## PENGARUH SIFAT MEKANIK DAN MORFOLOGI PADA BAJA LATERIT HASIL TEMPA DENGAN VARIASI PERLAKUAN PANAS

## EFFECTS OF MECHANICAL AND MORPHOLOGICAL PROPERTIES OF FORGED LATERITIC STEEL WITH HEAT TREATED VARIATION
Satrio Herbirowo *) , Bintang Adjiantoro
Pusat Penelitian Metalurgi dan Material-LIPI Gedung 470, Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang Selatan, 15314 E-mail : satr006@lipi.go.id *) Diterima : 23 Februari 2017 Direvisi : 21 Maret 2017 Disetujui : 10 April 2017

## ABSTRAK
Baja laterit merupakan baja berbahan dasar bijih  nikel laterit. Bijih nikel  laterit biasa diabaikan  penambang karena faktor ekonomis dan lebih mencari nikel yang berada dibawah lapisan limonit. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui  karakteristik  baja  laterit dengan proses tempa dan  variasi perlakuan panas terhadap  sifat mekanik dan morfologinya. Bahan awal baja laterit hasil cor perpaduan FeMn dan FeMo mengacu standar baja ARMOX 500T, selanjutnya  mengalami  proses  tempa  panas  pada  suhu  rekristalisasi  1100  °C  dan  pembebanan  100  ton  dengan beberapa  variasi  perlakuan  panas  antara  lain quench media  oli; martempering suhu  100;  200;  300;  dan  400  °C. Karakterisasinya  meliputi  uji  komposisi  kimia,  pengujian  tarik,  kekerasan,  dan  morfologi  struktur  mikro menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM). Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai kekerasan tertinggi dan  nilai  kekuatan  tarik  tertinggi  pada  perlakuan  panas quench oli  adalah  520,8  HV  dan  1521  N/mm 2 .  Hasil pengamatan  morfologi  struktur  mikro  menunjukkan  bahwa  terjadi  transformasi  fasa  dari  ferit-perlit  menjadi martensit  (quench  oli)  dan  bainit  (martempering)  serta  hasil  analisis  patahan  pada  sampel  non-HT  menunjukkan patahan  batas  butir  dan  cenderung  bersifat  ulet  dengan  bentuk  patahan dimple ,  untuk  sampel quench oli  memiliki patahan  getas  dan  inisiasi  patahan  dengan  ukuran  besar  berbentuk cleavage .  Perlakuan martempering memiliki ukuran  butir  lebih kecil, padat dan  halus. Bentuk patahan cenderung  lebih ulet dibandingkan sampel  non-HT, dan berbentuk dimple halus serta diprediksi memiliki sifat ketangguhan paling tinggi.
Kata kunci : baja laterit, tempa panas, sifat mekanik, struktur mikro

## ABSTRACT
Lateritic  steel  is a steel  based of nickel  laterite ore. Nickel  laterite ore is usually ignored by miners  due to economical  factors  and  more  looking  for  a  nickel  that  under  limonite  layers.  The  purpose  of  this  research  is  to determine  the  characteristics  of  the  laterite  steels  with  forging  process  and  the  heat  treatment  variation  to  its mechanical and morphological properties. The starting materials of lateritic cast steel with FeMn and FeMo based alloys by ARMOX 500T standardization. Hot forging process at recrystallization temperature of 1100 ° C and loads 100 tons with variations of heat treatment such as oil quench; martempering temperature 100; 200; 300; and 400 °C.  Then  characterized  of  chemical  composition  test,  tensile  testing,  hardness,  and  morphology  of  microstructure using  Scanning  Electron  Microscope  (SEM).  The  characterization  test  results  showed  that  the  highest  hardness value  and  highest  tensile  strength  value  in  the  quench  oil  heat  treatment  were  520.8  HV  and  1521  N  /  mm 2 .  The morphological  observations  of  microstructure  showed  that  the  phase  transformation  of  the  ferrite-perlite  into martensite  (quench  oil)  and  bainite  (martempering)  and failure  analysis  results  in  non-HT  samples  showed  grain boundary fractures and confirmed ductile behaviour with dimple fracture, for oil quench has a brittle fracture and initiation failure  with a large cleavage-shaped size. The martempering treatment has smaller grain size, solid and smooth. Fractures tend to be more ductile than non-HT samples, and fine dimple shaped and are predicted to have the highest toughness properties.
Keywords : lateritic steels, hot forging, mechanical properties, microstructure

## PENDAHULUAN
Bijih laterit biasa diabaikan oleh penambang  karena  faktor  ekonomis  dan  lebih mencari  nikel  yang  berada  dibawah  lapisan limonit  [1].  Karena  baja  laterit  ini  merupakan bahan  alternatif  pada  produksi  baja,  maka  baja laterit  perlu  dikembangkan  dengan  berbagai macam  pembentukan  logam,  salah  satunya dengan  proses  penempaan  panas  ( hot  forging ) yang berfungsi untuk meningkatkan sifat mekanis dari baja tersebut [2].
Pengolahan bijih besi menjadi produk baja adalah  usaha  untuk  meningkatkan  nilai  tambah dari  produk  tambang  sehingga  diharapkan  dapat menciptakan lapangan kerja, mengurangi ketergantungan  impor  baja,  menguasai  teknologi pembuatan  baja  dengan  baik,  serta  memberikan multiplier  effect bagi  masyarakat  di  sekitar industri peleburan besi dan baja [3].
Baja  laterit  ini  jika  dikembangkan  secara baik  akan  menjadikan  kemandirian  bangsa Indonesia  dalam  bidang  industri  baja,  karena cadangan bijih nikel berkadar rendah ini berpuluh kali  lebih  banyak  dibandingkan  dengan  bijih nikel berkadar tinggi [4].
Baja  laterit adalah baja dengan  kandungan nikel  berkadar  rendah  yaitu  antara  1-4,5  persen. Umumnya kadar nikel pada baja laterit yang coba dikembangkan oleh  LIPI berkisar 1,5-4,5 persen. Jenis  baja  laterit  yang  dikembangkan  dari  bijih laterit  ini  adalah  Ni-Hard,  sejenis  baja  cor  yang memiliki  nilai  kekerasan  yang  tinggi  serta ketangguhan  yang  optimal.  Bahan  ini  banyak digunakan  untuk  material grinding  balls atau Hard-Liner untuk peralatan crusher atau penggerus [5].
Pada penelitian Saefudin dkk, material fasa ganda dari bahan AISI 3120 H yang berasal  dari material  besi  laterit,  diproses  dengan  peleburan pada  tungku  kupola  dan  konverter  serta  dilebur kembali  pada  tungku  induksi,  dicetak  menjadi billet  kemudian  dibuat  baja  rod  dengan  proses canai.  Proses  ini  menghasilkan  sifat  kekerasan yang  sesuai  standar  dan  struktur  mikro  material yang  terbentuk  yaitu  ferit-martensit  dengan perlakuan panas quench [6].
Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis  pengaruh  proses  tempa  dan  variasi perlakuan  panas  terhadap  sifat  mekanik  dan morfologinya pada baja laterit.

## BAHAN DAN METODE
Penelitian  ini  menggunakan  bahan  baja laterit  hasil  cor  dan  dekarburisasi  dengan penambahan  FeMn  dan  FeMo  untuk  mengacu pada  standar  baja  ARMOX  500T,  kemudian dilakukan  proses  tempa  panas  pada  suhu rekristalisasi  1100 ° C,  pembebanan  100  ton dengan  beberapa  variasi  perlakuan  panas  antara lain quench media  oli  ; martempering suhu  100; 200;  300;  dan  400 ° C.  Persiapan  sampel dilakukan  sesuai  standar  ukuran  karakterisasi yang  meliputi  uji  komposisi  kimia,  pengujian tarik,  kekerasan,  struktur  mikro,  dan  analisis fraktografi  menggunakan Scanning  Electron Microscope (SEM).
Gambar  1  menunjukkan  bentuk  sampel awal setelah dilakukan pemotongan dan  sebelum dilakukan  tempa  panas.  Gambar  2  menunjukkan sampel  setelah  dilakukan  penempaan  panas dengan beban 100 ton.
Gambar 1. Sampel Awal
Gambar 2. Sampel Setelah Tempa Panas
Adapun diagram alir penelitiannya adalah :
Gambar 3. Diagram Alir Penelitian
Tempa Panas suhu 1100°C dan beban 100 ton Variasi perlakuan panas (quench oli dan martempering
100;200;300;400 °C Uji Komposisi Kimia Pengujian Kekerasan Pengujian Tarik Metalografi & SEM Analisis data dan Kesimpulan Baja Laterit Penambahan paduan FeMn dan FeMo Peleburan di tungku induksi 1600°C Produk Modifikasi Baja Laterit
Tabel 1 Komposisi kimia baja laterit C (%) Si (%) S (%) P (%) Mn (%) 0,24 0,45 0,0080 0,0150 1,40 Cr (%) Ni (%) Cu (%) Mo (%) Fe (%) 1,10 1,8020 0,027 0,59 93,707

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  proses  penempaan  panas,  sampel  uji mengalami  perubahan  dimensi  atau  penurunan ketebalan.  Setelah  dilakukan  variasi  perlakuan panas, dilakukan preparasi sampel kembali untuk pengujian  keras  seperti  pada  Gambar  4  dan sampel pengujian tarik pada Gambar 5:
Gambar 4. Sampel Uji Keras
Gambar 5. Sampel Sebelum dan Sesudah Uji Tarik

## Nilai Kekerasan terhadap Kondisi Sampel
Pengujian kekerasan menggunakan metode vickers.  Dari  hasil  uji  kekerasan  didapat  hasil pengujian sebagai berikut :
Gambar 6. Hubungan Antara Nilai Kekerasan dengan Kondisi Perlakuan Panas
Dari  kurva  pada  Gambar  6,  terlihat  bahwa nilai  kekerasan  tertinggi  adalah  520,8  HV  yang diperoleh  dengan  perlakuan  panas quench oli. Akan tetapi, pada perlakuan panas martempering , kekerasan  menurun  kembali  hingga  398,5  HV pada  suhu  temper  400 ° C.  Pada  pengamatan struktur mikro sampel uji menggunakan mikroskop optik, proses temper sedikit melunakkan material untuk meningkatkan keuletan dan ketangguhannya.

## Hubungan  Antara  Kekuatan  Tarik  dengan Kondisi Perlakuan Panas
Pengujian kekuatan tarik dilakukan dengan menggunakan  standard  ASTM  E8.  Dari  hasil  uji kekuatan  tarik  didapat  kekuatan  tarik yield dan ultimate pada  berbagai  variasi  perlakuan  panas sebagai berikut :
Gambar 7. Hubungan Antara Nilai Kekuatan Tarik dengan Kondisi Perlakuan Panas.
Nilai kekuatan tarik ultimate tertinggi yaitu sebesar  1521  N/mm 2 diperoleh  pada  perlakuan panas quench oli.  Adapun  kekuatan  tarik yield dan  kekuatan  tarik ultimate berangsur-angsur meningkat  seiring  dengan  makin  tingginya  suhu temper  dengan  tujuan  untuk  meningkatkan  sifat ketangguhan,  kemampuan  tekuk  dan  modulus elastisitas yang baik [7].
Pengamatan Struktur Mikro Pada pengamatan struktur mikro,
dilakukan  2  kali  perbesaran  makro  dan  mikro pada  permukaan  sampel  yaitu,  10  kali  dan  500 kali  pada  sampel  yang  telah  di mounting, grinding; polishing, dan etsa nital 2% .
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Tanpa HT Quench Q - T 100 Q - T 200 Q - T 300 Q - T 400 K e k u a ta n , N /m m 2 ) Kondisi Perlakuan Panas sy su

## a. Struktur Mikro Sampel Non-HT
Gambar 8. Struktur Mikro Sampel Tanpa Perlakuan Panas dengan Perbesaran 10x
Gambar 9. Struktur Mikro Sampel Tanpa Perlakuan Panas dengan Perbesaran 500x
Pada  Gambar  8  dan  9,  struktur  yang terbentuk pada sampel non-HT yaitu struktur ferit (warna  terang)  dan  perlit  (warna  gelap).  Kedua struktur ini terbentuk pada saat proses transformasi  pengecoran  tempa  panas  pada  suhu rekristalisasi.  Jelas  terlihat  bentuk  butir  menjadi pipih dan tidak adanya cacat poros akibat reduksi ukuran saat penempaan [8].
b. Struktur Mikro Sampel dengan Quench Oli
Gambar 10. Struktur Mikro Sampel dengan Quench Oli dengan Perbesaran 10x
Gambar 11. Struktur Mikro Sampel dengan
Quench Oli dengan Perbesaran 500x
Pada  Gambar  10  dan  11,  struktur  yang terbentuk  adalah  struktur  martensit  dengan karakteristik bentuk tajam dan garis tegas.
Struktur  martensit  terbentuk  karena  pada proses  penempaan,  terjadi  penurunan  temperatur lebih  cepat  dengan  pendinginan  media  oli.  Fasa austenit  bertransformasi  dan  unsur  karbon  tidak sempat  berdifusi  sempurna  sehingga  terbentuk struktur  BCT  dan  fasa  martensit  dengan  sifat keras dan kekuatan tinggi [9].
c. Struktur Mikro Sampel dengan
Martempering 300 ° C
Gambar 12. Struktur Mikro Sampel Martempering 300 ° C dengan Perbesaran 500x
Pada  kedua  gambar  di  atas,  struktur  yang terbentuk adalah struktur bainit dengan karakteristik bentuk tajam sedikit oval. Struktur  bainit  terbentuk  karena  pada proses penempaan dan perlakuan panas tempering serta  penahanan  suhu  pada  350 ° C sampai  550 ° C  dengan  acuan  diagram  laju pendinginan  bertemu  garis bainite  start  dan bainite  finish yang  cenderung  memiliki  sifat ketangguhan tinggi.
Aplikasi Bahan dengan Konduktivitas Listrik Tinggi untuk Meningkatkan Unjuk Kerja Baterai Ion Litium (Susanto Sigit)
Pengamatan Fraktografi Hasil Scanning Electron Microscope (SEM) Pengamatan menggunakan SEM dilakukan pada  patahan  hasil  dari  pengujian  impak charpy. Pengamatan  hasil  patahan  dilakukan  dengan perbesaran  25  kali  dan  500  kali  perbesaran  pada 1 titik pengamatan
a. Struktur Patahan Sampel Tanpa Perlakuan
Panas
Gambar 13. Struktur Patahan Sampel Non-HT dengan 25 Kali Perbesaran.
Gambar 14. Struktur Patahan Sampel Non-HT dengan 500 Kali Perbesaran.
Gambar  14  menunjukkan  bahwa  patahan pada sampel non-HT terjadi pada batas butir  dan cenderung  bersifat  ulet  dengan  bentuk  patahan dimple .

## b. Struktur Patahan Sampel O il-Quench
Gambar 15. Struktur Patahan Quench Oli dengan 25 Kali Perbesaran.
Gambar 16. Struktur Patahan Sampel Quench Oli dengan 500 Kali Perbesaran.
Sampel quench oli memiliki patahan getas dan  inisiasi  patahan  dengan  ukuran  besar  serta berbentuk cleavage .  Fasa  martensit  jelas  bersifat getas serta memiliki kekerasan yang tinggi [10].
c. Struktur Patahan Sampel Martempering
Gambar 17. Struktur Patahan Sampel
Martempering dengan 25 Kali Perbesaran Gambar 18. Struktur Patahan Sampel
Martempering dengan 500 Kali Perbesaran.
Hasil  pengamatan  struktur  mikro  dengan perlakuan  panas martempering memiliki  ukuran butir lebih kecil, padat dan halus. Bentuk patahan yang  dihasilkan  permukaan  patah  lebih  ulet dibandingkan  sampel  non-HT,  dan  berbentuk dimple serta diprediksi memiliki sifat ketangguhan paling tinggi.

## KESIMPULAN
Karakteristik  baja  laterit  dengan  proses penempaan  panas  dan  variasi  perlakuan  panas menghasilkan  produk  deformasi  bebas  cacat dengan  menunjukkan  pengaruh  terhadap  sifat mekanik  maupun  struktur  mikronya.  Untuk  sifat mekanik  dipengaruhi  oleh  berbagai  faktor  yaitu ukuran  butir,  fasa  yang  terbentuk,  morfologi struktur mikro dan unsur paduan. Sifat keras dan kekuatan  tarik  meningkat  secara  signifikan dengan perlakuan panas quench serta meningkatnya  suhu temper secara  linear.  Nilai kekerasan  tertinggi  sebesar  520,8  HV  dengan tempa  panas  dilanjut  dengan quench media  oli, untuk kekuatan tarik tertinggi pada sampel tempa panas martempering 300 °C sebesar 1521 N/mm 2
Hasil  pengamatan  struktur  mikro  dan fraktografi  menunjukkan  terjadinya  transformasi fasa  dari  ferit-perlit  menjadi  martensit  (quench oli) dan bainit (martempering) serta hasil analisis patahan  pada  sampel  non-HT  menunjukkan patahan  batas  butir  dan  cenderung  bersifat  ulet dengan  bentuk  patahan dimple .  Untuk  sampel quench oli  memiliki  patahan  getas  dan  inisiasi patahan  dengan  ukuran  besar  serta  berbentuk cleavage .  Perlakuan martempering memiliki ukuran butir lebih kecil, padat dan halus. Bentuk patahan  yang  dihasilkan  permukaan  patah  lebih ulet dibandingkan sampel non-HT, dan berbentuk dimple serta diprediksi memiliki sifat ketangguhan paling tinggi.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Pusat Penelitian Metalurgi dan Material-LIPI atas dukungan  anggaran  penelitian  dan  semua  pihak dalam  kelompok  penelitian  baja  unggul  laterit yang telah berkontribusi dalam penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] W.  Astuti,  Z.  Zulhan,  A.  Shofi,  K.
Isnugroho,  F.  Nurjaman,  and  E.  Prasetyo, “Pembuatan  Nickel  Pig  Iron  (  NPI  )  dari
Bijih Nikel Laterit Indonesia Menggunakan  Mini  Blast  Furnace”, Pros.
InSINas , pp. 66–71, 2012.
[2] E.  Herianto,  “Kupola  Udara  Panas  untuk Memproduksi NPI ( Nickel Pig  Iron )  dari Bijih  Nikel  Laterit”, Maj.  Metal. ,  vol.  V, 2013.
[3] Z. Zulhan,  “Aspek  Teknologi  dan Ekonomi Pembangunan Pabrik Pengolahan Bijih  Besi  Menjadi  Produk  Baja  di Indonesia”, 2013.
[4] Yusuf  and  E.  Herianto,  “Pembuatan  Besi Nugget  dari  Pasir  Besi  dan  Bijih  Besi Laterit:  Tantangan  dan  Kemungkinan Keberhasilannya”, Maj. Ilmu Dan Teknol. , 2008.
[5] S. Herbirowo and B. Adjiantoro,
“Pengaruh  Perlakuan  Panas  Terhadap Struktur  Mikro  dan  Kekuatan  Mekanik Baja Nikel Laterit”, Widyariset , vol. 2, no. 2, pp. 153–160, 2016.
[6] Saefudin,  T.  B.  Romijarso,  and  D.  P. Malau,  “Pembuatan  Struktur  Dual  Phase Baja  AISI  3120H  dari  Besi  Laterit”,. November, pp. 1–5, 2016.
[7] P.  U.  Nwachukwu  and  O.  O.  Oluwole, “Effects  of  Rolling  Process  Parameters  on the  Mechanical  Properties  of  Hot-Rolled St60Mn Steel”, Case Stud. Constr. Mater. , vol. 6, pp. 134–146, 2017.
[8] S.  Herbirowo,  B.  Adjiantoro,  and  T.  B. Romijarso,  “Effects  of  Austenitizing  and Forging  on  Mechanical  Properties  of  MIL A-12560/AISI 4340 Steel”, IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. , vol. 202, p. 12084, 2017.
[9] M.  Jahazi  and  B.  Eghbali,  “The  Influence of  Hot  Forging  Conditions  on  The Microstructure  and  Mechanical  Properties of Two Microalloyed Steels”, vol. 113, pp. 594–598, 2001.
[10]  S. Herbirowo and B. Adjiantoro, “Characteristic of Mechanical and
Morphological  Properties  of  Heat  Rolled Laterite  Steel  with  Variety  of  Size Reduction”, vol. 266, pp. 8–12, 2017.