## ANALISA PENGARUH HEAT TREATMENT TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO BESI COR NODULAR (FCD 60)
Eri Diniardi,ST, 1 ,.Iswahyudi 2
Lecture 1 ,College student 2 ,Departement of machine, Faculty of Engineering, University Muhammadiyah Jakarta, Jalan Cempaka Putih Tengah 27 Jakarta Pusat 10510, Tlp 021- 4244016,4256024, email : Eri Diniardi@yahoo.com

## ABSTRAK
Logam  besi  cor  dapat  diperlakukan  panas  untuk  memperbaiki  sifat-sifatnya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan quenching temper, normalizing dan annealing terhadap sifat mekanik dan stuktur mikro besi cor grafit bulat.  Bahan  yang  dipakai  ini  berupa  besi  cor  nodular  as-cast  FCD  60  hasil pemesanan  di  industri  pengecoran.  Pada  penelitian  diuji  sifat  mekanik  (kekuatan tarik dan kekerasan) serta pengamatan metallografi. Pada struktur mikro terdapat fasa  martensit  dan  austenit  pada  logam  yang  di-quenching  temper,  fasa  perlit halus,  sementit,  dan  ferrit  pada  logam  yang  di-normalizing,  dan  fasa  perlit  kasar dan  ferrit  pada  logam  yang  di-annealing.  Nilai  kekerasan  rata-rata  501,1  HB (quenching  temper),  297,2  HB  (normalizing),  dan  229,1  HB  (annealing). Sedangkan  kekuatan  tarik  sebesar  933  N/mm 2 (quenching  temper),  474  N/mm 2 (normalizing),  380  N/mm 2 (annealing).ada  spesimen  yang  diberi  perlakuan  panas quenching  temper  mempunyai  kekuatan  tarik  dan  kekerasan  yang  lebih  baik dibandingkan hasil spesimen lainnya tetapi tegangan luluhnya tak terukur, karena getas.
Kata  kunci  :  Besi  Cor,  Quenching,  Temper,  Normalizing,  Annealing,    Sifat Mekanik, Struktur Mikro.

## 1. PENDAHULUAN
Sejak ditemukannya besi cor nodular banyak orang menaruh perhatian terhadap besi cor  ini  karena  besi  cor  nodular  mempunyai  sifat  lebih  baik  dibanding  besi  cor  lainnya terutama  sifat  mekaniknya.  Untuk  meningkatkan  sifat  dari  besi  cor  nodular  dapat dilakukan  dengan  perlakuan  panas.  Perlakuan  panas  adalah  proses  untuk  memperbaiki sifat-sifat dari logam dengan jalan memanaskan material sampai temperatur yang cocok dan  ditahan  beberapa  waktu  pada  temperatur  itu,  kemudian  didinginkan  ke  temperatur yang lebih rendah dengan kecepatan yang sesuai.Kriteria yang perlu dipenuhi oleh bahan sehingga  dapat  menghasilkan  produk  yang  berkualitas  baik  adalah  mempunyai life  time yang  cukup.  Dalam  pemakaiannya,  tidak  jarang  besi  cor  nodular  terlebih  dahulu mengalami  proses  perlakuan  panas  berupa annealing , normalizing , hardening ,  dan tempering dengan tujuan untuk meningkatkan sifat ketahanan yang baik.Pada prinsipnya di dalam pemilihan material untuk suatu suku cadang perlu disesuaikan dengan sifat-sifat dan  penggunaan  barang  tersebut.  Untuk  itu  di  dalam  mendapatkan  suatu  material  yang bagus  kita  harus  mengetahui  sifat  fisis  maupun  mekanis  dari  material  tersebut.  Dalam mengetahui sifat - sifat tersebut kita harus melakukan penelitian dan pengujian-pengujian sehingga  kita  dapat  mengetahui  jenis  material  yang  kita  inginkan.Berdasarkan  hal tersebut  diatas  melatarbelakangi  penulis  untuk  melakukan  penelitian  terhadap  sifat
mekanik  dan  struktur  mikro  besi  cor  nodular,  penulis  memfokuskan  pada  analisa pengaruh perlakuan panas ( heat treatment ) pada besi cor nodular FCD 60 (JIS) terhadap sifat mekanik dan struktur mikronya.

## 2. METODA EKSPERIMEN DAN FASILITAS YANG DIGUNAKAN 2.1.  DATA HASIL PENGUJIAN
Setelah  dilakukan  pengamatan,  pengukuran  serta  pengujian  yang  dilakukan terhadap  masing-masing spesimen,  maka  didapatkan  data-data  seperti  yang  akan ditampilkan pada bab ini bersamaan dengan analisa setiap pengujian dan pengamatan.

## 2.1.1 DATA HASIL UJI TARIK
Pengujian  tarik  dilakukan  untuk  mengetahui  sifat-sifat  mekanis  dari  spesimen besi  cor  nodular  FCD  60  sebagai  spesimen  pengujian  dalam  penelitian  ini.  Hasil pengujian  tarik  dalam  penelitian  ini  adalah  parameter  setelah  perlakuan  panas  besi  cor nodular FCD 60. Pengujian ini menggunakan mesin UPM 1000.
Pada  spesimen pengujian  tarik  ini,  menggunakan  standar  pengujian  ASTM  A  370  dan setelah pengujian menghasilkan patahan sebagai berikut :
 Spesimen  1  : Raw  material ( non  heat  treatment )  menghasilkan  patahan  pada permukaan  penampang  tampak  rata,  ini  menunjukan  bahwa  spesimen  mengalami  patah getas ( brittle fracture ).
 Spesimen  2  :  pemanasan  pada  temperatur  900  ºC, holding  time 120  menit, dilakukan quenching air garam (NaCl) berkadar 10 %, dilanjutkan dengan proses temper pada  temperatur  300  ºC  dengan holding  time 120  menit,  menghasilkan  patahan  pada permukaan  penampang  tampak  rata,  ini  menyatakan  bahwa  spesimen  mengalami  patah getas ( brittle fracture ).
 Spesimen  3  :  pemanasan  pada  temperatur  900  ºC, holding  time 120  menit, dilakukan pendinginan di udara ( normalizing ). menghasilkan retak/perpatahan merambat sepanjang  bidang-bidang  kristalin  membelah  atom-atom  material  ( transgranular ),  ini menunjukan bahwa spesimen mengalami patah getas ( brittle fracture ).
 Spesimen  4  :  pemanasan  pada  temperatur  900  ºC, holding  time 120  menit, dilakukan  pendinginan  di  dalam  tungku  yang  dimatikan  ( annealing )          selama  1  hari, menghasilkan  patahan  seperti  spesimen  1,  2,  dan  3  yaitu  :    patahan  pada  permukaan penampang  tampak  rata,  merambat  sepanjang  bidang-bidang  kristalin  ini  menyatakan bahwa spesimen mengalami patah getas ( brittle fracture ).
Gambar 2.1 Spesimen yang telah diuji tarik

## Tabel 2.1 Data hasil uji tarik
Kode spesimen Penampang Spesimen Bulat, do (mm) Panjang, lo (mm 2 ) Gaya saat yeild, Fy (KN) Gaya Maksimum, Fm (KN) Perubahan Panjang, ΔL (mm) 1 31,94 32 320 440 * 2 32,10 32 * 755 * 3 32,15 32 * 385 * 4 31,99 32 * 305 *
*) tidak terukur
Perhitungan  luas  penampang  (Ao),  kekuatan  tarik  maksimum  (  u ),  dan  kekuatan  luluh/ tegangan yield (  y ) adalah sebagai berikut: Spesimen 1  Perhitungan luas penampang :
Ao = D 2 = 4 14 , 3 ( 31,94 mm)² = 800,88 M 2
Perhitunganan tegangan tarik :


## ⁄
 Perhitungan tegangan yeild:

## ⁄
Di atas dilakukan pada spesimen lainnya, hasil perhitungan dapat dilihat  dalam tabel pengolahan data uji tarik, sebagai berikut :
Tabel 2.2 Hasil pengolahan data (Laporan uji tarik statis BPPT)
Kode Spesimen Luas penampang awal, Ao (mm 2 )
Tegangan yield σy (N/mm 2 ) Tegangan tarik σ uts (N/mm 2 ) Regangan saat patah  (%) 1 800,8 400 549 16 2 808,9 * 933 9 3 811,4 * 474 9 4 803,3 * 380 9 *) tidak terukur

## 2.1.2 DATA UJI KEKERASAN
Pengujian  kekerasan  dilakukan  dengan  menggunakan  metode Brinell (HB  30)  pada beban 187,5 Kgf, Ø indentor intan 2,5 mm. Posisi pengujian sebagaimana pada gambar 2.2.
242,7 232,0
249,6 224,5 219,5 25mm Gambar 2.2 Contoh pengujian kekerasan Brinell
Tabel 2.3 Data hasil uji kekerasan Brinell (HB 30) Kode spesimen Nilai kekerasan HB Nilai kekerasan rata- rata (HB) 1 2 3 4 5 1 242,7 232,0 219,5 224,5 249,6 233,7 2 534,0 501,4 492,7 481,9 495,6 501,1 3 281,6 310,2 291,4 303,7 299,2 297,2 4 229,5 229,5 234,0 226,0 226,5 229,1

## 2.1.3.  DATA HASIL PENGAMATAN STRUKTUR MIKRO
Pengujian metalografi dilakukan dengan metode uji ASTM A 370.
grafit
perlit ferrit
Gambar 2.3 Foto struktur mikro spesimen 1, grafit nodular dengan matrik perlit dan ferit
etsa nital 3 %
1●
2●
5 ● 4●
grafit auetenit
martensit
Gambar 2.4 Foto struktur mikro spesimen 2, fasa martensit dan austenit, etsa nital 3 %
ferrit
sementit
perlit
Gambar 2.5 Foto stuktur mikro spesimen 3, fasa perlit, sementit dan ferrit, etsa nital 3 %
ferrit
perlit
Gambar 2.6 Foto stuktur mikro spesimen 4, fasa perlit dan ferrit, etsa nital 3 %

## 2.2 PEMBAHASAN

## 2.2.1 Pembahasan uji tarik
Dari  tabel  2.2  hasil  pengujian  tarik  selanjutnya  dimasukkan  ke  dalam  diagram  seperti dibawah ini:
Gambar 2.7  Diagram kekuatan tarik maksimum
Data  dari  hasil  pengujian  menunjukkan  nilai  kekuatan  tarik  spesimen  1  ( non heat treatment )  dengan  spesimen  2  ( quenching air  garam  dan  dilanjutkan  dengan  proses temper ) mengalami peningkatan sebesar 384 N/mm 2 atau 69,94 %. Nilai kekuatan tarik untuk  spesimen  1  ( non  heat  treatment )  dengan  spesimen  3  ( normalizing )  mengalami penurunan  yaitu  75  N/mm 2 atau  13,66  %,  sedangkan  untuk  spesimen  1  ( non  heat treatment )  dengan  spesimen  4  ( annealing )  mengalami  penurunan  sebesar  169  N/mm 2 yaitu 30,78 %.
Gambar 2.8 Diagram regangan
Data  dari  hasil  pengujian  menunjukkan  nilai  regangan  pada  spesimen  1  ( non  heat treatment )  terhadap  spesimen  2  ( quenching air  garam  dan  dilanjutkan  dengan  proses temper ),  spesimen  3  ( normalizing ),  dan  spesimen  4  ( annealing )  sama-sama  mengalami penurunan sebesar 7 %.
549 933 474 380 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 1 2 3 4 5 K ek ua ta n ta rik m a k si m u m  u (N/m m 2 ) Spesimen

## Kekuatan tarik maksimum
16 9 9 9 0 5 10 15 20 0 1 2 3 4 5 E lo ng a si  (% ) Spesimen Regangan

## 2.2.2 PEMBAHASAN UJI KEKERASAN
Dari  tabel  4.3  hasil  pengujian  kekerasan  selanjutnya  dimasukkan  ke  dalam  diagram seperti dibawah ini:
Gambar 2.9 Diagram kekerasan.
Data  dari  hasil  pengujian  kekerasan  menunjukkan  nilai  kekerasan  rata-  rata  untuk spesimen  1  ( non  heat  treatment )  dengan  spesimen  2  ( quenching air  garam  dan dilanjutkan  dengan  proses temper )  mengalami  peningkatan  nilai  kekerasan  yaitu  203,9 HB  atau  87,25  %.    Untuk  spesimen  1  ( non  heat  treatment )  terhadap  spesimen  3 ( normalizing ) mengalami peningkatan sebesar 63,5 HB atau 27,17 %. Untuk spesimen 1 ( non  heat  treatment )  terhadap  spesimen  4  ( annealing )    mengalami  penurunan  nilai kekerasan yaitu 4,6 HB atau 1,97 %.

## 2.2.3 PEMBAHASAN PENGAMATAN STRUKTUR MIKRO
Pada foto struktur mikro besi cor nodular FCD 60 dengan spesimen 1 seperti dilihat pada gambar  4.3  terlihat  adalah,  grafit  nodular  dengan  matrik  perlit  (berwarna  gelap  atau hitam) dan ferrit (berwarna terang).
Pada  foto  struktur  besi  cor  nodular  FCD  60  dengan  spesimen  2  seperti  dilihat  pada gambar  4.4  terlihat  bahwa  struktur  yang  terbentuk  adalah    kristal austenit ,  sedikit martensit, Sehingga  nilai  kekerasannya  naik  dan  pada  uji  tariknya  menghasilkan  nilai kekuatan tarik tertinggi dibandingkan dengan spesimen lainnya.
Pada foto struktur mikro besi cor nodular FCD 60 dengan spesimen 3 seperti dilihat pada gambar  4.5  bahwa  struktur  yang  terbentuk  adalah  perlit  halus  ( fine  pearlite ),  sementit, dan  sedikit ferrit (putih) sehingga  mengakibatkan  kekerasan    dari  spesimen  mengalami peningkatan dan pada uji tariknya menghasilkan patah getas ( brittle fracture ).
Pada foto struktur mikro besi cor nodular FCD 60 dengan spesimen 4 seperti dilihat pada gambar 4.6 bahwa struktur yang terbentuk adalah perlit kasar ( coarse pearlite ) dan ferrit (putih).  Sehingga  uji  tariknya  lebih  rendah  dibandingkan  spesimen  lainnya,  dan menghasilkan patah getas ( brittle fracture ).
233.7 501.1 297.2 229.1 0 100 200 300 400 500 600 0 1 2 3 4 5 Nila i k ek er a sa n ra ta -ra ta (H B ) Spesimen Nilai kekerasan

## 3. SKEMA NUMERIK
4.
5.

## 4.1.  KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  dari  penelitian  yang  dilakukan,  maka  dapat  ditarik  beberapa kesimpulan:
a. Pengaruh quenching  temper terhadap  spesimen  besi  cor  nodular  yaitu meningkatnya  nilai  kekerasan  dan  nilai  kekuatan  tarik,  bila  dibandingkan  dengan spesimen non heat treatment , spesimen hasil normalizing dan spesimen hasil annealing. Sedangkan kekuatan luluhnya tidak terukur karena spesimen terlalu getas.
b. Pengaruh quenching    temper terhadap  spesimen  besi  cor  nodular  adalah terbentuknya  stuktur    austenit  dan  martensit  sehingga  spesimen  menjadi  keras. Sedangkan untuk normalizing terbentuk fasa perlit halus dan sementit akibat pendinginan

## Besi Cor Nodular
FCD 60 ( as-cast )
Preparasi spesimen
Heat Treatment (austenitizing)
T= 900 0 C, holding time 2 jam Raw material ( non heat treatment ) Quenching dengan air
garam (10 %
NaCl) Annealing dalam tungku yang dimatikan Pengujian :
- Uji tarik - Uji kekerasn - Uji metalografi
Pengolahan data
Data hasil pengujian
Analisa hasil pengujian Kesimpulan Tempering
T= 300 0 C, holding time 2 jam Normalizin g di udara Mulai Selesai Uji komposisi kimia
yang lambat  yaitu memiliki sifat  menaikkan kekerasan tapi menurunkan kekuatan tarik. Untuk  proses annealing terbentuk  fasa  perlit  kasar  akibat  pendinginan  yang  sangat lambat, memiliki sifat mengurangi kekuatan tarik dan kekerasan.
c. Spesimen  hasil quenching temper memiliki  kuat  tarik  maksimum  933  N/mm², serta tingkat kekerasannya sebesar 501,1 HB. Spesimen hasil normalizing memiliki kuat tarik  maksimum  474  N/mm²  dengan  tingkat  kekerasannya  sebesar  297,2  HB.  Spesimen hasil annealing memiliki kuat tarik maksimum 380 N/mm² dengan tingkat kekerasannya sebesar  229,1  HB.  Regangannya  sama-sama  9  %  dan  untuk  kekuatan  luluhnya  sama- sama tak terukur karena spesimen ketiganya memiliki sifat getas.
d. Dengan  melihat  sifat-sifat  mekanis  hasil  karakterisasi  di  atas,  spesimen  hasil quenching temper ini  sesuai  pada  komponen gear , sprocket , frame , valve ,  dan rolling mill .  Sedangkan  spesimen  hasil annealing dan normalizing sesuai  pada  komponen matrass mesin, body mesin, rumah bearing , dan sebagainya.

## 4.2.  SARAN
Agar penelitian yang selanjutnya bisa mendapatkan hasil yang lebih baik, penulis memberikan masukan saran sebagai berikut:
a. Tujuan  perlakuan  panas  ( heat  treament )  akan  dapat  dicapai  sesuai  karakteristik bahan  dan  jenis-jenis  perlakuan.  Jenis  perlakuan  sangat  dipengaruhi  oleh  suhu  panas yang ditentukan dari kadar karbon dan unsur lainnya.
b. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menambah variasi suhu dan waktu tahan  dalam  proses  perlakuan  panas quenching  temper sehingga  dapat  diperoleh  hasil yang  optimal  untuk  meningkatkan  sifat  mekanis  dan  struktur  mikro  pada  besi  cor nodular.
c. Perlu  dilakukan  penelitian  lebih  lanjut  dengan  menambahkan  proses  perlakuan panas austemper sehingga  bisa  dihasilkan  sifat  mekanis  dan  struktur  mikro  yang  lebih baik untuk besi cor nodular.
d. Perlu  dilakukan  penelitian  lebih  lanjut  dengan  menambahkan  variasi  pengujian yaitu dengan pengujian impak.
e. Perlu  adanya  penelitian  lanjut  yang  variabel  kontrolnya  lebih  lengkap  dengan melihat tegangan dalamnya ( internal stress ).

## REFERENSI
1. Avner,  Sidney  H,  1987 Introduction  to  physical  Metallurgy ,  second  edition, McGraw-Hill International Book Company, Tokyo .
2. Bailey, A.R. 1967. A Text-Book Of Metallurgy . London : Macmillan & co ltd.
3. Hiene, Richard, W, Carl R Loper Jr, and Philip C Rosenthal 1987. Principle of Metal Casting , New Delhi : Tata McGraw-Hill.
4. hapli.wordpress.com/forum-ferro/besi-cor-nodular/
5. http://www.google.co.id/search
6. Nayar, Alok. 1997. The Metals Book. New Delhi : Tata McGraw-Hill.
7. Surdia,  Tata  dan  kenji  Chijiwa.  1996. Teknik  Pengecoran  Logam . Jakarta  :  PT Pradnya Paramitha.
8. Surdia  T,  Saito  S.  1992.  ”Pengetahuan  Bahan  Teknik”,  PT.  Pradnya  Paramita Cetakan Ke Dua, Jakarta
9. Shekhar,  S,  Jaiswal,  A,  2008.  A  Thesis  :  Heat  Treatment  of  S.G.Cast  Iron  and  Its Effects, Nationals Institute of Technology, Rourkela
10. Taupan,  A.  2011.  Tugas  Akhir  : Pengaruh  proses  Pendinginan  udara  dan Pendinginan Air Terhadap Perlakuan Panas Material Ferro Carbon ductile (FCD) , UMS, Surakarta.
11. Van Vlack; Djaprie, S., 1992, Ilmu dan Teknologi Bahan , PT. Erlangga, Jakarta
12. ……..., JIS Handbook Vol 6. 2006. Spheroidal Graphite Iron Casting.