Akreditasi LIPI Nomor : 536/D/2007 Tanggal 26 Juni 2007

## PENGARUH KANDUNGAN SPHEROIDITE TERHADAP SIFAT KEKERASAN PADA BAJA KARBON SEDANG
Hasan Basrih, Sanserlis, Hasian Pohan, Iceu Rufiana, Zulhamshah, Suharto, Sugijono dan Kebamoto
Departemen Fisika, FMIPA - UI Kampus Baru UI, Depok

## ABSTRAK
PENGARUH KANDUNGAN SPHEROIDITE TERHADAP SIFAT KEKERASAN PADA BAJA KARBON SEDANG . Pada penelitian ini dilakukan pembuatan fasa spheroidite pada baja karbon sedang lewat proses anil . Kemudian kandungan (persentase) spheroidite dihitung serta dilakukan karakterisasi sifat kekerasan ( hardness ). Diperoleh bahwa semakin besar kandungan (persentase) spheroidite , baja semakin lunak. Sifat kekerasan spheroidite yang diperoleh berada pada daerah 75 HRB dengan kandungan (persentase) spheroidite 6,74 %. Nilai kekerasan tersebut jauh lebih kecil dari kekerasan fasa martensit. Hasil yang diperoleh cocok dengan hasil literatur karena titik hasil perhitungan kandungan spherodite terhadap kekerasan berimpitan dengan kurva yang sama pada literatur.
Kata kunci : Spheroidite, Medium-carbon

## ABSTRACT
THE INFLUENCE OF SPHEROIDITE PHASE CONTENT TO THE HARDNESS OF MEDIUM- CARBON STEEL. Spheroidite phase in medium-carbon steel has been performed by annealing process. The content of spheroidite phase in samples has been calculated and their hardness has also been measured. It has been found that the decreasing of their ardness due to the increasing of spheroidite phase content. As the spheroidite phase content reached 6.74% the hardness down to 75 HRB which is smaller than of martensite phase. This result is in agrement to literaturs.
Key words : Spheroidite, Medium-carbon

## PENDAHULUAN
Perkembangan aplikasi industri berbahan baku baja karbon sedang khususnya pada pembuatan mur dan baut untuk kendaraan bermotor dewasa ini mengikuti tuntutan pasar yang meliputi : baja harus mudah dibentuk (lunak) dan memiliki sifat keras dalam pemakaian, peningkatan produksi dengan penggunaan bahan baku baja berkadar karbon sedang melalui penghematan biaya produksi yaitu umur peralatan lebih lama dan waktu pengerjaan yang relatif singkat, dan menghasilkan mur dan baut yang berkualitas tinggi yang memiliki sifat kekerasan dan keuletan tinggi sehingga mampu bersaing dalam pemasaran. Tuntutan ini hanya dapat dipenuhi apabila strukturmikro dari baja karbon sedang pada saat pengerjaan berada dalam fasa spheroidite .
Sifat mekanik material (bahan) tergantung pada strukturmikro material, yang pembentukannya berdasarkan pada hubungan fasa-fasa. Salah satu
bentuk strukturmikro yang penting dalam kaitan dengan sifat mekanis adalah spheroidite yaitu baja karbon yang memiliki fasa cementit (Fe 3 C) berbentuk speris di antara matriks  α-ferit.
Untuk baja karbon tinggi, sperodisasi dapat terjadi dalam waktu yang sangat lama sekali (18 jam sampai dengan 24 jam). Pada proses sperodisasi ini akan terjadi penguraian lamel-lamel cementit dari struktur pearlit yang kemudian akan membentuk cementit globular yang merupakan bentuk geometri yang paling setimbang karena tegangan permukaannya hampir 0 (nol) [1-3].
Hasilnya adalah suatu material yang strukturmikronya mengandung cementit berbentuk speris , sehingga lebih mudah dibentuk dan kemampuan proses lebih dapat ditingkatkan, serta deformasi dengan mudah terlokalisasi, akibatnya material tersebut sangat tangguh, tidak getas, dan memudahkan pembuatan produk berupa mur dan baut.

## TEORI
Spheroidizing adalah proses yang digunakan untuk meningkatkan pengolahan dan reorientasi batas butiran dengan cara memodifikasinya melalui proses anil pada suhu tertentu dan dalam kurun waktu tertentu pula. Hasilnya adalah suatu material yang lebih mudah dibentuk, dan kemampuan proses lebih dapat ditingkatkan. Umumnya proses ini sangat lamban yaitu memerlukan waktu sampai 24 jam pada suhu di atas 700 o C [1-3], dan hasil yang diperoleh adalah material yang ukuran butirnya hampir bulat sehingga deformasi dengan mudah terlokalisasi, akibatnya material tersebut sangat tangguh dan berpengaruh pada desain produk.
Jika proses dipertahankan pada suhu tertentu maka butiran spheroidite akan diperluas, dan cementit akan berubah menjadi butiran dalam tiap lapisan. Adanya butiran spheris kecil dari fraksi cementit yang menyebabkan baja pada fasa spheroidite dapat terhindar dari keretakan ( crack ) saat pemrosesan. Fasa spheroidite dapat dibentuk dari perlakuan anil fasa pearlit atau bainit melalui austenit . Dalam penelitian ini proses anil yang dilakukan adalah mengubah fasa austenit menjadi fasa pearlit kemudian menjadi fasa spheroidite [4-5]. Hal ini dilakukan karena fasa awal material uji adalah martensit.

## METODE PERCOBAAN
Untuk memastikan bahwa baja hasil anil sudah dalam fasa spheroidite atau belum dilakukan uji morfologi dengan mikroskop optik yang dikonfirmasikan dengan Scanning Electron Microscope ( SEM ). Sedangkan uji kekerasan dilakukan pada 3 titik pada sampel dengan menggunakan uji Vickers . Hal ini dilakukan untuk mengakomodari pengaruh radial terhadap homogenitas fasa spheroidite . Pada penghitungan prosentasi spheroidite pada material dengan menggunakan foto morfologi fasa spheroidite , terdapat beberapa langkah yang dilakukan sebagai berikut : a. Perhitungan banyaknya butir cementit yang dipotong oleh garis yang membentuk daerah bujur sangkar dan nyatakan sebagai I 1 x I 2 . b. Penetuan jumlah butir dalam suatu daerah luasan (n) dengan menggunakan rumus [6] :
    2 1 2 1 2 100 500 xL L xI I M n        .................................. (1) n = jumlah butir tiap satu satuan luas M = perbesaran mikroskop
L 1 (orL 2 ) = panjang garis yang saling berpotongan membentuk luasan dan butir terdapat di dalamnya
I 1 (or I 2 ) = jumlah butir yang dipotong oleh L 1 dan L 2
c. Penghitungan ukuran grain dengan menggunakan rumus :
1 301 . 0 log   n G ……………....………… (2)
d. Perhitungan prosentasi spheroidite menggunakan rumus : jumlah butir (n) hasil perhitungan % SA = ... (3) Jumlah butir (n) tabel

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Prosentasi (kandungan) spheroidite dalam suatu material hasil anil proses dapat dihitung dengan menggunakan metode ferrite . Butiran butiran yang terdapat dalam suatu daerah luasan dihitung untuk mengetahui jumlah butir, ukuran butir per satu satuan luas daerah.
Kemudian dengan membandingkan jumlah butir hasil perhitungan dengan jumlah butir rata-rata yang terdapat dalam satu satuan luasan maka diperoleh prosentasi spheroidite yang dinyatakan dalam persen persatuan luas (Gambar 1).
Gambar 2 memperlihatkan bahwa lamanya waktu tahan ( shocking ) berpengaruh terhadap kekerasan. Namun demikian, perlu ditambahkan bahwa kekerasan bagian pinggir berbeda dengan bagian tengah karena adanya perbedaan gradien suhu secara radial. Bagaimanapun juga, lamanya waktu tahan tersebut mengakibatkan penurunan kekerasan yang relatif linier pada waktu tahan 0 jam sampai 6 jam. Di atas 6 jam penurunan kekerasan tidak signifikan. Ini mengindikasikan bahwa pembuatan fasa spheroidite pada baja yang material awalnya fasa martensit dengan ukuran kawat seperti pada sampel dalam penelitian ini
Gambar 1 . Fase spheroidite dan metode perhitungan kandungan spheroidite . Daerah luasan (garis tebal) hasil anil 27 jam yang memuat jumlah butir yang di tengah sebanyak 6 butir dan yang dipotong garis sebanyak 6 butir. Jadi banyaknya butir (I1 x I2) yang dibatasi oleh L1 x L2 adalah 6 + (1/2 x 6) = 9.

## α-ferrit
Fe 3 C
tidak perlu lebih lama dari 6 jam. Pengaruh ukuran dan fasa awal bahan baku serta kapasitas furnace (dapur) akan sangat mempengaruhi hasil ini.
Dari Gambar 3, apabila data nomor 2 diabaikan karena mungkin terjadi penyimpangan, maka dapat dikatakan bahwa jumlah persentase spheroidite sangat dipengaruhi oleh lamanya waktu tahan. Pengaruh waktu tahan ini menentukan keberlangsungan proses difusi atom C, sehingga karbon yang telah terlepas dari ikatannya dalam fasa pearlit atau fasa bainit larut dalam suatu matriks ferit membentuk karbida (fasa cementit ). Artinya semakin lama waktu tahan, proses difusi semakin lama dan kemungkinan atom karbon yang larut semakin banyak, sehingga ketika terjadi transformasi fasa dapat dihasilkan prosentasi spheroidite nya semakin tinggi.
Apabila nilai Hardness HRB dari data hasil pengukuran difitting pada grafik Hardness literatur [1] maka di peroleh hasil seperti pada Gambar 4.
Tampak bahwa kekerasan baja karbon sedang grade 45 K hasil penelitian ini relatif cocok dengan literatur. Sedangkan baja grade SCM 435 dan SA 12 yang di anil di industri kurang cocok dengan literatur. Ketidakcocokan ini mungkin disebabkan oleh pengaruh
grade (komposisi kimiawi unsur) atau dimensi furnace atau dapur dengan kapasitas besar. Bagaimanapun, keperluan industri memiliki toleransi yang jauh lebih besar dari hasil studi literatur.

## KESIMPULAN
a. Terdapat hubungan yang pasti antara lama waktu tahan terhadap kandungan fasa spheroidite dimana semakin lama waktu tahan maka kandungan spheroidite semakin banyak. Namun demikian, terdapat suatu waktu tahan maksimum dimana setelah melewati waktu ini penambahan kandungan spheroidite menjadi tidak signifikan. b. Berdasarkan literatur nilai hardness baja karbon sedang berada dalam daerah spheroidite . Ini membuktikan bahwa baja dengan kandungan karbon 0.45 % berat yang fasa awalnya martensit dengan hardness nya 55 HRC Rockwell (565 HRB Brinel) dapat dijadikan fasa spheroidite sampai 6,74 % dengan hardness nya turun hingga 75 HRB lewat proses anil . c. Metode perhitungan kandungan spheroidite yang digunakan dalam penelitian ini relatif memadai dan cocok untuk analisis kandungan spheroidite .

## DAFTAR ACUAN
[1]. CALLISTER,Jr, WILLIAM D . Materials Science and Engineering An Introduction , Fourth Edition, Dept. of Mellurrgical Engineering The University of Utah: US , (1997)
[2]. ______, Chapter 10: Phase Transformation in Metals , . 29 hlm. http://www.matsceng.ohio-
Gambar 2 . Grafik pengaruh waktu tahan terhadap hardness baja karbon sedang 45 K. (1) anil 6 jam, (2) anil 8 jam,
(3) anil 10 jam, (4) anil 18 jam dan (5) anil 27 jam. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 7 1 7 2 7 3 7 4 7 5 7 6 7 7 7 8 7 9 8 0 8 1 8 2 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 H a rd n e s s (H R B R o c k w e ll)
W a k t u t a h a n ( ja m )
B a g ia n p in g g i r B a g ia n t e n g a h Gambar 3 . Pengaruh waktu tahan terhadap % Speroidite pada baja karbon sedang 45 K. (1) anil 6 jam, (2) anil 8 jam, (3) anil 10 jam, (4) anil 18 jam dan (5) anil 27 jam 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 5 6 7 8 9 5 3 1 5 4 3 2 1 % S p h e ro id it e W a k t u t a h a n ( j a m ) B a g i a n p i n g g i r B a g i a n t e n g a h Gambar 3. .
2 1 3 Gambar 4 . Hardness HRB berbagai fasa menurut literatur [1] serta hasil penelitian ini. (1) baja karbon sedang 45 K hasil anil di FMIPA-UI, (2) baja grade SCM 435 hasil anil industri dan (3) baja grade SA 12 hasil anil industri = Bagian pinggir = Bagian tengah
s t a t e . e d u / m s e 2 0 5 / l e c t u r e s / c h a p t e r 1 0 / chap10_slide1.gif.
[3]. _______, Lab IV- Heat Treatments of Steels . 11 hlm. http://web.utk.edu/~swen1/MSE201/ handouts/HTofSteel.pdf
[4]. HASIAN POHAN, Studi Pembentukan Fasa Spheroidite Melalui Proses Anil pada Baja Karbon Rendah, ( Thesis S-2 Fisika FMIPA-UI ),
Jakarta, (2006)
[5]. ICEU RUFIANA, Studi Minimalisasi Waktu pada Proses Pembentukan Fasa Spheroidite Baja Karbon Sedang dan Rendah , (Thesis S-2 Fisika FMIPA-UI), Jakarta, (2006)
[6]. Japan Industrial Standard Handbook, Ferrous
Materilas & Metallurgy I, JIS G0552, (1998)710-717