## ANALISA PENGARUH TEMPERATUR PADA PROSES TEMPERING TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN STRUKTUR MIKRO BAJA AISI 4340
Sasi Kirono, Eri Diniardi, Seno Ardian Jurusan Mesin, Universitas Muhammadiyah Jakarta
Abstrak. Baja  merupakan  salah  satu  jenis  logam  yang  banyak  digunakan  oleh manusia  untuk  berbagai  keperluan.  Adakalanya  baja  yang  akan  diproses  tidak  mempunyai kekerasan  yang  cukup.  Oleh  karena  itu  perlu  dilakukan  proses  lagi  yaitu  proses  hardening. Dengan  melakukan  Hardening  maka  akan  didapatkan  sifat  kekerasan  yang  lebih  tinggi. Semakin  tinggi  angka  kekerasan  maka  sifat  keuletan  akan  menjadi  rendah  dan  baja  akan menjadi getas. Baja yang demikian tidak cukup baik untuk berbagai pemakaian. Oleh karena itu  biasanya  atau  hampir  selalu  setelah  dilakukan  proses  pengerasan  kemudian  segera diikuti dengan Tempering.
Pengujian  dilakukan  baik  pada  sifat  fisis(komposisi,  struktur  mikro,  dan  fotomakro) maupun sifat mekanis (kekerasan dan kekuatan tarik). Hasil  penelitian  pada baja AISI 4340 diperoleh  kekuatan  tarik  pada  spesimen  tanpa  perlakuan  panas  sebesar  1115,7  N/mm² dengan  VHN  sebesar  347,  setelah  mengalami  proses  Hardening  850°C  kekuatan  tarik menjadi  1234,8N/mm²  dengan  VHN  sebesar  527,4.  Tempering  200°C    diperoleh  kekuatan tarik  sebesar  1813.4  N/mm²  dengan  VHN  sebesar  507,6.  Tempering  400°C  diperoleh kekuatan  tarik  sebesar  1402,4N/mm²  dengan  VHN  sebesar  435,6.  Sedangkan  pada  proses Tempering  600°C  diperoleh  kekuatan  tarik  sebesar  1039,1  dengan  VHN  sebesar  332,8. Semakin tinggi temperatur pemanasan pada proses tempering kekuatan tarik dan kekerasan semakin  menurun,  sebaliknya  keuletannya  meningkat  sehingga  disesuaikan  dengan keperluan.
Kata kunci: baja AISI 4340, proses hardening

## PENDAHULUAN

## LATAR BELAKANG
Logam  adalah  salah  satu  bahan  penting  yang  ada  pada  mesin.  Meskipun  saat  ini banyak  dimanfaatkan  bahan  lain  untuk  mengganti  logam  tetapi  masih  ada  bagian-bagian tertentu yang tidak dapat dibuat dari bahan lain selain logam. Sebagai mahasiswa khususnya mahasiswa  jurusan  teknik  mesin  harus  mengetahui  berbagai  macam  logam  serta karakteristiknya.  Hal  ini  sangat  penting  karena  hampir  semua  elemen  mesin  menggunakan logam sebagai bahan dasarnya.
Baja  merupakan  salah  satu  jenis  logam  yang  banyak  digunakan  oleh  manusia  dalam berbagai keperluan. Adakalanya baja  yang akan diproses tidak mempunyai kekerasan  yang cukup.  Oleh  karena  itu  perlu  diadakan  proses  lagi  yaitu  proses  hardening.  Dengan melakukan  hardening  maka  akan  didapatkan  sifat  kekerasan  yang  lebih  tinggi.  Semakin tinggi angka kekerasan maka akan semakin rendah sifat keuletannya dan baja akan menjadi getas.  Baja  yang  demikian  tidak  cukup  baik  untuk  berbagai  pemakaian.  Oleh  karena  itu biasanya  atau  hampir  selalu  setelah  dilakukan  proses  pengerasan  kemudian  segera  diikuti dengan tempering.
Tempering  adalah  proses  dimana  baja  yang  sudah  dikeraskan,  dipanaskan  kembali pada  temperatur  tertentu  dan  ditahan  selama  waktu  tertentu  untuk  menghilangkan  atau mengurangi  tegangan  sisa  dan  mengembalikan  sebagian  keuletan  dan  ketangguhannya. Kembalinya  sebagian  keuletan  dan  ketangguhannya  ini  didapat  dengan  mengorbankan sebagian kekuatan dan kekerasan yang telah dicapai pada proses pengerasan.
Temperatur  temper  pada  tempering  mempunyai  pengaruh  yang  cukup  besar  dalam memperoleh  kembali  keuletan  dari  baja.  Oleh  karena  itu  kita  perlu  mengetahui  dan memahami  berapa  tinggi  temperatur  pada  tempering  yang  harus  dilakukan  untuk mendapatkan  baja  dengan  karakteristik  dan  sifat  mekanis  tertentu.  Proses  tempering  juga merubah  struktur  mikro  dari  baja.  Dengan  berubahnya  struktur  mikro  maka  sifat  mekanis pada baja juga akan mengalami perubahan.

## LANDASAN TEORI
Penambangan  terhadap  biji  besi  dilakukan  di  bawah  permukaan  tanah,  bahan  baku yang  paling  awal    dalam  pembuatan  besi  dan  baja  adalah  berupa  biji  besi.  Bijih  besi merupakan  persenyawaan  besi  (  Fe  )  dengan  gas  Oksigen  (  O2  )    Membentuk  oksida  besi seperti  hematite  (  Fe2O3  ),  magnetit    (  Fe3O4  ),    siderit    (  Fe  Co3  ),  pyrite  (FeS),  dan Limonite  (Fe3O4).  Bijih  besi  dilebur  bersama  kokas,  batu  kapur,  dan  uap  panas  didalam tanur  tinggi  (blast  furnace),  dan  menghasilkan  besi  kasar  (pig  iron).  Besi  kasar  (pig  iron) adalah bahan baku untuk membuat baja atau besi tuang/cor. Ada 3 metode utama untuk meleburkan besi menjadi baja, yaitu:
1. Open Heart Furnace
2. Basic Oxygen Furnace
3. Electric Arc Furnace
Klasifikasi Baja dapat dikelompokan sebagai berikut  : a. Baja Karbon
1.  Baja karbon rendah atau baja konstruksi.
( < 0,30 % C )
2.  Baja karbon sedang atau baja permesinan . ( 0,30 < C  < 0,70  % )
3.  Baja karbon tinggi atau baja perkakas
( 0,70 < C < 1,40 % )
b. Baja Paduan
1.  Baja paduan rendah ( jumlah unsure paduan khusus < 8,0 % )
2.  Baja paduan  tinggi  ( jumlah unsur paduan khusus > 8,0 % ) Unsur paduan pada baja akan berpengaruh terhadap keseimbangan transformasi fasa dan  pembentukan  struktur  mikro  akhir  pada  saat  pendinginan.  Elemen-elemen    seperti  :  C, Ni, Mn, adalah unsur penstabil fasa ferit, sedangkan Cr, Si,  Mo, W dan Al merupakan unsur penstabil  fasa  austenit.  Fasa-fasa  yang  dapat  terbentuk  dalam  baja  adalah  Bainit,  Perlit, Ferit, Austenit, Sementit atau karbida besi, dan Martensit.
Heat  Treatment  atau  perlakuan  panas  adalah  suatu  proses  pemanasan  dan pendinginan  logam  dalam  keadaan  padat  untuk  mengubah  sifat-sifat  fisis  logam  tersebut. Besi  dan  baja  dapat  di  panaskan  sehingga  tahan  aus  dan  kemampuan  memotong meningkat,  atau  besi  dan  baja  dapat    dilunakkan  untuk  memudahkan  permesinan  lanjut  . Proses perlakuan panas dapat dilakukan dengan berbagai cara, yaitu :
1. Pengerasan  (Hardening ).
2. Anil atau Pelunakan  (Annealing ).
3. Temper ( Tempering ).
Tempering adalah pemanasan kembali dari besi atau baja yang telah dikeraskan pada suhu dibawah keritis disusul dengan pendinginan. Dengan demikian didapatkan peningkatan keuletan  dan  ketangguhan  serta  penurunan  tegangan  dalam,  namun  disisi  lainnya  terjadi pengurangan kekuatan dan kekerasannya.

## METODOLOGI PENELITIAN
1.  Material  yang digunakan dalam penelitian  ini  adalah  baja  AISI 4340. Dengan komposisi kimia sbb:
Unsur Fe C Si Mn Cr Ni Mo Cu V W S P
% 95.85  0.34  0.30  0.60  1.50  1.50  0.20  0.22  0.023  0.055  0.020  0.010
2.  Proses  perlakuan  panas  yang  digunakan  adalah  dengan  Hardening  dan  Tempering dengan menggunakan :
 Temperatur  pemanasan  850o  C  untuk  Hardening.  Proses  pendinginan  (Quencing) dengan media oli.
 Variasi waktu 40 menit
 Temperatur pemanasan  200 oC,400 oC, dan 600 oC untuk Tempering.
 Variasi waktu 60 menit.
 Temperatur ruang.
3.  Pengujian sifat mekanis diantaranya adalah
 Uji Tarik : untuk mengetahui sifat mekanis dari material suatu bahan jika diberi beban tarik  secara  statis.  Untuk  specimen  uji  tarik  standar  yang  digunakan  adalah  standar JIS Z 2201 no.4
 Uji Kekerasan : untuk mengetahui kekerasan suatu material terhadap tekanan. Untuk kekerasan digunakan metode Vickers
 Uji Metallografi : untuk mengetahui struktur material baik makro atau mikro. Alat yang di  gunakan dalam pengujian ini  adalah Mikroskop Optik dengan pembesaran 500 X dan 1000X.
Data Hasil Pengujian
Pengujian Mekanis  Uji Tarik
 Uji Kekerasan
(Vickers) Pengamatan Metallografi
TEMPERING
 Temperatur 200,400 & 600 oC
- Waktu Tahan 60 Menit
- Quenching (udara)
Temperatur Ruang
HARDENING  Temperatur 850 oC
- Waktu Tahan 40 Menit - Quenching (oli)
Perlakuan Panas Tanpa Perlakuan Panas Mulai Persiapan Bahan Spesimen Pengujian AISI 4340 Kesimpulan End Analisa Hasil Pengujian Stop

## ANALISA DAN PEMBAHASAN
 Hasil Analisa Uji Tarik
Gambar Specimen benda uji tarik dengan standar JIS Z 2201 no.4. Keterangan : L : 250 mm Lo : 50 mm d : 12,5 mm D : 25 mm
R
: 25 mm
1. Luas Penampang Awal :
Ao  = 4 . 2 d 
 Spesimen I (Tanpa pemanasan (TP) / temperatur ruang) :
=  121,9 mm²
 Spesimen II (Dengan hardening 850 oC)  :
= 164,4 mm²
 Spesimen III (Dengan tempering 200 oC) :
= 122,7 mm²
 Spesimen IV (Dengan tempering 400 oC) :
NO Diameter (mm) Lo (mm) ∆L (mm) Ao (mm²) Fe (kN) Fm (kN) σy (N/mm²) σu (N/mm²) ε (%) 1 12,46 50 1 121,9 127,0 136,0 1041,8 1115,7 2.0 2 14,47 50 1,5 164,4 - 203,0 - 1234,8 3.0 3 12,50 50 3,5 122,7 - 222,5 - 1813,4 7.0 4 12,52 50 6,5 123,0 - 172,5 - 1402.4 13.0 5 12,50 50 9,9 122,7 117,5 127,5 957,6
1039,1 19.8
R Ao =  3,14(12,46²) 4 Ao = 3,14(12,50²)
4
Ao = 3,14(12,52²) 4
Ao = 3,14(14,47²) 4
 Spesimen V (Dengan tempering 600 oC)   :
= 122,7 mm²
2. Kuat Tarik Maksimum 0 A F maks maks    Spesimen I (Tanpa pemanasan/temperatur ruang)
 maks =
=   1115,7 N/mm²
 Spesimen II (Dengan Hardening 850°C)
 maks = =    1234,8 N/mm²
 Spesimen III (Dengan Tempering 200°C)
 maks = =    1813,4 N/mm²
 Spesimen IV (Dengan Tempering 400°C)
 maks =
=     1402.4 N/mm²
 Spesimen V (Dengan Tempering 600°C)
 maks = =     1039,1 N/mm² 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 K uat Tar ik (N /m m 2 ) Tanpa
Perlakuan Panas Hardening Tempering Tempering Tempering
Perlakuan 1115.7 1234.8 1813.4 1402.4 1039.1
Gambar  Grafik Kuat Tarik MaksimumVs Perlakuan
Ao = 3,14(12,50²) 4 136,0 kN
121,9 mm²
203,0 kN 164,4mm²
222,5 kN 122,7mm²
172,5 kN
123,0mm²
127,5kN 122,7mm² 850 0 C 200 0 C 400 0 C 600 0 C
Data  pengujian  ini  diperoleh  dalam  tiga  kelompok  pengujian  yaitu  specimen  tanpa perlakuan panas, hasil proses hardening dan hasil proses tempering.
Kekuatan  tarik  material  baja  karbon  sedang  sebesar  1115,7  N/mm²,  setelah  proses hardening menjadi sebesar 1234,8 atau meningkat 10,67%. Setelah proses tempering 200°C menjadi  sebesar  1813,4  N/mm²  atau  meningkat  62,53%,  setelah  proses  tempering  400°C menjadi sebesar 1402,4 N/mm² atau meningkat 25,7% dan setelah proses tempering 600°C menjadi sebesar 1039,1 N/mm² atau menurun 6,86%.
3. Kuat Luluh  y  =
Ao Fy = Ao Fy 3 10 .
 Specimen  I  (Tanpa pemanasan (TP) / temperatur ruang)
 y  = =   1041,8 N/mm2  Specimen  II  (Dengan Tempering 600°C)
 y  = =     957,6 N/mm2 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 K uat Lul uh (N /m m 2 ) Tanpa
Perlakuan Panas Hardening Tempering Tempering Tempering Perlakuan 1041.8
- - - 957.6

## Gambar Grafik Kuat Luluh vs Perlakuan 4.  Regangan
Kemampuan  suatu  bahan  meregang  plastis  sebelum  putus.  Dalam  hal  ini  diukur dengan  elongasi  dan  dengan  reduksi  penampang.  Pengukuran  regangan  dilakukan  dengan menggabungkan  bagian  yang  putus,  kemudian  diukur  panjangnya,  regangan  (elongasi) adalah rasio antara pertambahan panjang dengan panjang awal.
 Spesimen I (Tanpa perlakuan panas / temperature ruang) :
=
 Spesimen II (Hardening 850°C) :
=
127,0.10³ 121,9 117,5.10³ 122,7 850 0 C 200 0 C 400 0 C 600 0 C % 100 0 0    L L L f  51,5-50 50 X 100% = 3,0%
51-50 50
X 100% = 20%

##  Spesimen III ( Tempering 200 ° C) :
=
 Spesimen IV ( Tempering 400 ° C) :
=
 Spesimen V ( Tempering 600 ° C) ; = 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 R e g a n g a n ( %)
Tanpa Perlakuan Panas Hardening Tempering Tempering Tempering Perlakuan 2 3 7 13 19.8 Gambar Grafik Regangan vs Perlakuan 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Tanpa Perlakuan Panas Hardening  Tempering Tempering Tempering
Perlakuan
Ku at T ar ik (N/mm 2 ) 0 5 10 15 20 25 Regan g an ( %) Kuat Tarik
Regangan
Gambar Grafik Kuat Tarik & Regangan vs Perlakuan
56,5-50 50 X 100% = 13,0% 53,5-50 50
X 100% = 7,0%
59,5-50 50 X 100% = 19,8% 850 0 C 200 0 C 400 0 C 600 0 C 850 0 C 200 0 C 400 0 C 600 0 C

## HASIL ANALISA UJI KEKERASAN
Alat  uji  yang  digunakan  dalam  melakukan    pengujian  kekerasan  Vickers  di  LUK (Lembaga Uji Konstruksi) BPPT adalah Frank Finotest. Uji kekerasan Vickers menggunakan penumbuk  piramida  intan  yang  dasarnya  berbentuk  bujur  sangkar.  Besarnya  sudut  antara permukaan-permukaan  piramid  yang  saling  berhadapan  adalah  136  .  Sudut  ini  dipilih berdasarkan  karena  nilai  tersebut  mendekati  sebagian  besar  nilai  perbandingan  yang diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan Brinell.
Karena  bentuk  penumbuk  piramida,  maka  pengujian  ini  sering  dinamakan  uji kekerasan  piramida  intan.  Angka  kekerasan  intan  atau  Diamond  Pyramid  Hardness  (DPH) atau  angka  kekerasan  Vickers  (VHN  atau  VPH),  didefinisikan  sebagai  beban  dibagi  luas permukaan lekukan, VHN dapat ditentukan dari persamaan berikut :
VHN      =
Dimana : VHN = Vickers Hardness Number P = Beban yang diterapkan (Kg) L
= Panjang diagonal rata-rata (mm)
=
2 165 , 0 5 . 854 , 1 
027225 , 0 27 , 9  =  340
Tabel  1 Nilai Kekerasan Vickers Pada Bahan  Tanpa Perlakuan  Pemanasan.
Nomor Jejakan L (mm) VHN 1 0.165 340 2 0.162 353 3 0.162 353 4 0.162 353 5 0.166 336
Jadi nilai rata – rata kekerasan Vickers tanpa perlakuan panas adalah : 347
Tabel 2 Nilai Kekerasan Vickers Pada Bahan Dengan Hardening Pada temperatur 8500C Dengan Waktu Penahanan 40 Menit.
Jadi nilai rata – rata kekerasan Vickers dengan Hardening 8500C adalah : 527,4
Tabel 3  Nilai Kekerasan Vickers Pada Bahan Dengan Proses Tempering Pada Temperatur 4000C Dengan Waktu Penahanan 60 Menit Dengan Quenching(Temperatur
Ruang). Nomor Jejakan L (mm) VHN 1 0.136 501 2 0.134 516 3 0.133 524 4 0.130 548 5 0.130 548 1,854.P L² 2Psin( θ / 2)   =    1,854. P
L² L²
Jadi nilai rata – rata kekerasan Vickers dengan Proses Tempering 4000C adalah 435,6
Tabel  4  Nilai Kekerasan Vickers Pada Bahan Dengan Proses Tempering Pada Temperatur 6000C Dengan Waktu Penahanan 60 Menit Dengan Quenching(Temperatur Ruang).
Jadi nilai rata – rata kekerasan Vickers dengan Proses Tempering 6000C adalah 332,8

## Hasil ANALISA Pengamatan Struktur Mikro
Pengamatan  Struktur  Mikro  ini  di  lakukan    di  Laboratorium    Uji  Konstruksi    Serpong  . Alat yang di gunakan dalam pengujian ini adalah Mikroskop Optik dengan pembesaran 500 X dan 1000X.

## Gambar Foto Struktur Mikro Tanpa Perlakuan Panas, Pembesaran 500X
Gambar  Foto Struktur Mikro Tanpa Perlakuan Panas, Pembesaran    1000X
Gambar Foto Struktur Mikro Dengan Hardening 850 °C Pembesaran 500X
Nomor Jejakan L (mm) VHN 1 0.147 429 2 0.147 429 3 0.145 440 4 0.145 440 5 0.145 440 Nomor Jejakan L (mm) VHN 1 0.167 332 2 0.167 332 3 0.166 336 4 0.166 336 5 0.168 328

## BENTUK PENAMPANG PATAHAN
Pengujian  tarik  pada  benda  uji  tanpa  perlakuan  panas  menghasilkan  bentuk  patahan star  fracture,  patahan  penampang  berbentuk  cup-cone  tetapi  pada  terdapat  sobekan  tak beraturan  pada  sisi  diameter  ukur  dan  butirannya  seperti  kristal.  Treatment  dengan hardening  850°C  menghasilkan  patahan  pada  permukaan  penampang  tampak  rata,  ini membuktikan  bahwa  specimen  mengalami  patah  getas  atau  brittle  fracture.  Bentuk penampang  pada  specimen  dengan  proses  tempering  200°C  masih  seperti  bentuk  pada proses  hardening  yaitu  patah  getas.  Sedangkan  pada  specimen  pada  proses  tempering 400°C menghasilkan penampang berbentuk patahan partial cup-cone dengan butiran halus, menunjukkan  bahan  mempunyai  perpanjangan  dan  mulai  mempunyai  keuletan  sehingga harga kekuatan dan kekerasannya sedikit menurun. Bentuk patahan pada proses tempering 600°C  adalah  partial  cup-cone  dengan  butiran  agak  kasar,  menunjukkan  perpenjangan specimen lebih besar dari pada proses tempering sebelumnya.
Specimen Tanpa Perlakuan Panas
Specimen Hardening 850°C Specimen Tempering 200°C Specimen Tempering 400°C

## Specimen Tempering 600°C
Gamb a r Foto bentuk patahan pada specimen
Specimen Tempering 200°C                                Specimen Tempering 400°C

## Specimen Tempering 600°C Gambar Foto bentuk Penampang pada patahan specimen

## KESIMPULAN
Dari hasil pengujian didapatkan suatu kesimpulan sebagai berikut :
1.  Kuat Tarik Maksimum tertinggi didapat pada baja AISI 4340   dengan proses Tempering 200°C dengan waktu tahan 60 menit sebesar 1813,4 N/mm². Sedangkan nilai terendah sebesar 1039,1 N/mm² pada proses Tempering 600°C dengan waktu tahan 60 menit.
2.  Kuat luluh / yield pada baja AISI 4340 tanpa perlakuan panas sebesar 1041,8 N/mm2 tetapi pada proses hardening 850°C, tempering 200°C dan 400°C kuat luluh specimen tidak di ketahui karena struktur baja masih terlalu keras. Sedangkan pada proses tempering 600°C kuat luluh sebesar 957,6 N/mm2 .
3.  Nilai regangan tertinggi didapat pada baja AISI 4340 adalah pada specimen dengan proses tempering 600°C sebesar 19,8 %. Sedangkan nilai terendah sebesar 2 % pada specimen tanpa perlakuan panas.
4.  Untuk nilai kekerasan tertinggi pada baja AISI 4340 adalah pada proses hardening 850°C dengan VHN sebesar 548, sedangkan nilai terendah pada proses Tempering 600 0C dengan waktu tahan 60 menit dengan VHN sebesar 328.
5.  Fasa yang terjadi adalah.
 Pada specimen tanpa perlakuan panas adalah Ferrite dan Perlite.
 Pada specimen yang di Hardening 850 0C adalah Martensite butir kasar.
 Pada specimen  yang di Tempering 200 0C adalah Martensite butir halus.
 Pada specimen yang di Tempering 400 0C adalah Bainite.
 Pada specimen yang di Tempering 600 0C adalah Ferrite dan Sementit.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Daniel A.Brandt, 1992, ‘ Metallurgy Fundamentals ’ South Holland, Illionis.
2.  Ta ta Surdia dan Shinroku Saito, 1999, ‘ Pengetahuan Bahan Teknik’ , PT. Pradnya Paramitha, Jakarta.
3.  Van Vlack, Sriati Djaprie, 1991, ‘ Ilmu Teknologi Bahan’ , Erlangga, Jakarta.
4.  Amstead,B.H, Ostwald, Phillip F, Begeman,Myron L, 1989, Teknologi Mekanik , Erlangga, Jakarta.
5.  George E. Dieter, Sriati Djaprie, 1993, Metalugri Mekanik , Erlangga, Jakarta.
6.  Modul Pelatihan, Heat Treatment , 2003, FTUI, Depok.