## INFOMATEK
Volume 20 Nomor 1 Juni 2018

## PENGARUH PERBEDAAN KOMPOSISI MANGAN PADA KOMPONEN JAW PLATE TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO
Aa Santosa, Muhamad Jimi *)
Program Teknik Mesin Fakultas Teknik – Universitas Singaperbangsa Karawang
Abstrak : Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh perbedaan komposisi Mangan pada komponen Jaw Plate terhadap  Kekerasan  dan  struktur  mikro.  Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  sifat  mekanik  dari  baja Mangan Austenitik meliputi pengujian kekerasan skala Rockwell C yang bertujuan untuk mengetahui kekerasan dan pengujian impak untuk mengetahui ketangguhan material tersebut. Metoda pengujian impak yang dilakukan adalah  metode charpy .  Dari  hasil  penelitian  diperoleh  kondisi  as  cast,  penambahan  Mn  akan  menaikan  harga kekerasan  dan  menaikan  harga  impak.  Begitu  pula  pada  kondisi  setelah  dilakukan  proses heat  treatment . Dilakukan proses metalograpy untuk melihat perubahan fasa pada struktur mikro as cast dan setelah dilakukan proses heat  treatment ,  struktur  mikro  yang  terjadi  pada  baja  Mangan  Austenitik  adalah  karbida  komplek, α+(FeMn) 3 C.
Kata kunci: baja Mangan Austenitik, ketangguhan, kekerasan
I. PENDAHULUAN 1
Jaw  crusher diperkenalkan  oleh  Blake  dan Dodge,  dan  beroperasi  dengan  menerapkan penghancur bertekanan. Jaw crusher merupakan salah satu peralatan pemecah batu yang  paling  terkenal  di  dunia. Jaw  crusher sangat  ideal  dan  sesuai  untuk  melakukan proses penghancuran batu pada tahap pertama dan tahap kedua.
Dalam  pengolahan  mineral  pertambangan, jaw crusher dapat  digunakan  untuk  pengolahan
*) aa_santosa72@yahoo.com
Pertama diterima : 18 Februari 2018 Direvisi : 30 April 2018 Disetujui untuk publikasi: 2 Mei 2018
menghancurkan  bauksit,  bijih  tembaga,  bijih emas,  bijih  besi,  bijih  timah,  mangan,  bijih perak,  bijih  seng,  alunite,  aragonit,  arsenik, aspal,  ball  clay,  barit,  basal,  bentonit,  kokas, beton,  dolomit,  feldspar,  granit,  kerikil,  gipsum, kaolin, batu kapur, marmer, kuarsa, pasir silika, dan lain-lain (ASM Handbook, 2005 [1]).
Untuk  mendukung  pengoperasiannya, jaw
crusher membutuhkan komponen yang
berkelanjutan supaya mesin bisa terus beroperasi,  dimana  komponen  tersebut  adalah Jaw  plate bagian  yang  berinteraksi  langsung dengan  objek  yang  akan  diolah  (dihancurkan). Jaw Plate adalah salah satu bagian komponen
dari  mesin Jaw  crusher yang  berfungsi  untuk menghancurkan  batu-batu  yang  terdapat  di daerah pertambangan. Penggunaan komponen tersebut  disyaratkan  harus  dapat  menekan beban  yang  berat.  Karena  penggunaan  yang berat, maka komponen ini merupakan komponen  yang  penting  pada  saat  mesin jaw crusher dioperasikan  (dijalankan).  Dibutuhkan sifat mekanik seperti tahan aus, sehingga pada waktu  proses  pemakaiannya  memiliki  sifat kekuatan yang tinggi, karena beban pemakaian yang  cukup  berat  (ASTM,  2004  [2]).  Secara teknologi material, komponen ini menggunakan baja  tahan  aus  dimana  penguasaan  teknologi di dalam negeri masih kurang. Secara teknologi proses, karena bentuk komponen ini yang rumit dan terbuat dari baja paduan maka dibutuhkan teknologi  proses  yang  tepat  seperti  desain pengecoran, pemilihan cetakan, pemaduan dan proses peleburan serta proses perlakuan panas ( heat  treatment )  untuk  dapat  menghasilkan produk dengan standar yang disyaratkan.
Pembuatan jaw  plate dilakukan  dengan menggunakan teknik  pengecoran  ( gravity casting ) dimana teknik pengecoran ini menggunakan  cetakan  pasir  sebagai  wadah pembuatan jaw  plate ,  proses  dimulai  dengan cara  pembuatan  pola  awal jaw  plate dengan menggunakan  kayu,  selanjutnya  dari  pola tersebut  dibuat  cetakan jaw  plate dari  pasir (Amanto, 1999 [3]).
Diharapkan hasil penelitian ini dapat memperoleh teknologi material maupun teknologi proses untuk menghasilkan Jaw plate
dengan kualitas yang baik, sekaligus mendapatkan  teknologi  proses  yang  dapat diterapkan  di  dalam  negeri  serta  memiliki  nilai ekonomis  yang  baik.  Pada  akhirnya  akan berdampak  terhadap  kemandirian  serta  dapat meningkatkan pertumbuhan industri nasional.

## III. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  mengenai  pengaruh  perbedaan komposisi  Mangan  pada  komponen Jaw  Plate terhadap  kekerasan  dan  strurktur  mikro dilakukan berdasarkan praktek yang dilaksanakan  di  MIDC  Jln.  Sangkuriang  No.12 Bandung,  bagian  pengecoran.  Dari  hasil penelitian diharapkan dapat diketahui pengaruh prosentase  Mangan  terhadap  kekerasan  dan struktur  mikro.  Alur  penelitian  selengkapnya mengikuti diagram alir di pada Gambar 1.
Gambar 1
Diagram alir Proses Penelitian dan Pengujian Jaw Plate
1. Pemotongan sampel uji
Pemotongan  sampel  uji  dilakukan  dengan menggunakan  gergaji  mesin,  dari  setiap masing-masing  komposisi  dipotong  menjadi dua  bagian,  dan  dari  dua  bagian  tersebut  di potong  kembali  untuk  mendapatkan  ukuran sampel  yang lebih kecil, dari ketiga komposisi yang  dipotong  maka  didapatkan  6  sampel untuk pengujian.

## Gambar 2 Pemotongan sampel yang sudah dimounting
2. Perlakuan Panas
Setelah  proses  pemotongan  untuk  keperluan pengujian,  sampel  selanjutnya  masuk  ke proses  Perlakuan  Panas,  dari  6  sampel  yang tersedia  hanya  3  sampel  yang  mendapat proses  perlakuan  panas,  3  sampel  tersebut mewakili  dari  setiap  komposisi  yang  ada. Ketiga  sampel  uji  diberi  perlakuan  panas dengan  metode  Austenisasi  sampai  pada suhu  920 o C  dan holding time atau  ditahan selama  1  jam  pada  suhu  dalam  tungku, setelah  ditahan  selama  1  jam  kemudian dilakukan pendinginan atau quenching dengan
metode  pendinginan  cepat  (d irect  quenching ) dengan menggunakan media pendingin air.
3. Pengujian kekerasan
Uji  kekerasan  dilakukan  pada  sampel  awal, sampel yang telah mendapat perlakuan panas dan  kedua  sampel  yang  tidak  mendapat perlakuan  panas.  Dalam  pengujian  kekerasan pada penelitian ini metode uji kekerasan yang dilakukan  adalah  uji  kekerasan  Rockwell. Untuk  pengujian  dengan  metode  Rockwell dipakai standar Rockwell C, yaitu
menggunakan  indentor  kerucut  intan  dan beban  150  kg.  Setiap  spesimen  diuji  keras sebanyak 5 kali dan diambil rata-ratanya, lama waktu indentsi adalah 2 detik untuk selanjutnya  dilakuka  pengujian  struktur  mikro, pengujian  kompisisi,  pengujian  impak  sesuai standar yang berlaku di MIDC.

## III. ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Telah  dilaksanakan  pengujian  terhadap jaw plate yang  ditunjukan  pada  tabel  dan  gambar berikut.
Tabel 1
Komposisi Kimia Jaw Plate Ascast 1 Jaw plate Ascast 1 Komposisi Kimia C Si Mn P S
Cr Cu 1,7 1,1 8,6 0,04 <0,002 3,5 0,1 Tabel 2
Komposisi Kimia Jaw Plate Ascast 2 Jaw plate Ascast 2 Komposisi Kimia C Si Mn P S
Cr Cu 1,7 0,7 11 0,04 <0,002 1,7 0,1
Tabel 3 Komposisi Kimia Jaw Plate Ascast 1
Jaw plate Ascast 3
Komposisi Kimia
C Si Mn P S Cr Cu
1,0 0,6 13 0,04 <0,002 0,3 <0,001
Setelah  dilakukan  pengujian  komposisi  maka dilakukan  pengujian  kekerasan  terhadap Jaw Plate.
Gambar 3 Data pengujian Rockwell jaw plate ascast
Gambar 4 Data pengujian Rockwell Jaw plate Heat Treatment
Terlihat  proses  laku  panas  pada  proses hardening dengan  mendinginkan  cepat  selain berpengaruh  terhadap  komposisi  dan  struktur mikro juga berpengaruh terhadap nilai
kekerasan.  Semakin  cepat  laju  pendinginan semakin banyak pula terbentuk martensit.
Spesimen yang tanpa mendapatkan perlakuan hardening memiliki kekerasan rendah. Struktur kristal ferrit yang dominan menjadikan rendahnya  nilai  kekerasan  pada  spesimen. Namun  jumlah  terbentuknya  Fe 4 Mn 5 yang berstruktur FCC serta  karbida mangan (FeMn) 3 C  menumbangkan  nilai  kekerasan pada  baja  mangan  yang  tanpa  diberi perlakuan hardening .  Sehingga  nilai  yang dicapai  hampir  sama  atau  masih  kurang signifikan  jika  dibandingkan  dengan  yang mendapatkan perlakuan panas berupa hardening .  Pada  spesimen  yang  diberikan perlakuan  panas  berupa hardening dengan didinginkan  cepat  memiliki  nilai  yang  lebih tinggi  jika  dibandingkan  spesimen  baja mangan tanpa mendapatkan perlakuan. Unsur martensit berperan penting dalam meningkatkan nilai kekerasan. Adanya
tegangan akibat dari karbon yang terperangkap  ke  dalam  struktur  kristal  BCT. Martensit  merupakan  larutan  padat  lewat jenuh ini adalah struktur yang metastabil.
Selama  pendinginan,  terjadi  perpindahan panas  spesimen  dengan  media  pendingin. Kontak  antara  media  pendingin  dengan spesimen mengakibatkan perubahan temperatur  yang  relatif  cepat  dan  berbeda- beda.  Semakin  cepat  laju  pendinginan  yang
0 20 40 60 0 5 10 15 K e ker asan, H R C % Mangan 0 10 20 30 40 50 0 5 10 15 K e ke rasan , HRC % Mangan
terjadi  maka  akan  semakin  tinggi  nilai kekerasan yang diproleh oleh baja.
Proses selanjutnya dilakukan pengujian impak terhadap jaw plate yang ditunjukan pada grafik berikut.
Gambar 5
Grafik Harga Impak Terhadap % Mangan, as cast
Gambar 6
Grafik Harga Impak Terhadap % Mangan, Heat Treatment
Harga  impak  lebih  tinggi  dibandingkan  j aw plate yang tidak mengalami heat treatment.
Baja  mangan  termasuk  dalam  katagori  baja mangan  austenitic,  baja  dengan  kandungan Mn  (mangan)  yang  tinggi  dengan  kandungan
Carbon  antara  0,8-1,25%  C  serta  nilai kekerasan as cast 15,6 sampai 45,44 HRC.
Gambar 7 Struktur Mikro Jaw Plat ascast Mn 8.6 %, pembesaran
200x Gambar 8
Struktur Mikro Jaw Plate ascast Mn 11 %, pembesaran
200x Gambar 9 Struktur Mikro Jaw Plate ascast Mn 13.5 %, pembesaran 200x
Dengan  struktur  fasa  austenite  yang  stabil hingga  temperatur  kamar.  Baja  mangan 0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 H ar ga Im p ak % Mangan -5 0 5 10 15 0 5 10 15 H ar ga Im p ak % Mangan
memiliki
kekerasan, kekuatan
dan ketangguhan, keuletan dan ketahanan terhadap  aus  yang  tinggi.  Baja  mangan berbeda  dari  baja  lain  yang  mendapatkan pengerasan  permukaan  dengan  kedalaman kekerasan tetap seperti nitriding dan carburizing .  Kekerasan  yang  dimiliki    baja mangan terdapat keuletan yang tinggi didalamnya.  Sehingga  dapat  dikatakan  baja mangan  memiliki  ketangguhan  yang  tinggi. Perlakuan panas diberikan untuk mendapatkan  nilai  kekerasan  tertentu  pada baja  mangan.  Perlakuan  panas  dengan didinginkan cepat menggunakan media pendingin  air  memberikan  nilai  kekerasan yang tinggi. Dengan demikian memperpanjang usia  pemakaian  pada  baja  mangan  tersebut. Salah  satu  metode  perlakuan  panas  yang dilakukan dalam penelitian ini untuk meningkatkan nilai kekerasan suatu baja yaitu dengan melakukan quenching , yaitu perlakuan panas  dengan  cara  memanaskan  baja  pada temperatur austenisasinya kemudian didinginkan dengan cepat.
Gambar 10 Struktur Mikro Jaw Plate Heat Treatment Mn 8.6 %, pembesaran 200x
Gambar 10 Struktur Mikro Jaw Plate Heat Treatment Mn 11 %, pembesaran 200x
Gambar 11 Struktur Mikro Jaw Plate Heat Treatment Mn 13.5 %, pembesaran 200x
Perbedaan  jumlah  martensit  yang  terbentuk berbeda  seiring  kecepatan  laju  pendinginnya. Semakin cepat laju pendinginan maka semakin  cepat  pula  martensit  yang  terbentuk pada  pendinginan  setelah  pemanasan  950  C. Perbandingan nampak
kontras pada pendinginan air dengan pendinginan oli. Pada pendinginan air martensit yang terbentuk 90% sedangkan  pada  pendinginan  oli  martensit
hanya  terbentuk  40%  lebih  sedikit  jika dibandingkan dengan pendinginan air.
Waktu  pendinginan  yang  lebih  lambat,  pada pendinginan  oli  mengakibatkan  austenit  tidak seluruhnya  bertransformasi  menjadi  martensit (Gambar  12).  austensit  sisa  memiliki  waktu untuk untuk bertransformasi menjadi ferrit dan austensit.  Austensit  yang  terbentuk  stagnan tetap menjadi gamma (FCC) terbentuk karena setelah  dipanaskan  hingga  temperatur  950  C kemudian  didinginkan  hingga  temperatur kamar  unsur  mangan  yang  tinggi  pada  baja hadfield  berikatan  dengan  Besi  Fe  dan  O sehingga  terbentuk  Fe 4 MnO 5 dengan  struktur kristal FCC (gamma) austensit.
Gambar 12
Hasil foto Jaw Plate ascast Mn 8,6 %
Gambar 13 Hasil foto SEM jaw plate ascast Mn 11 %
Gambar 14
Hasil foto SEM jaw plate ascast Mn 13.5 %
Gambar 15
Hasil foto SEM jaw plate Heat Treatment Mn 8.6 %
Gambar 16 Hasil foto SEM jaw plate Heat Treatment Mn 11 %
Gambar 17 Hasil foto SEM jaw plate Heat Treatment Mn 13.5 %

## IV. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian  yang dilakukan baik pada material as cast maupun maaterial yang sudah mengalami  proses  heat  treatmen,  dapat disimpulkan sebagai berikut:
1.  Material yang digunakan untuk membuat Jaw  plate adalah  Baja mangan austenitik
2.  Sifat  mekanik  yang  diperlukan  untuk
jaw  plate adalah  selain  kekerasan
juga  harus  memiliki  sifat  mekanik ketangguhan yang baik karena proses kerja  dari  Jaw  plate  selain  mengalami gesekan  dengan  benda  keras  juga mengalami  benturan-benturan  secara tiba-tiba.
3.  Dilihat  dari  hasil  pengujian  terhadap material  jaw  plate  terjadi  perubahan harga  impak  dengan  bertambahnya prosentase Mangan.
4.  Struktur  mikro  yang  terjadi  pada  Baja Mangan  adalah  Karbida  Komplek,
α+Fe(Mn) 3 C
5.  Penambahan  unsur  Mangan  dalam
Baja  dapat  menaikan  kuat  tarik, sehingga  Baja  mempunyai  sifat  kuat dan tangguh.

## V. DAFTAR PUSTAKA
[1] ASM Handbook. 2005. Volume 1, Propertties  and  Selection  :  Iron  Steels  and High Performance Alloys. ASM
International
[2] ASTM  E  10-01.  2004.  Standart  Test Method  for  Brinell  Hardness  of  Metallic Materials ASTM International
[3] Amanto,  Hari.  1999.  Ilmu  Bahan.  Bumi Aksara, Jakarta
[4] Amstead, BH.1997. Teknologi Mekanik jilid 1. Erlangga, Jakarta