## STUDI PENINGKATAN KEKERASAN DAN PERUBAHAN STRUKTUR MIKRO BAJA (S09CK) YANG DI TREATMENT PADA CAIRAN GARAM
Bibit Sugito
Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Email: bibit.sugito@ums.ac.id

## ABSTRAK
Pengerasan  logam  dengan  treatment Quenching merupakan  proses  pendinginan  secara  cepat,  dari temperatur austenisasi (umumnya berkisar antara  temperatur 815˚C – 870˚C). Tujuan dari proses ini adalah untuk  meningkatkan  nilai  kekerasan  pada  suatu  logam.  Proses  quenching  yang  dilakukan  dengan  cairan garam.  Larutan  garam  dipakai  sebagai  bahan  pendinginan  dikarenakan  memiliki  sifat  pendinginan  yang cepat.  Hasil  pengujian  komposisi  kimia  bahwa,  logam  S09CK  dikategorikan  dalam  baja  karbon  rendah. Hasil pengujian tarik menunjukkan material yang diquenching memiliki sifat yang lebih getas dibandingkan dengan raw material. Dari hasil pengujian kekerasan nilai rata-rata dari material yang di quenching sebesar 207.6 VHN pada bagian permukaan 186.6 VHN pada bagian sisi dan raw material 199 VHN dan 113.3 VHN. Hasil foto mikro fasa yang terbentuk adalah ferit dan perlit.
Kata kunci: baja S09CK, perlakuan panas, quenching, kekerasan, austenisasi, larutan garam

## ABSTRACT
Quenching treatment is a rapid cooling process, from the austenizing temperature (generally ranging from 815˚C - 870˚C). The purpose of this process is to increase the hardness value of a metal. The quenching process is carried out in salt solution. Salt solution is used as a cooling agent because it has rapid cooling properties. The chemical composition test results show that S09CK metal is categorized as low carbon steel. The  test  results  show  that  the  quenched  material  has  better  properties  than  the  raw  material.  From  the hardness test results, the average value of the quenched material is 207.6 VHN on the surface of 186.6 VHN on the sides and the raw material is 199 VHN and 113.3 VHN. The resulting of metallography are ferrite and pearlite.
Keywords: Steel S09CK, heat treatment, quenching, hardness, austenization, salt solution

## 1. PENDAHULUAN
Pada  industri  pembuatan  pisau  atau  pandai  besi  sendiri  mengalami  beberapa  permasalahan, diantaranya  banyak  konsumen  yang  mengeluhkan  hasil  ketajaman  dari  pisau  yang  diproduksi.  Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi terhadap ketajaman pisau, diantaranya adalah media pendinginan pada saat  proses  perlakuan  panas (Heat  Treatment) maupun  pada  saat  proses  penempaan  itu  sendiri,  karena penempaan dilakukan dengan metode konvensional atau masih dengan cara manual.
Media yang digunakan untuk pencelupan atau pendinginan adalah air biasa tanpa campuran apapun. Salah  satu  cara  yang  digunakan  untuk  mengatasi  permasalahan  tersebut  adalah  dengan  melakukan perlakuan panas (Heat Treatment) dengan media pendingin air garam. Dengan media pendinginan tersebut akan menambah katajaman dan peningkatan kekerasan dari pisau yang diproduksi.
2.  METODE
2.1 Diagram Alir Penelitian
Gambar 1. Diagram alir penelitian
2.2 Bahan dan Alat Penelitian
2.2.1 Bahan yang Digunakan Penelitian
Gambar 2. Spesimen baja
Gambar 3. Cairan garam
2.2.2 Alat yang Digunakan Penelitian Gambar 4. Mesin furnace
Gambar 5. Mesin uji komposisi
Gambar 6. Alat uji kekerasan
Gambar 7. Alat uji foto mikro
Gambar 8. Alat uji tarik
Gambar 9. Polishing machine
3.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Data Hasil Pengujian Komposisi
Tabel 1. Hasil uji komposisi raw material
Unsur Sampel Uji Kandungan (%) Standar Deviasi Fe 98,9 0,0577 C 0,0690 0,0066 Si 0,0622 0,0139 Mn 0,327 0,0301 P 0,0689 0,0034 S 0,0408 0,0070 Cr <0,0050 0,0000 Mo 0,0077 0,0104 Ni 0,0852 0,0314 Al 0,0593 0,0039 Co 0,0481 0,0288 Cu 0,0252 0,0029 Nb 0,0150 0,0095 Ti 0,0077 0,0040 V 0,0259 0,0080 W 0,0883 0,0621 Pb <0,0100 0,0000 Ca >0,0015 0,0000 Zr 0,0173 0,0044
Tabel 2. Hasil uji komposisi kimia material quenching
Berdasarkan  tabel  hasil  uji  komposisi  kimia  dari  kedua  spesimen,  sedikit  terjadi  perubahan,  yaitu unsur Si dan unsur Ni serta unsur S walaupun tidak terlalu signifikan. Kemudian tidak terjadi perubahan pada unsur karbon, hal ini terjadi karena adanya zat-zat yang terkandung pada cairan garam.
Unsur Sampel uji Kandungan (%) Standar deviasi Fe 98,1 0,173 C 0,0447 0,0020 Si 0,167 0,0360 Mn 0,382 0,0179 P 0,0529 0,0011 S 0,0196 0,0004 Cr 0,0487 0,0061 Mo 0,0750 0,0122 Ni 0,201 0,0710 Al 0,0753 0,0175 Co 0,0926 0,0195 Cu 0,0294 0,0263 Nb 0,0614 0,0063 Ti 0,0244 0,0115 V 0,0323 0,0039 W 0,492 0,0331 Pb <0,0100 0,0000 Ca 0,0008 0,0004 Zr 0,0252 0,0100

## 3.2 Data Hasil Pengujian Kekerasan
Tabel 3. Hasil uji kekerasan mikro vickers

## Gambar 10. Histogram hasil uji kekerasan
Dari  data  hasil  uji  kekerasan  yang  ditunjukkan  pada  Tabel  3  dan  Gambar  2.  Spesimen  baja, menunjukkan  nilai  kekerasan  pada  bagian  dalam  spesimen  dan  bagian  permukaan  baikn raw material (tanpa perlakuan panas) dan material quenching (perlakuan panas dengan media cairan garam) pada baja (S09CK)  memiliki  nilai  kekerasan  yang  berbeda.  Nilai  kekerasan  (VHN)  diatas  menunjukkan  spesimen yang  di  quenching  menggunakan  cairan  air  garam  nilai  kekerasan  tertinggi  di  bagian  permukaan,  yaitu sebesar 207.67 VHN, sedangkan raw material sebesar 199.00 VHN. Kemudian untuk bagian sisi material
Spesimen Daerah Daerah Uji D rata- rata (mm) Kekerasan (VHN) Kekerasan Rata- Rata (VHN) RAW Bagian Sisi Ujung 58 110
113.33
Transisi 60 103 Tengah 54 127 Quenching Ujung 46 175 186.67 Transisi 46 175 Tengah 42 210 RAW Bagian Permukaan Ujung 46 175
199.00
Transisi 43 201 Tengah 41 221 Quenching Ujung 44 192 207.67 Transisi 41 221 Tengah 42 210
yang di quenching nilai kekerasannya lebih tinggi dibanding raw material yaitu sebesar 186,87 VHN, yang raw material sebesar 113,33 VHN. Hal ini diduga bahwa selain proses pendinginan bagian permukaan lebih cepat, juga ada unsur penambahan yang terjadi pada permukaan karena unsur kimia yang ada pada cairan garam,  dimana  unsur  tersebut  ditunjukkan  pada  hasil  uji  komposisi  kimia  diatas.  Jadi  jika  dibandingkan dengan  raw  material,  proses quenching mengalami  peningkatan  kekerasan  baik  dibagian  sisi  maupun dibagian permukaan.
3.3 Data Hasil Uji Foto Mikro dan Pembahasannya
Gambar 11. Struktur mikro bagian permukaan spesimen (a) Quenching material , (b) Raw material dengan perbesaran 200 kali.
Gambar  11  menunjukkan  gambar  struktur  mikro  pada  bagian  permukaan,  baik    raw  material  maupun material yang di quenching. Dari pengamatan gambar Struktur mikro diatas bahwa, fasa yang terjadi pada material  adalah  ferrit  dan  pearlite,  karena  unsur  karbon  tidak  mengalami  perubahan  maka  baja  tersebut masuk kategori baja karbon rendah.
Gambar 12. Struktur mikro bagian sisi spesimen, (c) Quenching material, (d) Raw material dengan perbesaran 200 kali.
Gambar  12  menunjukkan hasil foto  struktur mikro pada bagian  sisi spesimen quenching dan raw . Sama seperti  pada  bagian  permukaan,  fasa  yang  terbentuk  adalah  pearlit  (berwarna  hitam)  dan  ferit  (berwarna putih).

## 3.4 Data Hasil Uji Tarik dan Pembahasannya
Tabel 4. Nilai tegangan regangan hasil uji tarik.
Spesimen Uji P Max (kN) Tegangan σ (MPa) Tegangan Rata- rata σ (MPa) Regangan Max (%) Regangan Rata- rata (%) Quenching 6.13 325
446.66
3.13
3.35 10.49 560 3.44 5.9 455 3.47 Raw 6.9 370 370 3.78 3.78
Dari data hasil pengujian diatas, untuk membandingkan nilai tegangan dan reganan dari ketiga variasi bentuk penampang pin tool serta raw material dapat dibuat dalam bentuk grafik sebagai berikut ini.
Gambar 13. Grafik tegangan (MPa) dan regangan (%) masing-masing spesimen
370 466.66 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Raw Quenching Te ga n ga n R at a - ra ta ( M p a) Spesimen Raw Quenching
Gambar 14. Histrogram tegangan tarik rata-rata terhadap material
Gambar 15. Histogram regangan rata- rata terhadap material
Gambar 14 dan Gambar 15 menunjukkan grafik pengujian tegangan dan regangan raw material dan material yang di quenching . Pada spesimen raw material didapatkan hasil tegangan maksimal sebesar 370 MPa  dengan  nilai  regangan  sebesar  3.78%,    sedangkan  untuk  material  yang  di  quenching  dilakukan pengujian  sebanyak  3  kali,  dengan  hasil  masing-  masing  sebesar  325  MPa,  560  MPa,  dan  455  MPa, sedangkan nilai regangan masing- masing sebesar 3.13%, 3.44%, dan 3.47%.
Jika data tersebut dibuat dalam bentuk histogram, maka dapat dilihat pada Gambar 14 dan Gambar 15,  dimana  nilai  tegangan  rata  rata  dan  regangan  rata-  rata  nya  dapat  dilihat  secara  jelas,  yaitu  untuk tegangan rata rata sebesar 466.66 MPa dan regangan rata- rata sebesar 3.35%,  sedangkan tegangan rata- rata untuk raw  material sebesar 370 MPa dan regangan rata- rata sebesar 3.78%.
Dari data hasil pengujian yang dilakukan, baik komposisi kimia, pengujian tarik, pengujian kekerasan dan struktur mikro, maka secara garis besar bahwa, kekuatan tarik berbanding lurus dengan kekerasan dan berbanding terbalik dengan regangan, jadi dari data hasil dan analisis ada peningkatan kekerasan.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan data hasil dan analisa yang telah dilakukan, dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Dari hasil uji komposisi kimia tidak ada penambahan unsur C, tetapi ada penambahan unsur Si, Ni dan S.
2. Nilai tegangan maksimum rata-rata dan nilai regangan maksimum rata-rata untuk material yang di quenching    sebesar  446.66  MPa  dan  3,35%.  Sedangkan  nilai  tegangan  maksimum  rata-rata  dan regangan maksimum rata-rata untuk raw material sebesar 370 MPa dan 3.78%.
3. Nilai  kekerasan  rata-rata  material  quenching  pada  bagian  sisi  sebesar  186.67  VHN  dan  nilai kekerasan  rata-rata  raw  material  pada  bagian  sisi  sebesar  113.33  VHN.  Nilai  kekerasan  rata-rata material quenching pada bagian permukaan sebesar 207.67 VHN dan nilai kekerasan rata-rata raw material pada bagian permukaan sebesar 199.00 VHN.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Adriansyah, “Pengaruh Temperatur Pada Proses Heat Treatment Untuk Meningkatkan Ketahanan Aus Baja Karbon Rendah Pada Pena Pegas Daun,” Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa , vol. III, no. 1, pp. 7–9, 2007.
[2] Amanto, Ilmu Bahan. Bumi Aksara, 1999.
[3] B. H. Amstead and S. Djaprie, Teknologi Mekanik , 7th ed. Jakarta: Erlangga, 1995.
[4] Dalil, M. Prayitno, and Inonu, “Pengaruh Perbedaan Waktu Penahanan Suhu Stabil (Holding Time) Terhadap Kekerasan Logam,” Jurnal Natural Indonesia , vol. 2, no. 1, pp. 12–17, 1999.
[5] M. Gary, Heat Treatment. Universitas Sriwijaya, 2011.
[6] K. Geels, Mettallographic and Materialographic Specimen Preparatio, Light Microscopy, Image Analysis, and Hardness Testing . ASTM Internasional, 2006.
[7] Karmin and M. Ginting, “Analisis Peningkatan Kekerasan Baja Amutit Menggunakan Media Pendingin Dromus,” Jurnal Austenite Jurusan Teknik Mesin , vol. 4, pp. 1–7, 2012.