## PENGARUH PROSES HARDENING PADA BAJA HQ 7 AISI 4140 DENGAN MEDIA OLI DAN AIR TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN STRUKTUR MIKRO
Cahya Sutowo 1 .,ST.MT., Bayu Agung Susilo 2
Lecture 1 ,College student 2 ,Departement of machine, Faculty of Engineering, University Muhammadiyah Jakarta, JalanCempakaPutih Tengah 27 Jakarta Pusat 10510, Tlp 021- 4244016,4256024, email : csutowo@yahoo.com

## ABSTRAK
Proses  hardening  dilakukan  pada  temperatur  pemanasan  850 o C  terhadap  baja AISI 4140 dengan memberikan holding time selama 1 jam serta 2 macam media pendingin  yaitu  oli  dan  air.  Selanjutnya  dilakukan  proses  tempering  pada temperatur  600 o C  dengan  pemberikan  waktu  penahanan  selama  1  jam.
Perubahan  sifat  mekanis  yang  diamati  sebelum  dan  sesudah  mengalami  proses perlakuan  panas  terdiri  dari  nilai  kekuatan  tarik,  nilai  kekerasan  serta  struktur mikronya.  Nilai  kekuatan  tarik  sebelum  proses  hardening  1069,38  N/mm 2 sedangkan  setelah  proses  hardening  nilai  kekuatan  tariknya  sebesar  1524,63 N/mm 2 untuk pendinginan oli dan sebesar 990,85 N/mm 2 untuk pendinginan air. Nilai  kekerasan  sebelum  proses  hardening  sebesar  19,2  HRc  setelah  proses hardening  dengan  temperatur  dan  holding  time  yang  sama  berurutan  untuk pendinginan  air  dan  oli  adalah  36,06  HRc  dan  34,44  HRc.  Sedangkan  nilai kekerasan setelah proses tempering  dengan temperatur 600 o C  dan holding time 1 jam untuk pendinginan oli dan air adalah 38,06 HRc dan 34,74 HRc. Dari hasil pengamatan  struktur  mikro  terlihat  pembentukan  martensit  pada  kondisi pendinginan  oli  dan  air,  dan  pembentukan  martensit  temper  pada  proses tempering dengan pendinginan yang sama.
Kata Kunci :Baja AISI 4140, Tempering, Hardening, Kekuatan Tarik

## 1.PENDAHULUAN
Faktor-faktor  yang mempengaruhi hasil kekerasan dalam perlakuan panas antara lain:  komposisi  kimia,  perlakuan  panas,  cairan  pendingin,  temperatur  pemanasan  dan lain-lain.Kekerasan  yang  dapat  dicapai  tergantung  pada  kadar  karbon  dalam  baja  dan kekerasan yang terjadi akan tergantung pada temperatur pemanasan (temperatur autenitis ing), holding  time  dan  laju  pendinginan  yang  dilakukan  serta  seberapa  tebal  bagian penampang  yang  menjadi  keras  panyak  tergantung  pada  hardenability.Perlakuan  panas pada  baja  memegang  peranan  dalam  upaya  peningkatan  kekerasan  baja  sesuai  dengan kebutuhan.  Proses  ini  meliputi  pemanasan  baja  pada  suhu  tertentu,  ditahan  pada  waktu tertentu dan didinginkan pada media tertentu pula.

## 2. DIAGRAM ALIR

## Gambar 2.1 Diagram alir penelitian

## 3. METODE PENELITIAN
Dengan melakukan pengamatan, pengukuran serta pengujian dilaksanakan terhadap masing-masing specimen
Baja HQ 7 Series AISI
4140
Preparasi spesimem Uji Komposisi Kimia
Non Heat Treatment/ Material Dasar Proses Heat Treatment Hardening Temperatur = 850ºC
Holding Time = 1 jam
Pendinginan = air, oli Pengujian :
 Uji tarik
 Uji kekerasan
 Uji metalografi
Tempering, Tempering = 600 0 C Holding time = 1 jam
Pengujian :  Uji kekerasan
 Uji metalografi Data Pembahasan Kesimpulan
Selesai

## 4. DATA HASIL PENELITIAN 4.1 Data Hasil Uji Komposisi Kimia
Data hasil uji komposisi kimia menggunakan metode SPARK OES, komposisi kimianya dapat dilihat dalam table 4.1 dengan kesimpulan bahwa specimen uji termasuk baja karbon sedang
Tabel 4.1 hasil uji komposisi kimia Unsur Kadar % C 0,4 Si 0,28 Mn 0,74 P 0,09 Si 0,025 Cr 1,95 Ni 0,08 Mo 0,19 Al 0,034 Cu 0,19

## 4.2.Data Hasil Uji Tarik
Pengujian ini menggunakan mesin UPM 1000 pada skala beban 10 kN (untuk spesimen raw  material)  dan  25  kN  (untuk  spesimen hardening )  dimana  benda  yg  dipakai  adalah baja HQ 7 AISI 4140 dengan menggunakan standar pengujian ASTM A 370
 Spesimen  1  :  Raw  material (non  heat  treatment) menghasilkan  bentuk  patahan star fracture ,  patahan  penampang  berbentuk cup-cone tetapi  terdapat  sobekan  tak beraturan pada sisi penampang ukur dan butirannya seperti kristal.
 Spesimen  2  :  dengan  pemanasan  pada  temperature  850  °C  , holding  time 60  menit. Dilakukan Quenching air menghasilkan patahan pada permukaan penampang tampak rata, ini menunjukkan bahwa spesimen mengalami patah getas (brittle fracture)
 Specimen  3  :  dengan  pemanasan  pada  temperature  850  °C, holding  time 60  menit. Dilakukan Quenching oli  menghasilkan  patahan  seperti  spesimen  2  yaitu  :  patahan pada  permukaan  penampang  tampak  rata,  ini  menyatakan  bahwa  spesimen mengalami patah getas (brittle fracture).
Gambar 4.1 Spesimen yang telah diuji tarik
Tabel 4.2 hasil uji tarik Kode Penampang Panjang Gaya saat  Gaya maksimum Perubahan spesimen yield Fm (KN) Panjang bulat, do (mm) Fy (KN) ∆L (mm) 1 12,3 50 119 127 10 2 12,6 50 175 190 1 3 12,55 50 * 122,5 1 lo (mm²) spesimen
*) tidak terukur Spesimen 1
 Perhitungan luas penampang :
 Perhitungan tegangan tarik :
⁄  Perhitungan tegangan yield :
⁄
 Perhitungan regangan :
Diatas  dilakukan  pada  spesimen  lainnya,  hasil  perhitungan  dapat  dilihat  dalam tabel pengolahan data uji tarik sebagai berikut :
Tabel 4.3 Hasil pengolahan data Kode Spesimen Luas penampang awal, Ao (mm 2 ) Tegangan yield σy (N/mm 2 ) Tegangan tarik σ uts (N/mm 2 ) Regangan saat patah e (%) 1 118,76 1002,02 1069,38 20 2 124,62 1404,26 1524,63 2 3 123,63 * 990,85 2 *) tidak terukur

## 4.3 Data Hasil Uji Kekerasan
Pengujian  kekerasan  dilakukan  dengan  menggunakan  metode Rockwell pada beban 150 kgf, indentor intan 120° dan pre load 10 kgf. Posisi pengujian sebagai mana pada gambar 4.2
Gambar 4.2  Contoh pengujian kekerasan Rockwell
Hasil pengujian sebagaimana table 4.4 di bawah ini

## Tabel 4.4 Hasil Uji Kekerasan Rockwell (HRc)
Kode  Spesimen Nilai kekerasan HRc Nilai kekerasan rata-rata (HRc) 1 2 3 4 5 1 19,3  18,8  19,6  19,1  19,0 19,2 2 36,4  37,0  36,1  35,6  35,2 36,06 3 34,7  34,0  34,2  35,0  34,3 34,44 4 37,6  38,5  38,1  38,0  38,1 38,06 5 34,5  34,6  34,7  35,0  34,9 34,74

## 4.4 Data Hasil Pengamatan Struktur Mikro
Pengujian metalografi dilakukan dengan metode pengujian ASTM E 407-93
Gambar 4.3 Foto struktur mikro spesimen 1, fasa perlit dan ferit etsa nital 2%
5 4 3 2 1 22mm 18,8 19,0 19,6 19,3 19,1
Gambar  di  atas  menunjukkan  Foto  struktur  mikro  spesimen  1  (raw  material), terlihat  bahwa  struktur  yang  terbentuk  pada  spesimen  ini  adalah  pearlite  (pada  gambar berwarna  hitam  atau  gelap)  dan  ferrite  (pada  gambar  berwarna  terang)  walau  terdapat sedikit  martensite  yang  terbentuk.  Hal  ini  dikarenakan  pada  spesimen  ini  masih  murni (raw material) tetapi terbentuknya martensite dikarenakan baja ini merupakan bja karbon sedang  yang  karbonnya  berkisar  0,40%  C.  Oleh  karena  itulah  terdapat  unsur  martensite pada spesimen ini walau pun tidak dominan namun berpengaruh pada kekerasan material.
Gambar 4.4 Foto struktur mikro spesimen 2, fasa martensite dan etsa nital 2%
Gambar  di  atas  menunjukkan  foto  struktur  mikro  spesimen  2  (Quenching  air), terlihat  pada  gambar  tersebut  struktur  mikro  yang  terbentuk  adalah  martensite  (bentuk jrum)  lebih  dominan  dibanding  dengan  bainit  (berwarna  putih)  sehingga  menghasilkan kekerasan yang tinggi, hal ini dikarenakan pada spesimen 2 mengalami proses hardening dan  dilakukan  pendinginan  dengan  media  air  sehingga  spesimen  berubah  menjadi  keras dan  mengalami  patah  getas  (brittle  fracture).  Karena  pendinginan  dengan  menggunakan media  air  sangat  mempengaruhi  stuktur  mikro  yang  terbentuk  berubah  menjadi martensite  dikarenakan  air  merupakan  media  pendingin  kejut  yang  baik  sehingga merubah spesimen menjadi getas.
Gambar 4.5 Foto struktur mikro specimen 3, fasa martensite etsa nital 2%
Gambar  di  atas  menunjukkan  foto  struktur  mikro    speimen  3  (Quenching  oli), terlihat pada gambar struktur mikro yang terbentuk adalah martensite (bentuk jrum)  dan sedikit  bainit  (putih)  sehingga  mengakibatkan  kekerasan  dari  spesimen  mengalami peningkatan  dan  pada  uji  tariknya  juga  menghasilkan  patah  getas  (brittle  fracture) dibandingkan  dengan  spesimen  non  heat  treatment  dan  spesimen  proses  temper. Spesimen  3  dengan  spesimen  2  sama-sama  mengalami  patah  getas  karena  mengalami proses  pendinginan  kejut.  Karena  oli  dan  air  mempengaruhi  terbentuknya  struktur martensite  pada  spesimen  setelah  mengalami  proses  hardening  kemudian  didinginkan dengan media oli dan air.
Gambar 4.6 Foto struktur mikro spesimen 4, fasa martensite temper etsa nital 2%
Gambar di  atas menunjukkan foto struktur mikro spesimen 4 (temper air), terlihat pada gambar struktur mikro yang terbentuk adalah kristal martensite tampak lebih halus dibandingkan  dengan  spesimen  5  (temper  oli),  sehingga  nilai  kekerasannya  mengalami peningkatan  dibandingkan  dengan  sampel  5.  Hal  ini  dikarenakan  pendinginan  air  lebih baik  dan  lebih  cepat  dibandingkan  dengan  pendinginan  yang  menggunakan  media pendingin  oli.  Karena  itu  spesimen  yang  menggunakan  media  pendingin  air  lebih  getas dari pada pendinginan dengan oli.
Gambar 4.7 Foto struktur mikro spesimen 5, fasa martensite temper etsa nital 2%
Gambar di  atas menunjukkan foto struktur mikro  spesimen 5 (temper oli), terlihat pada gambar struktur mikro yang terbentuk adalah kristal martensite tampak lebih besar dibandingkan  dengan  sampel  nomor  4  sehingga  nolai  kekerasannya  menurun.  Hal  ini disebabkan  karena  mmedia  pendinginan  oli  pada  sampel  5  tidak  lebih  bagus  dengan sampel 4 (pendinginan air) sehingga mengakibatkan nilai kekerasannya menurun.

## 4.5 PEMBAHASAN

## 4.5.1 Pembahasan Uji Tarik
Dari table 4.3 hasil pengujian tarik selanjutnya dimasukkan ke dalam diagram batang seperti di bawah ini:
Gambar 4.8 Diagram kekuatan tarik Data dari hasil`pengujian menunjukkan nilai kekuatan tarik spesimen 1 (non heat treatment )    dengan  spesimen  2  ( quenching oli)  mengalami  peningkatan  yaitu  455,25 N/mm 2 atau  29,85%,  hal  ini  disebabkankarena  pengaruh  dari quenching oli  sehingga spesimen 2 kekuatan tariknya lebih besar, sedangkan nilai kekuatan tarik untuk spesimen 1 (non heat treatment ) dengan spesimen 3 ( quenching air) mengalami penurunan sebesar 78,53 N/mm 2 atau 7,34%, hal ini dikarenakan spesimen 3 ( quenching air) menjadi getas daripada spesimen 1 (non heat treatment ) dan spesimen 2 ( quenching oli) Gambar 4.9 Diagram kekuatan luluh 1, 1069.38 2, 1524.63 3, 990.85 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 1 2 3 k ek uatan tarik σu (N/m m 2 ) spesimen 1002,02 1404,26 0 0 500 1000 1500 0 1 2 3 k ek uata n lu lu h σy (N/mm 2 ) spesimen
Data  dari  hasil  pengujian  menunjukkan  spesimen1  (non heat  treatment )  dengan spesimen 2 (quenching oli) mengalami peningkatan sebesar 402,24 N/mm 2 atau 28,64%, sedangkan  untuk  spesimen  1  (non heat  treatment )  dengan  spesimen  3  ( quenching air) mengalami  penurunan  1002,02  N/mm 2 atau  100%  penurunan.  Karena  pada  spesimen  3 ( quenching air)  kekuatan  luluhnya  tak  terukur  oleh  mesin  uji  tariknya.  Hal  ini  di sebabkan karena spesimen 3 (quenching air) terlalu getas.
Gambar 4.10 Diagram regangan
Data dari hasil pengujian menunjukkan  nilai regangan pada spesimen 1 (non heat treatment )    terhadap  spesimen  2  ( quenching oli)  dan  spesimen  3  ( quenching air)  sama- sama  mengalami  penurunan  sebesar  90%.  Hal  ini  disebabkan  karena  pengaruh  dari quenching oli  dan  quenching  air  terhadap  material  1  dan  2  sehingga elongasi yang  di dapatkan tidak signifikan.
4.5.2 Pembahasan Uji Kekerasan
Dari tabel 4.4 hasil pengujian kekerasan selanjutnya dimasukkan ke dalam grafik seperti di bawah ini:
Gambar 4.11 Diagram kekerasan
20 2 2 0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 elo ng a si e ( % ) spesimen 19,2 36,06 34,44 38,06 34,74 0 10 20 30 40 0 1 2 3 4 5 n il ai k ek er asan rat a -r at a (HR c) spesimen
Data  dari  hasil  pengujian  kekerasan  menunjukkan  nilai  kekerasan  rata-rata  untuk spesimen  1  (non heat  treatment )  dengan  spesimen  2  ( quenching air)  mengalami peningkatan  sebesar  16,86  HRc.  Untuk  spesiment  1  (non heat  treatment )  terhadap spesimen  3  ( quenching oli)  juga  mengalami  peningkatan  nilai  kekerasan  yaitu  15,24 HRc.  Untuk  spesiment  3  ( quenching oli)  terhadap  spesimen  5  (  oli temper )  mengalami peningkatan  namun  tidak  signifikan  sebesar  0,3  HRc.  Sedangkan  untuk  spesimen  2 (quenching air) terhadap spesimen 4 (air temper ) juga mengalami peningkatan sebesar 2 HRc.

## 4.5.3 PEMBAHASAN PENGAMATAN STRUKTUR MIKRO
Pada  foto  struktur  mikro  baja  karbon  medium  dengan  spesimen  1  seperti  dilihat pada gambar 4.3 terlihat bahwa struktur yang berbentuk adalah pearlite (berwarna hitam atau gelap) dan ferrite (berwarna terang) walau ada sedikit martensit yang terbentuk.
Pada  foto  struktur  mikro  baja  karbon  medium  dengan  spesimen  2  seperti  dilihat pada  gambar  4.4  bahwa  struktur  yang  terbentuk  adalah  martensit  (bentuk  jrum)  lebih dominan dibandingkan dengan bainit (putih) sehingga menghasilkan nilai kekerasan yang tinggi dan juga menghasilkan patah getas ( brittle fracture )
Pada  foto  struktur  mikro  baja  karbon  medium  dengan  spesimen  3  seperti  dilihat pada  gambar  4.5  bahwa  struktur  yang  terbentuk  adalah  martensite  (bentuk  jrum)  dan sedikit  bainit  (putih)  sehingga  mengakibatkan  kekerasan  dari  spesimen  mengalami peningkatan  dan  pada  uji  tariknya  menghasilkan  patah  getas  ( brittle  fracture ) dibandingkan dengan spesimen non heat treatment dan spesimen proses temper.
Pada  foto  struktur  mikro  baja  karbon  medium  dengan  spesimen  4  seperti  dilihat pada gambar 4.6 terlihat bahwa struktur yang terbentuk adalah kristal martensite tampak lebih  halus  dibandingkan  dengan  spesimen  5,  sehingga  nilai  kekerasannya  naik dibandingkan sampel 5.
Pada  foto  struktur  mikro  baja  karbon  medium  dengan  spesimen  5  seperti  dilihat pada gambar 4.7 terlihat bahwa stuktur  yang terbentuk adalah kristal martensite tampak lebih besar dibandingkan dengan sampel 4, sehingga nilai kekerasannya menurun.

## 5.1.  KESIMPULAN
a. Pengaruh quenching terhadap sifat mekanis dan struktur mikro yaitu peningkatan pada  nilai  kekerasan  dan  kekuatan  tarik,  sedangkan  kekuatan  luluhnya  tidak terukur  kerena  spesimen  terlalu  getas  dibandingkan  dengan  spesimen  non heat treatment.
b. Pengaruh quenching oli  terbentuknya  struktur martensit sehingga  spesimen menjadi  keras.  Sedangkan  untuk quenching air  memiliki  sifat  mendinginkannya yang  teratur  dan  lebih  cepat.  Spesimen  yang  didinginkan  dengan  air  akan membentuk  struktur  kristal martensit yang  lebih  dominan  dibandingkan quenching oli,  sehingga  spesimen  menjadi  lebih  keras  sekitar  1,62  HRc dibandingkan quenching oli.
c. Spesimen  hasil quenching oli  memiliki  kuat  tarik  maksimum  1524,63  N/mm 2 , serta tingkat kekerasannya sebesar 34,44 HRc dan untuk sampel hasil quenching
air  memiliki  kuat  tarik  maksimum  990,85  N/mm 2 ,  serta  tingkat  kekerasannya sebesar  36,06  HRc.  Regangan  sama-sama  2%  dan  kekuatan  luluh  untuk quenching oli  1404,26  N/mm 2 sedangkan  kekuatan  luluh quenching air  tidak terukur  karena  memiliki  sifat  getas,  sedangkan  struktur  mikro  keduanya  sama yaitu martensit.
d. Pengaruh temper 600 o terhadap sifat mekanis dan struktur mikro dalam pengujian ini kurang berpengaruh untuk penurunan nilai kekerasan, kekuatan tarik, regangan dan  kekuatan  serta  struktur  mikro  menghasilkan  struktur martensit temper saja jika dibandingkan dengan spesimen hasil hardening.
e. Spesimen hasil temper ini kurang sesuai diaplikasikan pada komponen roda gigi, poros batang penggerak dan sebagainya. Dengan melihat sifat-sifat mekanis hasil karakterisasi di atas.

## 5.2 . SARAN
Agar  penelitian  yang  selanjutnya  bisa  mendapatkan  hasil  yang  lebih  baik,  penulis memberikan masukan saran sebagai berikut:
a. Tujuan perlakuan panas (heat treatment) akan dapat dicapai sesuai karakteristik bahan  dan  jenis-jenis  perlakuan.  Jenis  perlakuan  sangat  dipengaruhi  oleh  suhu panas yang ditentukan dari kadar karbon dan unsur lainnya.
b. Dimensi  spesimen  disesusuaikan  dengan  kemampuan  alat  uji.  Pemanasan spesimen  dalam  dapur  harus  waktu  penahanannya.  Saat  mendinginkan  dalam bak oli dicelupkan tegak lurus dan dibiarkan menggantung dalam media.
c. Perlu  dilakukan  penelitian  lebih  lanjut  dengan  menambah  variasi  suhu  dan waktu tahan dalam proses perlakuan panas sehingga dapat diperoleh hasil yang optimal untuk meningkatkan sifat mekanis
d. Perlu  adanya  penelitian  lanjut  yang  variabel  kontrolnya  lebih  lengkap  dengan melihat tegangan dalamnya (internal stress)

## DAFTAR REFERENSI
1. Amanto, Hari. “ilmu bahan”, Bumi Aksara, Jakarta, 1999.
2. Djafrie, Sriati, “Teknologi Mekanik Jilid I” , Erlangga, Jakarta 1992
3. George E. Dieter, Sriati Djafri. “Metalurgi Mekanik” , Erlangga, Jakarta 1993. 4. Http.//encarta.msn.Com/,US
5. Http://www.google.co.id/gambar
6. Japanesse Standard Association, “JIS HANDBOOK” , Ferrous Materials and Metallurgy, japan 1998
7. Schonmetz, Gruber. “Pengetahuan Bahan dalam Pengerjaan Logam” , Aksara, Bandung, 1985.
8. Supardi, Edih. “Pengujian Logam” , Angkasa, Bandung, 1999.
9. Suratman, Rochim. “Ilmu Proses Perlakuan panas”, Bandung, Lembaga Penelitian Institut Teknologi Bandung, 1994.
10. Surdia T, Saito S. “Pengetahuan Bahan Teknik” , PT. Pradnya Paramita Cetakan Ke Dua, Jakarta 1992
11. Vlack, Van. “Ilmu dan Teknologi Bahan” , Erlangga, Jakarta, 1992