https://dx.doi.org/10.20961/mekanika.v19i2.43203

## Perbandingan Induction Hardening dengan Flame Hardening pada Sifat Fisik Baja ST
60
Iswanto 1 , Edi Widodo 2 , Ali Akbar 1 , Angga Kharisma Putra 1
1 Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Sidoarjo 2 Teknik Mesin, Universitas Brawijaya Malang e-mail address : i swanto@umsida.ac.id

## Keywords: Abstract
This  study  will  discuss  the  comparison  between  induction  hardening  with flame  hardening  in  ST  60  steel  in  terms  of  tensile  strength  and microstructure.  The  induction  hardening  machine  is  designed  and  made  by itself  with  the  maximum  heat  generated  reaching  650  °C.  While  the  flame hardening  machine  uses  an  acetylene  welding  machine.  After  heating  the specimen to 650 °C, it is then cooled using water. Each heating process uses three  specimens  for  tensile  testing  and  microstructure  testing.  From  the tensile test results obtained that, ST 60 steel with induction hardening has a greater  tensile  strength  compared  to  flame  hardening.  ST  60  steels  which experienced induction hardening treatment also had higher strain compared to ST 60 steels which experienced flame hardening treatments.

## PENDAHULUAN
Teknik  pemanasan  logam  adalah  sebuah proses yang digunakan guna meningkatkan sifat keuletan  dan  kinerja  dari  sebuah  material  atau komponen  [1,  2].  Kerusakan  sebuah  material umumnya  diawali  dari  kerusakan  di  bagian permukaan  material  yang  dikarenakan  oleh adanya  faktor  lingkungan  yang    mempengaruhi seperti korosi, maupun keausan yang diakibatkan  oleh  interaksi  dengan  komponen yang  lain  [3].  Dalam  bidang  industri,  lebih khusus  industri  yang  bergerak  dalam  bidang permesinan,  teknik  pemanasan  logam  sangat diperlukan  untuk  dapat  menghasilkan  sebuah peralatan atau komponen yang mempunyai daya tahan terhadap korosi, serta memiliki daya tahan terhadap keausan yang diakibatkan oleh gesekan dengan  komponen  lain,  sehingga  umur  pakai komponen  akan  meningkat  dengan  sendirinya [4].  Berbagai  metode  dilakukan  agar  dapat memperbaiki  kualitas  permukaan  dari  sebuah material,  sesuai  dengan  keperluan  produk  yang diharapkan [5].
Dalam  hal  rekayasa  material,  metode pemanasan  logam  yang  lebih  dikenal  dengan istilah perlakuan permukaan ( surface treatment ).  Secara  umum  perlakuan  permukaan bisa  dilaksanakan  dengan  dua  cara.  Pertama
dengan  melakukan  pengubahan  fasa  atau mengubah  struktur  kristal  yang  ada  dalam material. Kedua, dengan melakukan pengubahan  komposisi  kimia  pada  permukaan sebuah  material  (menambahkan  unsur-unsur kimia  yang  lain  lain  dalam  komposisi  material) [6,  7].  Proses  pengubahan  struktur  kristal  ini dilakukan  dengan  jalan  memanaskan spesimen pada  suhu  tertentu  dan  kemudian  dilakukan pendinginan  cepat  ( quench )  agar  mendapatkan struktur  kristal  yang  di  inginkan.  Beberapa cara/metode surface  treatment yang  biasa digunakan  adalah  karburasi  ( carburizing ), karbonitridasi ( carbonitriding ), nitridasi ( nitriding ), induksi listrik ( induction hardening ) dan nyala api ( flame hardening ) [6].
Induction hardening adalah proses pemanasan  dengan  memakai  prinsip  kumparan yang  diberi  aliran  arus  bolak-balik  dan diletakkan didekat bahan konduktif [8]. Material konduktif dan kumparan selanjutnya menghasilkan  medan  magnet  bolak-balik  dan mengakibatkan  arus  eddy.  Panas  yang  timbul pada  material  konduktif  diakibatkan  oleh  aliran arus  eddy  yang  berada  disekitar  material konduktif tersebut [9].
Flame hardening adalah proses pengerasan  permukaan  untuk  mengeras  hingga beberapa  kedalaman  di  bawah  permukaannya
Induction hardening; flame hardening; tensile strength; micro structure; ST 60 steel
dari  komponen  baja  untuk  menahan  abrasi  dan aus  dengan  ketangguhan  yang  wajar  dari  inti yang tidak dipanaskan meningkatkan kelelahan, tekukan  dan  kekuatan  puntir  [10,  11].  Dalam proses  ini,  permukaan  logam  dipanaskan  untuk waktu  yang  cukup  sehingga  dapat  menaikkan suhu  dengan  cepat  di  atas  suhu  kritis  atas dengan menggunakan nyala oksi-asetilena netral [12].
Pada  penelitian  ini  akan  membandingkan sifat  fisik  baja  ST  60 yang  mendapat perlakuan induksi  hardening  dengan  baja  ST  60  yang diberikan perlakuan flame hardening. Sifat fisik yang  diuji  adalah  kekuatan  tarik  dan  struktur mikro.

## METODOLOGI PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  peralatan  yang digunakan  adalah  mesin induction  hardening dan  mesin flame  hardening (mesin  las  asetelin) yang  digunakan  untuk  melakukan  proses pemanasan  spesimen.  Mesin  bubut  digunakan untuk  membuat  spesimen  uji  tarik.  Untuk mengukur  suhu  ketika  proses  pemanasan spesimen  digunakan  thermometer  infrared. Spesimen yang akan diuji adalah baja ST60 dan diuji menggunakan mesin uji tarik model GAG- 5051-PC. Pengamatan struktur mikro menggunakan  mikroskop  metalurgi  merek Epiphot-300.
Langkah  pertama  yang  dilakukan  pada penelitian ini adalah menyiapkan alat dan bahan yang  dibutuhkan.  Selanjutnya  memotong  dan membubut  baja  ST60  sebagai  benda  uji dengan ukuran sesuai dengan standart ASTM. Kemudian melakukan proses pemanasan terhadap  benda  uji  dengan  mesin induction hardening sebanyak  tiga  buah,  seperti  pada gambar 1.

## Gambar 1. Proses pemanasan dengan mesin induction hardening
Berikutnya  melakukan  proses  pemanasan terhadap  benda  uji  dengan  mesin flame hardening (mesin  las  aseteline)  sebanyak  tiga buah, seperti pada gambar 2.

## Gambar 2. Proses pemanasan dengan mesin flame hardening
Setelah proses pemanasan mencapai pada suhu yang telah ditentukan, kemudian dilakukan proses pendinginan dengan menggunakan media air.  Langkah  berikutnya  adalah  melakukan pengujian  tarik  terhadap  benda  uji  yang  telah disiapkan  dan  yang  terakhir  adalah  melakukan pengamatan terhadap struktur mikro
(melakukan uji mikrostruktur).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil Uji Tarik
Setelah dilakukan pengujian tarik terhadap spesimen hasil pemanasan menggunakan induksi dan pemanasan
Volume 19 Nomor 2, Maret 2020
menggunakan flame ,  maka  diperoleh  data seperti pada tabel 1.
Table 1. Hasil pengujian tarik spesimen dengan induction hardening dan flame hardening Pemanasan  Temperatur (°C) Kekuatan Tarik (N/mm 2 ) Regangan (%) Induction Hardening 650 87.15 17.5 Flame Hardening 81.53 2.5
Dari  hasil  pengujian  tarik  terhadap spesimen  hasil  pemanasan  induksi,  dari  mulai gaya  diberikan  sampai  dengan  spesimen  patah diperoleh  grafik  tegangan  dan  regangan  seperti dsajikan pada gambar 3.

## Gambar 3. Grafik tegangan dan regangan spesimen dengan induction hardening
Sedangkan dari data pengujian tarik pada spesimen  hasil  pemanasan  flame,  mulai  saat diberikan  gaya  terhadap  spesimen  sampai dengan  spesimen  patah  diperoleh  grafik tegangan  dan  regangan  seperti  terlihat  pada gambar 4.

## Gambar 4. Grafik tegangan dan regangan spesimen dengan flame hardening
Dari table 1 dan gambar 3 serta gambar 4 dapat  dilihat  bahwa  baja  ST  60  dengan perlakuan induction hardening memiliki kekuatan  tarik  lebih  tinggi  yaitu  sebesar  87,15 N/mm 2 dibandingkan  dengan  baja  ST  60  yang mendapat  perlakuan flame  hardening yang hanya  sebesar  81,53  N/mm 2 .  Begitu  juga  jika dilihat  dari  ragangannya,  baja  ST  60  yang memperoleh  perlakuan induction  hardening memiliki  ragangan  lebih  tinggi  yaitu  sebesar 17,5  %,  dari  pada  baja  ST  60  yang  diberi perlakuan flame hardening yang hanya 2,5 %. Pada penelitian ini waktu yang dibutuhkan  untuk  mencapai  suhu  650  C  pada spesimen  dari  proses induction  hardening dan flame hardening berbeda. Untuk mencapai suhu 650  C  pada  spesimen,  dibutuhkan  waktu  55 menit apabila menggunakan induction hardening ,  dan  jika  menggunakan flame hardening membutuhkan  waktu  2,25  menit.
Sehingga  pada  proses induction  hardening spesimen  mengalami  pemanasan  lebih  lama meskipun  suhu  tertingginya  sama  yaitu  650  C. Hal  ini  menyebabkan  perlakuan induction hardening pada  baja  ST  60  memiliki  kekuatan tarik  dan  modulus  elastisitas  lebih  tinggi dibandingkan dengan perlakuan flame hardening .

## Hasil Pengamatan Struktur Mikro
Hasil  dari  pengamatan  struktur  mikro pada  baja  ST  60  dengan  perlakuan induction hardening dan flame  hardening dapat  dilihat pada gambar 5 dan 6.
Gambar 5. Struktur mikro baja ST 60 dengan perlakuan induction hardening
0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 T egan gan ( N/m m ²) Regangan (%) 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 T egan gan ( N/m m ²) Regangan (%) Ferrite Perlite
Gambar 6. Struktur mikro baja ST 60 dengan perlakuan flame hardening
Dari  gambar  5  dan  6  dapat  dijelaskan bahwa:  baja  ST  60  yang  mendapat  perlakuan induction  hardening yang  ditunjukkan  oleh gambar  5,  memiliki  butiran perlite (warna hitam)  lebih  banyak  dan  lebih  jelas  (berwarna lebih  hitam)  dibandingkan  dengan  baja  ST  60 yang  menerima  perlakuan flame  hardening , yang ditunjukkan pada gambar 6. Butiran perlite yang  jumlahnya  lebih  banyak  dan  warnanya lebih hitam ini disebabkan oleh pemanasan pada induction  hardening waktunya  lebih  lama dibandingkan  dengan flame  hardening .  Karena pada perlakuan induction hardening menghasilkan  butiran perlite dengan  jumlah yang  lebih  banyak  dan  warnanya  lebih  hitam maka  hal  ini  menyebabkan  kekuatan  tarik  baja ST 60 semakin tinggi.

## KESIMPULAN
Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan tentang  perbandingan induction  hardening dengan flame hardening pada sifat fisik baja ST 60  dapat disimpulkan bahwa:
1. Baja  ST  60  dengan  perlakuan induction hardening memiliki  kekuatan  tarik  lebih besar yaitu sebesar 87,15 N/mm2 dibandingkan  baja  ST  60  yang  diberikan perlakuan flame hardening dengan kekuatan tarik 81.53 N / mm 2 .
2. Besarnya  regangan  baja  ST  60  dengan perlakuan induction hardening senilai  17,5
%,  sehingga  lebih besar  dibanding baja  ST 60  yang  mendapat  perlakuan flame hardening yang  besar  regangannya  hanya
2.5%.
3. Dari  pengamatan  struktur  mikro,  baja  ST
60  dengan  perlakuan induction  hardening
lebih  banyak  menghasilkan  butiran perlite dibandingkan  dengan  perlakuan flame hardening .

## REFERENSI
[1] H. Kristoffersen and P. Vomacka, “Influence of process parameters for induction hardening on residual stresses,” Mater. Des. , vol. 22, no. 8, pp. 637–644, 2001.
[2] S.  O.  Seidu,  and  B.  J.  Kutelu,  “Influence  of heat  treatment  on  the  microstructure  and hardness  property  of  inoculated  grey  cast iron,” International  Journal  of  Engineering and  Technology, vol.  3,  no.  9,  pp.  888–892, 2013.
[3] Y.  Totik,  R.  Sadeler,  H.  Altun,  and  M. Gavgali, “The effects of induction hardening on wear properties of AISI 4140 steel  in dry sliding conditions,” Mater. Des. , vol. 24, no. 1, pp. 25–30, 2003.
[4] M.  K.  Lee,  G.  H.  Kim,  K.  H.  Kim,  and  W. W. Kim, “Effects of the surface temperature and cooling rate on the residual stresses in  a flame  hardening  of  12Cr  steel,” J.  Mater. Process.  Technol. ,  vol.  176,  no.  1–3,  pp. 140–145, 2006.
[5] S.  Zhu,  Z.  Wang,  X.  Qin,  H.  Mao,  and  K. Gao, Theoretical  and  experimental  analysis of two-pass spot continual induction hardening  of  AISI  1045  steel ,  vol.  229. Elsevier B.V., 2016.
[6] ASM  International  Handbook  Committee, “Volume  4,  Heat  Treating,” American
Society for Metals International, 1991.
[7] A.  Vieweg et  al. ,  “Induction  hardening: Differences  to  a  conventional  heat  treatment process  and  optimization  of  its  parameters,” IOP  Conf.  Ser.  Mater.  Sci.  Eng. ,  vol.  119, no. 1, 2016.
[8] K.  Gao,  X.  Qin,  Z.  Wang,  and  S.  Zhu, “Effect of spot continual induction hardening on  the  microstructure  of  steels:  Comparison between AISI 1045 and 5140 steels,” Mater.
Sci. Eng. A , vol. 651, pp. 535–547, 2016.
[9] W. P. Raharjo and B. Kusharjanta, “Rancang Bangun  Pemanas  Induksi  Berkapasitas  600 W  untuk  Proses  Perlakuan  Panas  dan Perlakuan Permukaan,” Pros. SNST ke-4 , pp. 207–215, 2013.
[10] S.  Jeyaraj,  K.  Arulshri,  K.  Harshavardhan, and P. Sivasakthivel, “Optimization of Flame Hardening  Process  Parameters  Using  L9 Orthogonal  Array  of  Taguchi  Approach,” Int.  J.  Eng.  Appl.  Sci. ,  vol.  2,  no.  3,  p. 257976, 2015.

## Perlite
Ferrite
[11] K.  S.  M.  SABARINATH.  L,  “Effect  of
Flame  Hardening  and  Various  Quenching Medium on the Mechanical and Metallurgical  Properties  of  Grey  Cast  Iron
Lathe  Bed,” Int.  J.  Adv.  Sci.  Res.  Eng. ,  vol.
2, no. 7, pp. 1–7, 2016.
[12] S. Talapatra, G. Kibria, A. M. M. N. Ahsan, and  T.  Bhowmick,  “MIE12-043  Effect  of Flame  Hardening  on  High  Carbon  Steel
Forging,” pp. 1–4, 2013.