi yang dimiliki oleh spesimen untuk menahan beban tiba-tiba, atau untuk mengetahui kekuatan impak atau ketangguhan dari spesimen tersebut.

## 3.6 Pengujian Metallografi
Setelah semua spesimen dilakukan pengujian kekerasan maka selanjutnya dilakukan pengujian metallografi. Pengujian metallografi bertujuan untuk mengamati struktur mikro logam. Pengujian ini akan menunjukkan pengaruh yang ditimbulkan oleh proses karburisasi terhadap struktur mikro material tersebut dan dengan hasil dari pengujian ini kita bisa menarik kesimpulan tentang perubahan sifat yang terjadi pada material akibat proses perlakuan panas.

## 4. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan metode Rockwell dengan indentor kerucut intan dengan beban 150 kg. dan sudut 120 o .
Tabel 2. Hasil Uji Kekerasan Spesimen Tanpa Perlakuan dan spesimen yang di quench No Kg HRC Media Quenching awal Air Es Air Oli 1  34,5 52,5  50,5 54 2  34,5 55 52 54,5 3  33  56  49,5 49,5 4  33,5 56  47,5 49,5 5 150 32,5  56,5 53,5 54,5 6  32,5 56 46 54,5 7  33 57,5  49 54 8  33  58 52 53,5 9  32,5 56,5  50 54,5 10   35  56 52,5 53,5 Rerata 33,4  56 50,25 53,2 Tabel 3. Hasil Uji Kekerasan Spesimen Yang Diquench dan Ditemper No Kg Media Temper HRC Tempering Air Es HRC Tempering Air HRC Tempering Oli 1 39 39 41 2 37,5 37 41 3 38,5 38 41 4 35 42 42,5 5 150 38 38 42,5 6 38,5 40 40 7 38 39 38 8 35 40 38,5 9 37,5 37 41 10 39 42 37,5
Rerata 37,6  39,2  40,3
Gambar 6. Kurva Kekerasan Spesimen Non Perlakuan, Spesimen Yang Di quench Dan Spesimen Yang Di quench dan Di temper Dengan Media Pendingin berbeda.
Dari pengujian kekerasan yang telah dilakukan, dapat dilihat kekerasan logam yang non perlakuan adalah berkisar antara (32,5-35) HRC. Pada spesimen yang di quench dengan media air es diperoleh kekerasan baja paduan yang paling tinggi yaitu (52,5-58) HRC setelah di temper dengan media air es kekerasannya menurun menjadi (35-39) HRC, kekerasan baja paduan di quench pada media air berkisar antara (46- 53,5) HRC setelah di temper dengan media air menurun menjadi (37-42) HRC , dan kekerasan baja paduan yang di quench pada media oli berkisar (49,5- 54,5) HRC setelah di temper dengan media oli menurun menjadi (37,5-42,5) HRC.
Secara umum harga kekerasan baja paduan semakin meningkat dari (32,5-35) HRC menjadi (52,5-58) HRC. Dari hasil pengujian ternyata pengujian dengan air es menunjukkan bahwa pendinginan dengan air es memberikan waktu yang lebih cepat. Dan oli ternyata juga bisa memberikan waktu yang lebih cepat dibanding air sehingga terbentuk martensit. Air ternyata memberikan waktu yang lebih panjang sehingga proses pembentukan martensit lebih rendah dibanding es dan oli.
Hal itu juga ditunjukkan oleh kurva (Gambar 6) yang menggambarkan nilai kekerasan Rockwell pada masing-masing spesimen. Jadi semakin cepat laju pendinginannya kekerasan pada proses tempering semakin menurun.

## 2. Pengujian Impak
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui berapa besar energi yang dimiliki oleh spesimen untuk menahan beban secara tiba-tiba, dengan kata lain untuk mengetahui kekuatan impak atau ketangguhan dari spesimen tersebut. Energi untuk mematahkan
spesimen dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
E 1 = P (D - D cos α ) E 2 = P (D -D cos φ ) E  = E 1 - E 2 = P D (cos φ - cos α ) (1)
Dimana :
E 1 = Energi potensial yang ditahan pada sudut angkat ( α ) dari palu
E 2 = Pesisi energi yang ditahan pada sudut ayun ( φ ) dari palu
P   = Berat palu  = 25,68 kg
D   = Jarak dari pusat sumbu palu ke pusat gravitasi  = 0,6490 m α = Sudut angkat palu  = 146,5 o
φ = Sudut ayun setelah palu mengenai spesimen
Tabel 4. Hasil Uji Impak Spesimen Non Perlakuan.
No.
Sudut Ayun Palu ( φ ) spesimen Non Perlakuan 1. 118 2. 118 3. 116,5
Tabel 5. Data Hasil Uji Impak Spesimen Yang Di quench dan Di temper Dengan Media Pendinginan Berbeda .
No. Media Pendin ginan Sudut Ayun Palu ( φ )
Quench ing
Sudut Ayun
Palu ( φ ) Quenching dan Tempering 1. Air Es 151 137 2. Air Es 148 137,5 3. Air Es 148 137 4. Air 143,5  134,5 5. Air 141  134,5 6. Air 143,5  131 7. Oli 139,5  128 8. Oli 139  125 9. Oli 125,5  129
30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Titik Penekanan Ke k e ra s a n H RC Spesimen Non Perlakuan Quenching Air Es Quenching Air Quenching Oli
Tempering Air Es
Tempering Air
Tempering Oli
4.2.1  Energi Impak Spesimen Tanpa Perlakuan Energi impak rata-rata = 60,929 Joule
4.2.2  Energi Impak Spesimen Yang Diquench Pada Media Air Es
Energi impak rata-rata = -3,760 Joule
4.2.3 Energi Impak Spesimen Yang Diquench Pada
Media Air
Energi impak rata-rata = 6,376 Joule
4.2.4 Energi Impak Spesimen Yang Diquench Pada
Media Oli.
Energi impak rata-rata = 22,072Joule
4.2.5 Energi Impak Spesimen Yang Diquench Dan
Tempering Pada Media Air Es. Energi impak rata-rata = 16,513 Joule
4.2.6 Energi Impak Spesimen Yang Diquench Dan Tempering Pada Media Air. Energi impak rata-rata = 24,197 Joule
4.2.7 Energi Impak Spesimen Yang Diquench Dan Tempering Pada Media Oli.
Energi impak rata-rata = 37,223 Joule
Dari seluruh data yang kita peroleh dari hasil perhitungan diatas, maka kita bisa mendapatkan kurva yang menyatakan hubungan antara energi impak (ketangguhan) dengan media pendinginan. Dari kurva tersebut kita bisa mengetahui perbedaan energi impak masing-masing spesimen yang telah Diquench dan Ditemper dengan variasi media pendinginan.
Berdasarkan pengujian impak yang telah dilakukan terhadap spesimen tanpa perlakuan dan spesimen yang Diquench serta spesimen Diquench dan tempering dengan variasi media pendinginan yang berbeda, didapatkan energi impak yang paling tinggi terdapat pada spesimen yang Diquench dan tempering dengan oli yaitu 16,513 joule. Sedangkan spesimen yang non perlakuan memiliki energi impak yaitu 60,821 joule.
Gambar 7. Hardening dan Tempering pada beberapa media
Data diatas menunjukkan, bahwa pencelupan dengan oli memberikan hasil energi impak yang terbesar. Ini menunjukkan daya serap energi logam lebih besar dibandingkan dengan air es dan air saja. Ini berarti bahwa pencelupan pada oli tidak hanya membuat
logam tersebut menjadi keras tetapi juga menjadi tangguh sehingga ketangguhannya meningkat.
5.  Metallography.
Gambar 8. Struktur Mikro Spesimen Diquench  Es Dengan Perbesaran 200X.

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN
Dari pengujian didapatkan hasil-hasil sbb:
1. Bahwa media pendinginan berpengaruh pada sifat mekanik yang dihasilkan dimana laju pendinginan yang tinggi akan menghasilkan kekerasan yang tinggi.
2. Dari tabel dapat dilihat :
Spesimen Nilai Air es Air Oli Quench Kekerasan HRC 56 50,25 53,2 Ketangguhan Joule -3,76 6,37 22,07 Quench dan Temper Kekerasan HRC 37,6 39,2 40,3 Ketangguhan joule 16,513 24,197 37,223
3. Struktur mikro baja paduan setelah dilakukan perlakuan panas banyak mengandung martensit dan ferrit= simentit.

## Daftar Pustaka
[1.] Nayar Alok. 2002. The steel Hand Book. Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, New Delhi.
[2.] Sinha Anil Kumar. 2003. Physical Metallurgy Hand Book. Mc Graw-Hill Companies, Inc New York.
[3.] Smith William Fortune. 2004. Foundations Of Material Science And Engineering. Mc Graw- Hill Companies, Inc.  New York.
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 2 Hardening dan Tempering Ra ta -R a ta E n e rg i Imp a k ( J o u le ) Media Air Es Media Air Media Oli
[4.] Austenit Andalan Steel , PT. HQ 705
[5.] Lawrence H. Van Vlack. 1994. Ilmu dan Teknologi Bahan, Edisi Kelim a. Jakarta : Erlangga.
[6.]  Surdia, dan Shinroku Saito. 2000. Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Kelima . Jakarta : Pradnya Paramita.
[7.] Jr. Callister. 1992. Material Science and Engineering . John Willey & Son.