## ANALISIS PENINGKATAN KEKERASAN BAJA  AMUTIT MENGUNAKAN MEDIA PENDINGIN DROMUS
Karmin 1) , Muchtar Ginting 2)
1) 2) Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya Jl. Srijaya Negara Bukit Besar Palembang 30139

## Abstrak
Baja  amutit  adalah  salah  satu  jenis  baja  yang  identik  dengan  AISI  O1, mempunyai  kekerasannya  18,7  HRc  dan  kekuatan  tarik  677  N/mm 2 .  Baja  ini dapat ditingkatkan  kekerasannya  melalui  proses quenching  dengan  oli  sehingga memungkinkan  digunakan  untuk  keperluan  industri  sebagai  baja  perkakas pengerjaan  dingin  seperti  dies,  punch,serta  keperluan  lain.  Hardening  dan tempering  adalah  salah  suatu  proses  yang  digunakan  untuk  mengubah  sifat mekanik  baja.  Pada  penelitian  ini  proses  hardening,  baja  dipanaskan  hingga temperatur  800 o C  kemudian  didinginkan  cepat  menggunakan  media  pendingin emulsi  (dromus  oil  dengan  air)  sebagai  pengganti  oli,  proses  ini  menghasilkan baja yang sangat keras dan getas.
Baja  kemudian  dipanaskan  kembali  pada  temperatur  200 o C  dan  ditahan selama  satu  jam  dan  didinginkan  perlahan-lahan  dalam  dapur,  proses  ini dinamakan tempering. Dengan memanaskan kembali baja maka akan didapatkan baja  yang  kekerasan  dan  kekuatan  tariknya    sedikit  lebih  rendah  tetapi keuletannya  lebih  baik.  Hasil  penelitian  pengerasan  baja  amutit  menggunakan media  pendingin  dengan  variasi  rasio  campuran  dromus  oil  dengan  air,  setelah ditempering  pengingkatan  kekerasan  tertinggi  adalah  63,08  HRc,  diperoleh dengan  menggunakan  emulsi  dromus  oil  dengan  air  rasio  1:30  sedangkan menggunakan oli sebagai media quenching dihasilkan kekerasan 58 HRc.
Kata kunci : Quenching , tempering dan sifat mekanis baja amutit

## Abstact
Amutit steel is one type of steel that is identical to AISI O1, has a hardness of  HRC  18.7  and  tensile  strength  of  677  N/mm 2 .  This  steel  can  be  improved hardness  through  the  process  of  quenching  with  oil  making  it  possible  for industrial use as a cold work tool steels such as dies, punch, and other purposes. Hardening and tempering is a process used to alter the mechanical properties of steel. In this study the process of hardening, the steel is heated to a temperature of 800 o C and then rapidly cooled using a cooling medium of emulsion (oil dromus with  water)  as  a  replacement  for  oil,  this  process  produces  steel  very  hard  and brittle.
Steel  is  then  heated  again  at  a  temperature  of  200 o C  and  held  for  one hour  and  cooled  slowly  in  the  kitchen,  this  process  is  called  tempering.  By reheating the steel it will get the steel hardness and strength but its appeal slightly lower tenacity better. The results amutit hardening of steel using a variation of the ratio  of  the  cooling  medium  dromus  mix  oil  with  water,  after  ditempering pengingkatan  highest  hardness  is  HRC  63.08,  obtained  using  dromus  oil emulsion with water ratio of 1:30 while using oil as the quenching media produce 58 HRc hardness.
Key words : Quenching, tempering, mechanical properties of amutit steels.

## 1. PENDAHULUAN
Pada kegiatan manufaktur yang berkaitan dengan proses pembuatan/ membentuk  produk  berbahan  logam  besi
maupun logam non besi, sering membutuhkan peralatan seperti alat potong, punch , dies dan  peralatan jenis lainya. Alat potong, punch dan dies tersebut  tentunya harus  lebih  keras  dari  logam  yang  akan
dipotong. Disamping itu sering pula beragam  bentuk/  geometri,  ukuran  dan  sifat yang  harus  dipenuhi  terhadap  produk  yang dipesan,  misalnya  produk  tersebut  harus memenuhi  kekerasan  tertentu,  sehingga diperlukan upaya untuk membuatnya dengan mudah dan murah biayanya.
Untuk  memperoleh  material  dengan bentuk/ geometri tertentu dengan kekerasan yang  tinggi,  mungkin  dapat  kita  peroleh dengan  cara;  pengecoran  atau  metalurgi serbuk  dengan  mengatur  komposisi  dan unsur-unsurnya,  hal  ini  akan  efisien  bila dilakukan  dalam  jumlah  yang  banyak  tapi tidak  efisien  untuk  pembuatan  produk terbatas.  Suatu  langkah  yang  mungkin dapat  kita  lakukan  adalah  memilih  bahan yang kondisinya lebih lunak untuk memudahkan permesinannya/ membentuknya  baru  kemudian  dikeraskan. Material  Baja  amutit  K-460/  AISI  O1  adalah salah satu matrial yang mempunyai kekerasan yang  sedang  dan  mampu dibentuk dengan mesin namun kekerasanya dapat ditingkatkan melalui proses perlakukan  panas  sehingga  baja  amutit dapat  dijadikan  sebagai  alat  pemotong logam, punch and  dies , atau komponen lain dengan geometri dan kekerasan tertentu.
Peningkatan  kekerasan    dengan  cara quenching ( pendinginan cepat ) yang sudah cukup lama dikenal dalam teknologi material akan diterapkan untuk memproses peningkatan  kekerasan  baja  amutit.  Proses pengerasan yang dimaksudkan tentu tidaklah    mudah,  untuk  mencapai  hasil kekerasan yang optimal dan tidak mengalami  cacat  maka  perlu  melakukan tindakan  yang  tepat.  Penelitian  terhadap baja  amutit  K-460  ini  merupakan  upaya menerapkan  ilmu  dasar  perlakuan  panas sebagai  landasan  meningkatkan  kekerasan menggunakan  media  pendingin  emulsi  (  air dan dromus oil ) serta mempelajari efek lain dari  penggunaan  media  emulsi  ini.  Dengan mempertimbangkan  sifat  kelarutan dromus oil yang  mempunyai  kelarutan  tingkat  tinggi terhadap  air  sehingga  dapat  diemulsikan dengan rasio air / minyak drumus, biasanya 20:1 sampai 40:1 dengan demikian memungkinkan dimanfaatkan sebagai pendinginan pada pengerasan baja.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Baja Amutit
Baja  amutit  termasuk  pada  baja paduan  yang  setara  dengan  standar  DIN
100Mn  Cr  W4;  AISI  O1;  JIS  SKS  3  yang mempunyai  komposisi  unsurnya;  C:  0,95%, Mn:  1,1%,  Cr:  0,5%,  V:  0,12%,    W:  0,55%,  Si: 0,3%. (7)

## 2.2 Sifat Mekanik Baja
Sifat mekanik material yaitu sifat yang berkaitan  dengan  kemampuan  material untuk  mempertahankan  diri  dari  gaya-gaya luar yang mempengaruhinya. Yang tergolong  pada  sifat  mekanik  ini  adalah kekuatan, kekakuan, kekerasan, kerapuhan, elastisitas,  keuletan  dan  mulur  ( creep ). Namun  pada  baja  yang  dikeraskan,  sifat yang paling dipertimbangkan adalah kekerasan, dan sifat kerapuhan ( Brittleness ).
2.3 Kekerasan (Hardness)
Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan  suatu  material  (benda  kerja) terhadap  penetrasi/daya  tembus  dari  bahan lain  yang  kebih  keras  (penetrator).  Untuk mengetahui  kekerasan  material,  banyak sekali  metoda  yang  dapat  diterapkan tergantung  pada  material  apa  yang  akan diuji.  Terdapat  tiga  jenis  umum  mengenai ukuran  kekerasan  yang  mana  tergantung pada cara melakukan pengujian yaitu :
1.  Kekerasan goresan ( scratch hardness ). 2.  Kekerasan lekukan ( identation hardness ).
3.  Kekerasan pantulan ( reboun ) atau kekerasan dinamik ( dynamic hardness ).

## 2.4 Kerapuhan (Brittleness)
Kerapuhan  merupakan  suatu  ukuran kemampuan material untuk menyerap energi akibat  beban  kejut  ( impact ).  Untuk mengetahui  sifat  ini  dilakukan  melalui pengujian pukul takik.
 Energi yang diserap benda uji (4)
E = M (Cos θ s - Cos θ f – L) (1)
Dimana :
M  = Momen  pendulum  terhadap  sumbu rotasi,(kg f. m)
Θ f = Sudut akhir pendulum ( o ) Θ s = Sudut awal pendulum ( o )
L   = Energi  yang  hilang  karena      gesekan (joule)
 Ekspansi lateral
EL = a – b                           (2)
Dimana : a = Panjang penampang patahan (mm). b = Panjang penampang awal (mm).
2.5 Perlakuan Panas
Perlakuan  panas  atau heat-treatment dapat  didifinisikan  suatu  kombinasi  proses pemanasan dan pendinginan logam/ paduanya    dalam  keadaan  padat  secara terkontrol yang bertujuan mengubah sifatnya.
Tujuannya  adalah  mempersiapkan material  logam  sebagai  produk  setengah jadi  agar  layak  diproses  lanjut  untuk meningkatkan  umur  pakai  material  logam sebagai  produk  jadi.  Pertimbangan  lain, dengan  biaya  perlakuan  panas  yang  relatif rendah diperoleh umur pemakaiann komponen  akan  lebih  lama.  Secara  umum, proses  perlakuan  panas  adalah  sebagai berikut :
 Memanaskan  logam/ paduannya sampai pada suhu
tertentu,
( Heating- temperature ).
 Mempertahankan pada suhu pemanasan tesebut  dalam  waktu  tertentu,  ( Holding time ).
 Mendinginkan    dengan  media  pendingin dan laju tertentu.
Skema  pada  proses  ini  secara sederhana    dapat  digambarkan  melalui diagram  temperatur  versus  waktu  seperti gambar  1.

## 2.6 Dromus Oil
Dromus oil merupakan minyak mineral  hasil  penyulingan  dan  aditip  yang diskripsi  komposisi  dan  sifat  kimianya seperti  tabel  1. Dromus  Oil memberikan pendinginan  yang  sangat  baik,  pelumasan dan  perlindungan  karat  digunakan  dalam berbagai pengerolan dan pengerjaan mesin. Dromus  oil mempunyai  kelarutan  tingkat tinggi terhadap air sehingga dapat diemulsikan dengan rasio air/minyak
drumus, biasanya 20:1 sampai  40:1 dengan demikian memungkinkan dimanfaatkan sebagai pendinginan pada pengerasan baja.
Gambar 1:  Diagram Prinsif Perlakuan Panas
Tabel 1.  Komposisi dan Sifat Kimia Dromus Oil
No Komposisi Chemical properties Name Proportion Initial boiling point :> 100 0 C 1 Sodium sulphonate 1-4.9  % Flash  point :> 100 0 C 2 Polyolefin ether 1-3     % Auto-Ignetion temperature : above 320 0 C 3 Alkyl amide 1-3     % Density  : 930 kg/m 3 at 15 0 C 4 Long chain alkenyl amide borate 1-2.4  % Kinematic viscositty  400 mm 2 /sec

## 3. PROSEDUR DAN METODOLOGI PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  terdapat  beberapa tahapan  pelaksanaan,  antara  lain  :  studi literatur,  merancang  dan  membuat  bahan yang  akan  diteliti,  proses  perlakuan  panas serta pengujian-pengujian seperti ditunjukan pada  diagram  alur  prosedur  penelitian gambar 2.
Penelitian  yang  akan  dilakukan  yaitu dengan cara eksperimen, pengujian- pengujian,  pendekatan  pendekatan  teoritik serta analisa
komperatif. Dengan eksperimen  dan  pendekatan  analisa  secara komperatif,  permasalahan  akan  lebih  tepat, sederhana  dan  cepat  untuk  mengetahui perkembangan  dari  permasalahan  yang diteliti  dibanding  denga  metoda  lain.  Hasil yang diperoleh dengan eksperimen dibandingkan dengan material awal sebelum
Waktu S u h u
dikeraskan  dan  juga  dari  variasi  perlakuan proses pengerasan. Dari  hasil  penelitian  ini  diharapkan mendapatkan temuan yang bermanfaat atas pengaruh media pendingin
pada pengerasan  baja  menggunakan  air  + dromus oil .
Gambar 2:  Diagram Alir Penelitian

## 3.1   Pembuatan Spesimen.
Material amutit dilakukan pemotongan dan  dibentuk  untuk  spesimen  uji  impak sebanyak  30  batang,  yang  dimensinya mengacu  pada  standard  ASTM  A23  type  A ( cha  Charpy  V-notch ).  Panjang  55  mm, penampang  10mm  x  10  mm,  kedalaman notch  2mm,  sudut  notch  45 o pada  radius 0,25 mm (4)

## 3.2 Karakterisasi
Tujuan  karakterisasi  ini  adalah  untuk memperoleh  gambaran  karakter  awal  baja amutit    yang  diproduksi  dari  pabrik  baja meliputi terutama uji kekerasan.
3.3   Perlakuan Panas Pelaksanaan perlakuan panas,
material  dipanaskan  menggunakan  tungku pemanas ( Muffle Furnace ) . Panas diperoleh menggunakan  energi  listrik  yang  dialirkan kedalam  dapur  yang  bagian  dalamnya dilapisi  dengan  batu  tahan  api.  Tungku  ini mampu beroperasi hingga temperatur 1200 o C  dan  dapat  diatur  peningkatan tempratur  secara  bertahap  dengan  interval waktu tertentu.  Material yang telah dibentuk sesuai dengan kebutuhan, dilakukan
perlakuan  panas  dimana  variabel  yang ditetapkan dalam eksperimen sebagai berikut .
 Untuk proses pengerasan spesimen :
a)  Temperatur austenisasi 800 o C dengan waktu tahan 40 menit. b)  Pencapaian suhu autenisasi dilakukan  dilakukan  secara  bertahap
PERSIAPAN:
- Studi Literatur - Survey ( tempat perlakuan panas dan pengujian ), pembelian dan membentuk  material eksperimen
PENGUJIAN:
- KEKERASAN MATERIAL

## EKSPERIMEN
PEMANASAN MATERIAL ( AUSTENISASI  800 0 C )
QUENCHING Air + Dromus (10/1) QUENCHING Air + Dromus (20/1) QUENCHING Air + Dromus (30/1)
TEMPERING Temperatur  200 o C
PENGUJIAN: - KEKERASAN - IMPAK DATA PEMBAHASAN
dengan  pemrogram  yang  tersedia pada alat .
c)  Media pendingin adalah, air + drumus (perbandingan  :  10  liter  air  per  1  liter dromus,  20  liter  air  per  1  liter  drumos dan  30  liter  air  per  1  liter  dromus). Volume media pendingin dibuat dengan  ukuran  yang  sama  yaitu masing masing sebanyak  15 liter.
 Untuk proses tempering spesimen. Tempering  dilakukan  pada  temperatur 200 o C dengan waktu penahanan selama
60  menit,  kemudian  didinginkan  dalam dapur.

## 3.4   Uji Kekerasan
Pengujian  kekerasan  menggunakan metode  Rockwell  yang  mengacu  pada standard  ASTM,  karena  untuk  menguji  baja yang  dikeraskan    apalikasi  pengujiannya menggunakan  metoda  Rockwell    skala  C dengan  beban  Major  150  kg.  Alat  Uji  yang digunakan adalah Rockwell Hardness Tester HR-150 A.

## 3.5 Uji Impak
Pengujian  ini  dimaksudkan  untuk mengetahui  sifat  rapuh  dari  masing-masing hasil  proses  dengan  media  pendingin  yang berbeda. Pengujian dilakukan dengan Charpy  impact  testing  machine Merk HUNGTA pada
temperatur
kamar.
Pengujian dilakukan terhadap 3 buah benda uji  dari  masing-masing  perlakuan  yang sebelumya  telah  dibentuk  sesuai  dengan
standar  ASTM  A23,  spesimen  uji  impak Type A. Prosedur Pengujian ;
1.  Menempatkan  benda  uji  sehingga  posisi takikan terletak di tengah-tengah penahan. 2.  Mencatat temperatur ruang uji (temperatur ruangan uji : 23  5 o C).
3.  Melakukan pengujian masing-masing perlakuan 3 buah benda uji.
4 .

## PEMBAHASAN DAN ANALISA
4.1 Perbandingan Kekerasan Baja amutit. Hasil  pengujian  kekerasan  ,dapat dibandingkan antara material sebelum dikeraskan  maupun  setelah  dikeraskan dengan  berbagai  media  pendingin  drumus dengan  perbandingan  tertentu.  Grafik  pada gambar  3  menunjukan  bahwa  baja  amutit bila dilakukan proses pengerasan,
kekerasanya dapat meningkat cukup
signifikan yaitu dari rata-rata 17,5 HRc dapat mencapai  65  HRc  lebih.  Namun  demikian bila  dibandingkan  dari  ketiga  perlakuan dengan  media  pendingin  emulsi  dromus, kekerasan  yang  dicapai  tidak  begitu  jauh, kekerasan  tertinggi  (63,91  HRc)  diperoleh dengan  menggunakan  media  pendingin dromus rasio 1:30. Artinya emulsi dromus oil dengan air mempunyai efek untuk meningkatkan kekerasan.
Gambar 3:  Perbedaan Kekerasan Baja Amutit Hasil Quenching dengan Quenc-Tempering
4.2 Perbandingan Kekuatan Impak Baja Amutit.
Gambar  4  memperlihatkan  kekuatan impak  rata-rata  hasil    pengujian  Impak masing-masing  perlakuan.  Kekuatan  impak sangat  rendah  ini  mengisyaratkan  material hasil  proses  perlakuan  panas  tersebut mempunyai sifat yang rapuh. Diantara ketiga
perlakuan  menggunakan  media  pendingin, yang  paling  rapuh/  getas  adalah  hasil pendinginan  dengan  dromus  1:30  (untuk yang  belum  ditemper).  Peristiwa  ini  dapat dimaklumi  karena  selama  proses  tempering terjadi perubahan struktur mikro dan penurunan  tegangan  dalam    ( internal stress ).
Gambar 4:    Hubungan  Kuat  Impak  Terhadap  Media  Pendinginan  Setelah  Dikeraskan    dan Ditempering

## 5. KESIMPULAN
Dari  hasil  proses  quenching  baja amutit menggunakan media pendingin emulsi  minyak  dromus  dengan  air  yang rasionya  1:  10,  1;  20  dan  1:  30,  setelah melalui  pengujian-pengujian  dan  analisanya maka dapat diambil beberapa kesimpulan :
1. Penggunaan medium quenching emulsi minyak  dromus  dengan  air  mempunyai pengaruh yang berbeda- beda terhadap sifat  mekanik  baja  amutit,  makin banyak  menambahkan  volume  air kedalam  minyak  dromus  cendrung meningkatkan kekerasan dan kekuatan. Hasil  pengujian  dengan  variasi  rasio emulsi diperoleh :
 Dengan rasio emulsi 1/10, diperoleh kekerasan 62.08 HRc,
 Dengan rasio emulsi 1/20, diperoleh kekerasan 62,42 HRc,
 Dengan rasio emulsi 1/30, diperoleh kekerasan 63.08 HRc,
2. Hasil  yang diperoleh melalui quenching dengan  emulsi  dromus  dan  air    yang dilanjutkan  tempering,  nilai  kekerasan tertinggi  63,08  HR c diperoleh  dengan menggunakan  emulsi  dromus  dengan air  rasio  1:30.  Melihat  dari  kenyataaan ini,  prosentase  campuran  yang  paling
dominan  peningkatan  kekerasan  yaitu menggunakan  media  emulsi  dengan rasio  1  bagian dromus  oil dengan  30 bagian air.
3.  Efek  yang  tidak  menguntungkan  dari ketiga medium pendingin dengan perbedaan  rasio  tersebut  masing- masing  memberikan  efek  retak  dan distorsi  terutama  bila  diterapkan  pada material dengan geometri yang memberi peluang untuk terkosentrasinya tegangan selama
pendinginan.  Dengan  demikian  bila ingin  menggunakan  media quenching ini, geometri material perlu dipertimbangkan supaya bentuknya simetris.
4.  Hasil  proses  pengerasan  baja  amutit ini, jika dibandingkan dengan kekerasan  pahat  bubut  HSS  produk cina  (  ±  57  HRc  ),    pahat  bubut  merk Bohler  Mo  Rapid  Extra    kekerasannya 58-61 HRc, dengan demikian produk ini memungkinkan  untuk  dipakai  sebagai pahat  bubut  alternatif  pengganti  pahat bubut  HSS  produk  cina,  hanya  saja masih  perlu  diteliti  masalah  perbedaan ketangguhannya.
DAFTAR PUSTAKA
1.  Barney  E,  Klamechi,  2003  Material  and Processes in Manufacturing, Ninth
Edition John Wiley & Sons, Inc.
2.  Cherly  R  Books,  1996,  Principles  of  the Heat  Treatment  of  Plain  Carbon  and Low  Alloy    Steels,  First  printing  ASM International.
3.  Daniel A.Brandt, 1985, Metallurgy Fundamentals.  The  Goodheart-Willcox Company,Inc. Publisher.
4.  John  R.Newby,1992,  ASM  Handbook, Volume  8  Mechanical  Testing,  ASM international,  Printed  in  the  United States of America.
5.  Suherman,W,1997, Prinsip-prinsip Perlakuan Panas, ITS, Surabaya.
6.  Totten,GE,  BatesCE,Clinton,NA,  Hand Book  of  Quenchant  and  Quenching Technology,  ASM  International  ,USA, 1993,
7.  .............Bohler  K460,  Kaltar  beiits  stahl cold working tool steel,  internet.
8.  .............internet, Daril Modified
11/30/209, 10:38 AM

## RIWAYAT PENULIS
Karmin ,  lahir  di  Muara  Telang  Muara Enim  tanggal  12  Juli  1959.  Menyelesaikan pendidikan  S2  di  Universitas  Pancasila Jakarta  pada  tahun  2010.  Bekerja  sebagai sebagai  Staf  Pengajar  di  Jurusan  Teknik Mesin  Politeknik  Negeri  Sriwijaya  sampai dengan sekarang.
M.  Ginting ,  lahir  di  Batu  Karang Sumatera  Utara  tanggal  20  Mei  1955. Menyelesaikan pendidikan S2 di Universitas Pancasila Jakarta pada tahun 2010. Bekerja sebagai  sebagai  Staf  Pengajar  di  Jurusan Teknik  Mesin  Politeknik  Negeri  Sriwijaya sampai dengan sekarang.