## AUSTEMPERING DENGAN PENDINGIN OLI
PADA BAJA STRIP JIS G4801 SUP 9
Asmadi*, Reny Afriany*, Siti Zahara Nuryanti*, Ahmad Nawawi **
* Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas IBA
** Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas IBA
Email: asmadilby@gmail.com

## ABSTRAK
Pada  penelitian  ini  baja  yang  digunakan  yaitu  baja  pegas,  karena  baja  pegas  merupakan  baja  karbon medium  yang  mengandung  0,52%  C  –  0,60%  C  dan  memiliki  kekerasan  tinggi  namun  keuletannya rendah.  Baja  Pegas  kemudian  dilakukan  proses Austempering .  Spesimen  dibagi  dua  bagian;  yaitu: spesimen  tanpa  perlakuan  dan  spesimen  di Austenisasi pada  suhu  850°C,  kemudian  di quench dengan minyak  oli  pada  suhu  320°C  dan  ditemper  dengan  variabel  waktu  2  menit,  4  menit  dan  6  menit selanjutnya dilakukan pendinginan udara. Dari pembacaan grafik  temperatur Ms, didapat temperatur Ms yaitu  320°C  karena  untuk  proses Austempering diambil  diatas  temperatur  Ms.  Variasi  waktu  tahan  ini akan  memberikan  nilai  yang  berbeda  terhadap  hasil  uji  kekerasan  dan  uji Impact .  Dari  hasil  pengujian diperoleh; uji kekerasan dengan waktu tahan 6 menit memiliki angka kekerasan terkecil yaitu 302,3 HV dan  nilai  kekerasan  terbesar  adalah  380,5  HV  untuk  waktu  tahan  2  menit.  Kondisi  sebaliknya  nilai ketangguhan  tertinggi  0,296  J/mm 2 untuk  waktu    tahan  6  menit  dan  nilai  ketangguhan  terendah  yaitu 0,185  J/mm 2 untuk  waktu  tahan  2  menit.  Dapat  disimpulkan  bahwa  dengan  variasi  waktu  tahan,  nilai kekerasan berbanding terbalik dengan nilai ketangguhan.
Kata kunci : proses austempering , pengujian kekerasan vickers , pengujian impact

## 1. PENDAHULUAN

## 1.1. Latar Belakang
Seiring perkembangan dunia industri yang semakin maju, banyak kalangan industri yang menggunakan  logam  sebagai  bahan  utama  operasional  atau  bahan  baku  produksinya.  Logam yang sering digunakan dalam dunia industri yaitu baja. Baja merupakan bahan dasar yang sering digunakan  untuk  berbagai  rekayasa  teknik.  Baja  sering  digunakan  untuk  membuat  alat-alat perkakas, alat-alat pertanian, komponen-komponen otomotif, kebutuhan rumah tangga, dan lain- lain.
Pada  penelitian ini  baja  yang  digunakan  yaitu  baja  pegas, karena  baja  pegas merupakan baja  karbon  medium  yang  mengandung  0,52%  C  –  0,60%  C  dan  memiliki  kekerasan  tinggi namun keuletannya lebih rendah. Baja pegas merupakan material dengan bahan dasar besi yang ditambah dengan paduan-paduan lainnya seperti Mangan (Mn), Silikon (Si), Crom (Cr), Sulfur (S), dan lain sebagainya. Berdasarkan kandungan elemen paduannya memungkinkan baja untuk dikeraskan  dengan  perlakuan  panas  ( heat  treatment )  yang  sesuai.  Perlakuan  panas  pada  baja memegang peranan penting karena dapat meningkatkan sifat kekerasan baja sesuai kebutuhan. Proses  perlakuan  panas  pada  dasarnya  terdiri  dari  beberapa  tahapan,  dimulai  dengan  proses pemanasan bahan hingga suhu tertentu dan selanjutnya didinginkan dengan cara tertentu pula.
Perlakuan panas austempering merupakan transformasi isotermal terhadap suatu material pada  temperatur  dibawah  formasi perlit dan  diatas  formasi  martensit.  Objek  dari  proses austempering adalah untuk membentuk formasi bainite , dimana baja yang diaustempering akan mengalami  perbaikan  dalam  hal  keuletan  dan  ketangguhan  pada  pemberian  nilai  kekerasan tertentu,  keuntungan  lain  yang  dapat  diperoleh  dari  proses  ini  adalah  penurunan  terjadinya
distorsi dan  retak  dinding  ( quech  cracking )  yang  dihasilkan  oleh  pendinginan  cepat  ( rapid cooling ).
Waktu  penemperan  pada  keadaan isotermal yang  lebih  singkat  cenderung  untuk menghasilkan  struktur mikro  bainit e  dan martensit .  Sedangkan  waktu  penemperan  yang  lebih panjang akan cenderung untuk menghasilkan struktur mikro akhir berupa campuran bainit e dan perlit yang  punya  sifat  lebih  ulet  dan  tangguh.  Pengujian  bahan  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah pengujian sifat mekanik meliputi uji impact dan uji kekerasan. Oleh karena itu, penelitian ini akan diberi judul AUSTEMPERING DENGAN PENDINGIN OLI PADA BAJA STRIP JIS G4801 SUP 9.

## 1.2. Perumusan Masalah
Berdasakan latar belakang yang telah diuraikan,  penulis merumuskan masalah pengujian perlakuan panas austempering dengan menggunakan media pendingin oli yang dilakukan untuk mengetahui variasi transformasi isotermal akan berpengaruh terhadap sifat mekanik.

## 1.3. Tujuan Penelitian
1. Untuk  mengetahui  transformasi  isotermal  berpengaruh  terhadap  sifat  mekanik  yaitu  nilai kekerasan dan ketangguhan.
2. Dapat  mengetahui  waktu  tahan  diatas  titik  Ms  akan  berpengaruh  terhadap  nilai  kekerasan dan harga impact .
1.4. Manfaat Penelitian
1. Dapat  memberikan  pengetahuan  tentang  proses austempering pada  baja  pegas strip , sehingga bisa diketahui pengaruhnya terhadap perubahan sifat kekerasan dan kekuatan impact .
2. Dapat berguna dalam memperoleh sifat mekanik yang diinginkan dengan     mengatur waktu austempering

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Perlakuan Panas
Perlakuan  panas  adalah  proses  pemanasan  dan  pendinginan  material  yang  terkontrol dengan  maksud  merubah  struktur  mikro  agar  sifat  mekanik  berubah  sesuai  dengan  yang  kita inginkan. Secara umum proses perlakuan panas adalah sebagi berikut :
a) Pemanasan material sampai suhu tertentu dengan kecepatan tertentu pula.
b) Mempertahankan suhu untuk waktu tertentu sehingga temperatur nya merata.
c) Pendinginan dengan media pendingin (air oli atau udara).
Ketiga hal diatas tergantung dari material yang akan di heat treatment dan sifat-sifat akhir yang diinginkan. Melalui perlakuan panas yang tepat tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butir  diperbesar  atau  diperkecil,  ketangguhan  ditingkatkan  atau  dapat  dihasilkan  suatu permukaan yang keras di sekeliling inti yang ulet. Untuk memungkinkan perlakuan panas yang tepat,  susunan  kimia  logam  harus  diketahui  karena  perubahan  komposisi  kimia,  khususnya karbon (C) dapat mengakibatkan perubahan sifat fisis[2]. Proses perlakuan panas itu terdiri dari berbagai proses, yaitu:
a) Proses Anneling, full anneling dan isothermal anneling
b) Proses Stress relieving
c) Proses Normalising
d) Proses Hardening
e) Proses Tempering yang dibagi menjadi Martempering dan Austempering

## 2.2. Pembentukan Martensit
Kekerasan  martesit  tergantung  dari  kadar  karbon.  Semakin  tinggi  kadar  karbon  maka kekerasan martensit akan  semakin  tinggi.  Namun  demikian,  semakin  tinggi  kadar  karbon menyebabkan  Ms  dan  Mf  semakin  turun  seperti  terlihat  pada  Gambar  2.5  sehingga  pada temperatur  kamar  akan  menghasilkan austenit sisa  ( retained  austenite )  yang akan  mengurangi kekerasan martensit . Austenit sisa  disebabkan  karena  pada  saat  pendinginan  selesai  pada temperatur kamar, ada austenit yang belum selesai bertransformasi menjadi martensit [3] .
Gambar 2.1 Pengaruh kadar karbon terhadap suhu pembentukan martensit [3]

## 2.3. Tempering
Baja  yang  telah  dikeraskan  bersifat  rapuh  dan  kurang  cocok  digunakan  melalui  temper, kekerasan dan kerapuhan dapat diturunkan sampai memenuhi syarat penggunaan. Proses temper terdiri dari pemanasan kembali baja yang telah dipanaskan atau dikeraskan pada suhu dibawah suhu  kritis  disusul  dengan  pendinginan.  Meskipun  proses  ini  menghasilkan  baja  yang  lunak, proses ini berbeda dengan proses lain karena disini sifat-sifat dapat dikendalikan dengan cermat temper dimungkinkan oleh karena sifat strukur Martensit yang tidak stabil.
Struktur  logam  yang  tidak  stabil  tidak  berguna  untuk  tujuan  penggunaan,  karena  dapat mengakibatkan pecah. Dengan penemperan, tegangan dan kegetasan diperlunak dan kekerasan sesuai  dengan  penggunaan.  Ketinggian  suhu  penemperan  dan  waktu  penghentian  benda  kerja tergantung pada jenis baja dan kekerasan yang dikehendaki.
Pada  dasarnya  baja  yang  telah  dikeraskan  bersifat  rapuh  dan  tidak  cocok  sampai memenuhi  persyaratan.  Kekerasan  turun,  kekuatan  tarik  akan  turun,  sedang  keuletan  dan ketangguhan akan meningkat.
Pada  saat  tempering  proses  difusi  dapat  terjadi  yaitu  karbon  dapat  melepaskan  diri  dari martensit bearti  keuletan  ( ductility )  dari  baja  naik,  akan  tetapi  kekuatan  tarik,  dan  kekerasan menurun.  Sifat-sifat  mekanik  baja  yang  telah  dicelup,  dan  ditemper  dapat  diubah  dengan  cara mengubah temperatur tempering .
Menurut tujuannya proses tempering dibedakan sebagai berikut :
1) Tempering pada suhu rendah (150°  - 300°C) Tempering ini hanya untuk mengurangi tegangan-tegangan  kerut  dan  kerapuhan  dari  baja,  biasanya  untuk  alat-alat  potong, mata bor dan sebagainya.
Fakultas Teknik Universitas IBA website: www.teknika-ftiba.info email: ftuiba@iba..ac.id 2) Tempering pada  suhu  menengah  (300°  -  550°C) Tempering pada  suhu  sedang bertujuan  untuk  menambah  keuletan  dan  kekerasannya  sedikit  berkurang.  Proses  ini digunakan alat-alat kerja yang mengalami beban berat, misalnya palu, pahat, pegas.
3) Tempering pada  suhu  tinggi  (550°  -  650°C) Tempering suhu  tinggi  bertujuan memberikan  daya  keuletan  yang  besar  dan  sekaligus  kekerasannya  menjadi  agak rendah misalnya pada roda gigi, poros batang penggerak dan sebagainya.
Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang  lebih  rendah  selama  waktu  tertentu,  maka  akan  menghasilkan  sturuktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram isothermal.
Baja yang dikeraskan dicelup kedalam media pendingin dengan suhu yang lebih rendah sebelum  didinginkan  lebih  lanjut,  proses  yang  dikenal  dengan  nama austempering dan martempering  memungkinkan  diperolehnya  sifat  fisik  khusus.  Berikut  adalah  proses austempering dan martempering yaitu :
a. Martempering
Merupakan perbaikan dari prosedur quenching dan digunakan untuk mengurangi distorsi dan chocking selama  pendinginan.  Caranya  benda  kerja  dipanaskan  sampai  ke  temperatur pengerasannya  dengan  cara  yang  biasa,  medium  yang  digunakan  adalah  cairan  garam. Temperatur  cairan  garam  tersebut  dijaga  konstan  diatas  temperature  Ms  dari  baja  yang bersangkutan.  Benda  kerja  yang  diproses  didiamkan  dalam  cairan  garam  tersebut  sampai temperature  diseluruh  bagian  benda  homogen,  tetapi  tidak  terlalu  lama  karena  bisa mengakibatkan bertransformasi menjadi fasa-fasa yang lebih lunak seperti pearlite dan bainite .
Gambar 2.2  Proses Martempering [4]

## b. Austempering
Tujuannya  adalah  meningkatkan ductility ,  ketahanan impact dan  mengurangi distorsi . Struktur  yang  dihasilkan  adalah bainite . Austempering adalah  proses  perlakuan  panas  yang dikembangkan langsung dari diagram transformasi isothermal untuk memperoleh struktur yang seluruhnya bainite . Pendinginan dilakukan dengan quenching sampai temperatur di atas Ms dan dibiarkan sampai transformasi menjadi bainite selesai.
Gambar 2.3  Proses Austempering [4]
Gambar 2.4 Proses Quenching dan Tempering [4]

## 3. METODE PENELITIAN

## 3.1. Proses Penelitian (Flow Chart)
Tahapan kerja pelaksanaan penelitian dapat di lihat pada diagram alir berikut :
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

## 3.2. Bahan Spesimen
Bahan yang dipilih dalam penelitian ini adalah Baja pegas JIS G4801 SUP 9. Baja yang digunakan merupakan potongan-potongan baja strip yang panjangnya 500 mm dengan lebar 50 mm dan tebal 10 mm.
Sedangkan komposisi kimia dari baja pegas JIS G4801 SUP 9 adalah sebagai berikut :

## Tabel 3.1. Komposisi baja pegas SUP 9[7]
Unsur C Si Mn Cr P S % 0.55 0,27 0,83 0,83 0,023 0,023
Jumlah  seluruh  spesimen  adalah  12  buah  untuk  spesimen  uji impact ,  terdiri  dari  3 spesimen  tanpa  perlakuan,  9  buah  spesimen  dilakukan  pemanasan  disuhu austenisasi 850°C, dan 9 buah spesimen tadi dibagi kembali menjadi tiga bagian terdiri dari :
1) 3 buah spesimen untuk austemper 2 menit.
2) 3 buah spesimen untuk austemper 4 menit.
3) 3 buah spesimen untuk austemp er 6 menit.
Sedangkan  untuk  uji  kekerasan  jumlah  seluruh  spesimen  sama  seperti  pengujian impact yaitu  12  spesimen,  terdiri  dari  3  spesimen  tanpa  perlakuan,  9  buah  spesimen  dilakukan pemanasan di suhu austenisasi 850°C, dan prosesnya sama seperti spesimen untuk uji impact .
Gambar 3.2 Spesimen yang telah dipotong

## 3.3. Pengujian Kekerasan
Kekerasan adalah ketahanan suatu benda atau material terhadap penetrasi penekanan atau daya tembus yang lebih keras dan nilai kekerasan tidak mutlak.
Untuk  mengetahui  nilai  kekerasan  suatu  benda  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan  metode vickers .  Metode  Uji  kekerasan vickers menggunakan indentor piramida  intan  yang  pada dasarnya  berbentuk  bujur  sangkar.  Besar  sudut  antar  permukaan-permukaan  piramida  yang saling  berhadapan  adalah  136°.  Nilai  ini  dipilih  karena  mendekati  sebagian  besar  nilai perbandingan  yang  diinginkan  antara  diameter  lekukan  dan  diameter  bola  penumbuk  pada  uji kekerasan brinell (Dieter, 1987).
Karena  jejak  yang  dibuat  dengan  penekan  piramida  serupa  secara geometris dan  tidak terdapat  persoalan  mengenai  ukurannya,  maka  VHN  tidak  tergantung  kepada  beban.  Pada umumnya  hal  ini  dipenuhi,  kecuali  pada  beban  yang  sangat  ringan.  Beban  yang  biasanya digunakan pada uji vickers berkisar antara 0,5 hingga 120 kgf tergantung pada kekerasan logam yang akan diuji.

## 3.4. Proses Pengujian Impact
Pengujian impact ketangguhan  dimaksudkan  untuk  mengetahui  kekuatan  bahan  dalam menerima  beban  kejut.  Pengujian  ketangguhan  dilakukan  dengan  pengujian impact metode charpy
Gambar 3.4 Spesimen Uji Impact Standar
Ukuran Spesiemen yang dipakai adalah menurut Standar ASTM A370 untuk ukuran Spesimen standar Charpy sebagai berikut :
Panjang = 55 mm Tebal= 10 mm    Sudut takik=45 0 Lebar = 10 mm Kedalaman takikan = 2 mm

## 4. ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1. Pembahasan Data Nilai Kekerasan & Nilai Ketangguhan
Hasil uji kekerasan dan uji impact telah dilakukan dengan alat uji kekerasan vickers dan alat  uji impact metode charpy yang  mana  bahan  tersebut  telah  mengalami  proses  tanpa perlakuan  dan  yang  mengalami  perlakuan  panas  dengan  variasi  waktu  yang  berbeda-beda. Berikut  adalah  tabel  dan  grafik  hasil  pengujian  kekerasan  dan  pengujian impact dengan melakukan perbandingan nilai kekerasan dan nilai ketangguhan.
Gambar 4.1. Grafik Perbandingan Nilai Kekerasan & Ketangguhan
0,305
0,185 0,223
0,296
348,1 386,4 367,4 297,3 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Raw 2 Menit 4 Menit 6 Menit
Nilai K etanggu h an (J/m m ²) N il ai K eker asan (HV )
Nilai Ketangguhan
Nilai Kekerasan

## 4.2. Analisa Pengujian Kekerasan
Gambar 4.2 Grafik Nilai Kekerasan
Pengujian  kekerasan  diperoleh  nilai  kekerasan  rata-rata  pada  setiap  spesimen  sebagai berikut :
a) Pada  speseimen  raw  material mempunyai  nilai  kekerasan  346,6  HV  berfungsi  sebagai pembanding.
b) Data nilai kekerasan spesimen dengan proses austemper 2 menit sebesar 380,5   HV
mengalami kenaikan sebesar 9,7% dari raw material. Nilai kekerasan dengan  proses
austemper 4 menit sebesar 361, 6 HV mengalami kenaikan nilai  kekerasan sebesar 4,3% dari spesimen raw material, sedangkan untuk spesimen austemper 6  menit yang mempunyai nilai kekerasan sebesar 302,3 HV
mengalami  penurunan  nilai
kekerasan sebesar 12% dari spesimen raw material.
Tujuan proses tempering adalah untuk memperoleh peningkatan kekerasan tanpa disertai struktur martensit . Untuk memperoleh peningkatan kekerasan tersebut adalah dengan menahan temperatur  temper  di  atas  Ms,  kemudian  ditahan  beberapa  saat.  Fenomena  ditahan  pada temperatur Ms perlu di uji coba sehingga memperoleh kekerasan yang kita inginkan. Ternyata semakin lama ditahan pada temperatur Ms, maka kekerasannya akan menurun. Kekerasan yang tertinggi adalah pada durasi waktu yang pendek yaitu austemper 2 menit.

## 4.3. Analisa Pengujian Impact
Hasil  data  uji  pengujian impact menunjukkan  berbanding  terbalik  dari  harga  kekerasan. Ini  berarti  material  yang  keras  akan  mempunyai  nilai  ketangguhan  yang  rendah.  Dari  bentuk permukaan  patahan asutemper 2  menit  dihasilkan  bentuk  patahan granular kristal  yang dihasilkan  oleh mekanisme  butir-butir logam  yang  getas  ditandai dengan  bentuk patahan yang datar  atau  lurus  dan  memantulkan  cahaya  lebih  terang.  Sementara  patahan austemper 4  dan  6 menit  dihasilkan  bentuk  patahan  berserat  ( fibrous )  yang  melihatkan  persamaan  bidang  kristal logam yang ulet ditandai dengan bentuk dimple yang menyerap cahaya dan tampilannya buram, permukaan patahannya yang tidak rata.

## 4.4. Analisa Perubahan Struktur Baja Pegas Strip Pada Proses Austempering
Austempering dapat  diterapkan  untuk  baja  karbon  yang  memiliki  kekuatan  yang  tinggi, yang  membutuhkan  perbaikan  terhadap  kualitas  ketangguhan  dan  keuletannya.  Pada austempering logam  dipanaskan  mencapai  temperatur austenit kemudian  didinginkan  pada temperatur  tungku austempering dengan  laju  cukup  cepat  agar  tidak  terjadi  transformasi austenit selama  pendinginan  cepat.  Kemudian  dilanjutkan  dengan  penahanan  pada  temperatur konstan  dengan  waktu  transformasi  isotermal  yang  cukup  lama  untuk  menyelesaikan transformasi austenit menjadi bainit .
Gambar 4.4 Proses austempering baja pegas strip
Pada  gambar  diatas  pada  saat  proses austempering baja  yang  dipanaskan  pada  suhu austenisasi lalu  didinginkan  langsung  dengan  suhu  320°C  pada  suhu  konstan  dengan memvariasikan  waktu  tahan  pada  proses austempering ,  struktur  yang  dihasilkan  pada transformasi  ini  adalah bainit .  Proses  pembentukan bainit dipengaruhi  oleh  waktu  trasformasi isothermalnya.  Semakin  lama  waktu  tronsformasi  yang  dilakukan,  maka  semakin  banyak jumlah bainit yang  terbentuk.  Dekomposisi  fasa  yang  terjadi  selama austempering adalah sebagai berikut :
Austenit -------- → Bainit. Austenit sisa sekitar 12-16 %

## 5. KESIMPULAN
Keseluruhan  data  hasil  penelitian  yang  saya  lakukan  dengan  judul  Proses Austempering dengan pendingin oli pada Baja JIS G4801 SUP 9, dapat ditarik suatu kesimpulan antara lain :
1) Dari hasil data pengujian bertambahnya waktu temper menunjukkan nilai kekerasan yang menurun dan nilai ketangguhan yang meningkat.
2) Dari  hasil  pengujian  nilai kekerasan  berbanding  terbalik  dengan  nilai  ketangguhan. Hal  ini  menunjukkan  adanya  korelasi  waktu  tahan  terhadap  nilai  ketangguhan  dan kekerasan.
3) Struktur mikro, dengan bertambahnya waktu transformasi diperoleh struktur   bainit yang  banyak,  tetapi  transformasi  diatas  temperatur  500 0 C  keatas  akan  diperoleh struktur perlit.

## DAFTAR PUSTAKA
Anrinal, Metalurgi Fisik . yogyakarta, 2013.
Arziansyah. Budi, Pengaruh Proses Carburizing Terhadap Ketangguhan Baja AISI 4340 Dengan  Memvariasikan  Media  Pendingin, UNIVERSITAS  IBA  PALEMBANG, 2016.
Ferdiansyah, Analisa  Pengaruh  Proses  Tempering  Terhadap  Kekerasan  Pada  Baja  AISI 4337 Dengan Variasi Holding Time, UNIVERSITAS IBA PALEMBANG, 2016.
Harjono, Pengaruh  Proses  Perlakuan  Panas  Normalizing  Dan  Quenching  Dengan  Media Air Dan Minyak Silikon Terhadap Sifat Mekanik Dan Struktur Mikro Pada Baja Karbon Medium, Universitas Sriwijaya, 2014.
Ir.  Asmadi  Lubay.MT, PELENGKUNGAN  BAJA  STRIP  PADA  PEMBUATAN  PEGAS DAUN, UNIVERSITAS IBA PALEMBANG, 1999.
M.  Kozin, Pengaruh  Proses  Perlakuan  Panas  Terhadap  Sifat  Mekanik  Dan  Struktur Mikro Roda Kereta Api Buatan Lokal, Universitas Indonesia, Salemba, 2012.
Prof. Ir. T. Surdia, PENGETAHUAN BAHAN TEKNIK , 2nd ed. Jakarta: PT Pertja, 1992.