AME(Aplikasi Mekanika dan Energi): Jurnal Ilmiah Teknik Mesin  7 (1) , pp 1-10

## PENGARUH PROSES HARDENING TEMPERING TERHADAP KEKERASAN,

## STRUKTUR MIKRO DAN IMPAK PADA BAJA PADUAN RENDAH
Moch Chamim 1* , Haikal 1 , Fatimah NH 1 , Ardika 1
1 Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi “Warga” Surakarta, Indonesia

## ABSTRAK
Baja  paduan  rendah  banyak  digunakan  untuk  material  khusus  salah  satunya  material  tahan  abrasif. Ketahanan  abrasif  didapatkan  dari  nilai  kekerasan  yang  tinggi.  Meningkatnya  kekerasan  akan mengakibatkan  kerugian  karena  cenderung  rapuh  sehingga  perlu  proses  lanjutan  yaitu  temper. Penelitian ini dilakukan dengan cara memanaskan spesimen pada temperatur austenit 800°C dan 850°C dengan holding 15 menit kemudian didinginkan dengan media oli dan ditemper pada temperatur 300°C dengan holding 15menit  didinginkan  pada  udara  terbuka.  Pada  spesimen  yang  telah  mengalami pemanasan  dan  pendinginan  tersebut  kemudian  dilakukan  pengujian  Kekerasan,  Impak  dan  struktur mikro  untuk  mengetahui  perubahan  sifat  dari  baja  paduan  rendah.  Hasil  pengujian  terlihat  susunan martensit temper dan jaringan krom karbida sebelum adanya proses perlakuan panas. Martensit temper memiliki kekuatan akan tetapi ada sedikit keuletan didalamnya karena hasil proses tempering. Karbida krom  memiliki  sifat  sangat  keras  yang  terbentuk  setelah  proses quenching bertujuan  untuk mempertahankan kekuatan material. setelah proses perlakuan panas, material paduan akan berubah sifat fisik  dan  mekaniknya.  Nilai  kekerasan  sangat  berpengaruh  terhadap  penyerapan  energi.  Kekerasan semakin tinggi akan menurunkan nilai penyerapan energi.
Kata kunci : baja paduan rendah; impak; kekerasan; metalografi; temper

## ABSTRACT
Low alloy steel is widely used for special materials, one of which is abrasive resistance. Abrasive resistance is obtained from high hardness values. Increased violence will result in losses because it tends to be brittle so it needs  further  processing,  namely  tempering.  This  research  was  conducted  by  heating  the  specimens  at  an austenite temperature of 800 ° C and 850 ° C with holding for 15 minutes then cooled with oil media and tempered at a temperature of 300 ° C with holding 15 minutes cooled in open air. The specimens that have undergone heating and cooling are then tested for hardness, impact and microstructure to determine changes in the properties of low alloy steels. The test results show the composition of the martensite and chromium carbide network before the heat treatment process. The chromium carbide dissolves after the heat treatment process. The value of hardness greatly affects energy absorption.
Keywords : low alloy steel,impact, hardness, metallography, tempering

## 1. PENDAHULUAN
Struktur  dan  paduan  logam  merupakan faktor yang menentukan dari susunan mikro baja yang mempengaruhi sifat logam. Untuk mendapatkan  struktur  mikro  yang  baik  dengan memperbaiki  sifat  logam  dapat  diupayakan melalui proses perlakuan panas. Perlakuan panas ( Heat  Treatment )  merupakan  proses  pemanasan dan  pendinginan  logam  dalam  keadaan  padat
* Penulis korespondensi Email: mchamim1@gmail.com
Diterima 09 Desember 2020; Penerimaan hasil revisi 18 Januari 2021; Disetujui 25 Januari 2021 Tersedia online Maret 2021
AME (Aplikasi Mekanika dan Energi): Jurnal Ilmiah Teknik Mesin © 2021
untuk  mengubah  sifat  mekanis  logam.  Untuk melakukan  perlakuan  panas  yang  tepat,  susunan kimia baja harus diketahui karena pada proses ini terjadi  perubahan  komposisi  kimia  terutama unsur  karbon  yang  mempengaruhi  sifat  fisis logam.  Besi  dan  baja  memiliki  sifat  yang bervariasi,  dari  yang  paling  lunak  dan  mudah dibentuk sampai yang paling keras.
Perlakuan  panas  pada  baja  AISI  440 menghasilkan  martensit  dan retained  martensite
Volume 6 Nomor 1 Januari 2020 pp 21-25 Website: http://ejournal.uika-bogor.ac.id/index.php/ame/index
[1] . Penelitian lain perlakuan panas baja dengan kandungan  Mn  5,42  %  pada  tempering  suhu intercritical pada  625°  C  dan  665°  C, ketangguhan  impak  meningkat  dibandingkan dengan  tempering  pada  570  °  C  [2].  Penelitian lain  perlakuan  panas  baja  paduan  tinggi  sangat berpengaruh  pada  perubahan  struktur  mikro khususnya  fasa  martensit  yang  dibentuk  oleh pengendapan  elemen  krom  sebagai  pembentuk karbida [3]–[5].
Dislokasi butiran dan mekanisme deformasi  fase  yang  dipengaruhi  proses  temper disebabkan redistribusi kandungan C dalam butir. Proses temper mengakibatkan difusi karbon dari martensit  ke  austenit  yang  tertahan  dan memebentuk  nano  karbida  dalam  matriks martensit sehingga nilai kekeasan martensit turun [6]. Material spring memiliki kekakuan sehingga proses temper yang bertujuan untuk mendapatkan ketangguhan  akan  tetapi  tidak  mengurangi kekakuan yang diakibatkan nilai kekerasan [7].
Penelitian yang dilakukan Ali dkk (2019)
tentang
karakteristik karbida dengan menggunakan scanning  electron  microscopy pada  karbon  yang  diekstraksi  terlihat  martensit temper  dengan  jumlah  fraksi  kecil  muncul  dari endapan  austenit  yang  tertahan  [8].  Proses karakteristik  juga  dilakukan  oleh  Jiang  (2018) pada  material  baja  2.25Cr-1Mo-0.25V  dengan proses forging berisi granular bainite yang terdiri dari  ferit  bainitik  dan  butiran  martensit  seperti pulau berwarna kuning dan retained austenite [9]. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui  pengaruh  proses  temper  terhadap baja  paduan  rendah  produksi  lokal  dilihat  dari sifat  mekanis  dan  sifat  fisik.  Produk  lokal  yang telah  dilakukan  riset  mengalami  kegagalan dengan hasil material yang sangat getas. Produk akan  digunakan  sebagai  material  part  alat  berat dimana membutuhkan ketangguhan dan kekuatan yang seimbang dengan memodifikasi kandungan kimia dan proses perlakuan panasnya.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Material dan Proses Heat Treatment
Material  yang  digunakan  adalah  baja dengan  kandungan  karbon  yang  rendah  sekitar 0,283 % seperti di Tabel 1. Elemen lain yaitu Cr (krom) dan Ni (Nikel) memiliki kandungan 2,085 % dan 3,751 %. Tujuan meningkatkan Cr untuk
meningkatkan kekuatan dan Ni sebagai penstabil austenit sehingga menghindari keretakan.
Proses heat  treatment seperti  Gambar  1 dengan temperatur 800° C (Spesimen 1) dan 850° C  (Spesimen  2)  ditahan  selama  15  menit kemudian  material  di- quench menggunakan  oli (Gambar  2).  Selanjutnya,  seluruh  material dimasukkan  lagi  ke electric  furnace untuk tempering dengan  temperatur  300°C  ditahan selama 15 menit.
Tabel 1. Komposisi Kimia Raw material Elemen Berat (%) Karbon 0.238 Silikon Mangan Fosfor Sulfur Krom 0.166 1.318 0.020 0.0046 2.085 Nikel 3.751 Molibdenum 0.54 2.2 Metode Pengujian 2.2.1 Pengujian Impak
Raw material  awal  berbentuk  balok-balok ukuran  210  mm  x  60  mm  dan  dipotong menggunakan  mesin  cutting  sebanyak  6  buah. Melalui  proses  permesinan  material  dibuat sampai dengan ukuran 55 mm x 10 mm x 10 mm menjadi  spesimen  dan  membuat  alur  V  dengan ukuran  2mmx2mm  dibagian  tengah-tengah spesimen sesuai standar ASTM E23.
Gambar 1. Proses Heat Treatment didalam electric furnace
Gambar 3. Spesimen Uji Impak

## 2.2.2 Pengujian  Kekerasan  dan  Struktur
Mikro
Pengujian  kekerasan  dan  struktur  mikro menggunakan  bagian  dari  material  uji  impak. Seteleh  diuji  impak,  spesimen  dihaluskan menggunakan sand  paper grade  100-1000. Pengujian  kekerasan  menggunakan  metode Vickers  dengan  beban  9,8  N  penahan  20  detik. Data yang diambil untuk uji kekerasan sebanyak 3  titik  lokasi  secara  acak  kemudian  hasilnya dirata-rata.  Gambar  struktur  mikro  diambil dengan  perbesaran  200X  dan  500X.  Sebelum proses  pengambilan  gambar  Struktur  mikro permukaan  spesimen  dietsa  menggunakan  Nital yaitu campran alkohol 20 ml dan HnO3.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Pengaruh Krom pada Struktur Mikro
Gambar 4. Raw Material Perbesaran 200X
Gambar 5. Raw Material Perbesaran 500X
Gambar 6. Spesimen 1 Perbesaran 200X
Gambar 7. Spesimen 1 Perbesaran 500X
Gambar 8. Spesimen 2 Perbesaran 200X
Gambar 9. Spesimen 2 Perbesaran 500X
Krom  terlihat  menyebar  diseluruh Raw material dengan membentuk seperti dot atau titik seperti  Gambar  4  dan  Gambar  5.  Saat  proses solidifikasi,  ada  beberapa  elemen  krom  bersatu dengan karbon membentuk karbida krom karena pendinginan  lambat.  Spesimen  1  mengalami peningkatan  jaringan  karbida  karena  pengaruh heat  treatment .  Saat  masuk  temperatur  austenit, krom  larut  membentuk  jaringan  karbida  krom yang  besar  dan  beberapa  jaringan  martensit
Karbida Krom Martensit Krom Karbida Krom Martensit Krom
Martensit Karbida Krom Karbida Krom Martensit Martensit Temper Karbida Krom Martensit Temper Karbida Krom
sangat  terlihat  kasar  seperti  Gambar  6.  dan Gambar  7.  Jaringan  krom  karbida  terbentuk dengan meningkatnya  suhu austenit hasil proses heat treatment spesimen 2. Karbida krom sangat besar  membentuk  sebuah  koloni.  Ada  hal  yang menarik  seiring  meningkatnya  suhu  austenit dimana terdapat martensit temper didalam koloni karbida  krom  seperti  Gambar  8  dan  Gambar  9. Propertis  martensit  temper  sangat  bagus  karena memiliki kekuatan dan juga ketangguhan.

## 3.2 Hubungan  Penyerapan  Energi  dengan kekerasan
Hubungan  kekerasan  dan  penyerapan  energi material  sangat  penting  dalam  penelitian  ini.  Hasil pengujian  kekerasan  disandingkan  dengan  hasil  uji impak  sangat  menarik  untuk  dibahas  seperti  pada Gambar 10. Nilai kekerasan tertinggi terdapat di raw material  sebesar  556,1  HV  akan  tetapi  penyerapan energi  sangat  rendah  sebesar  0,526  J/mm 2 .  Hal  ini disebabkan oleh sifat getas dari nilai kekerasan tinggi sehingga keuletan berkurang. Spesimen 1 mengalami penurunan nilai kekerasan sebesar 410,8 HV karena pengaruh proses  temper setelah quenching . Penyerapan  energi  di  spesimen  ini  sebesar  0,833 J/mm 2 .  Kekerasan  specimen  2  meningkat  sebesar 444,2  HV  karena  banyak  jaringan  karbida  krom terbentuk.  Hal  yang  menarik  di  spesimen  2  adalah nilai  penyerapan  energi  yang  paling  tinggi  diantara dua  spesimen  yang  lain  padahal  nilai  kekerasan meningkat  dibandingkan  spesimen  1.  Munculnya martensit temper menyebabkan sedikitnya kekerasan akan  tetapi  memiliki  ketangguhan.  Sifat  martensit temper  sangat  membantu  peningkatan  propertis material baja paduan.
Gambar 10. Grafik hubungan kekerasan dengan nilai penyerapan energi impak

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN
Hasil  perlakuan  panas  material  baja  paduan rendah produksi lokal dapat disimpulkan:
 Material  hasil  produk casting (pengecoran logam)  tidak  bisa  langsung  digunakan karena  memiliki  sifat  yang  masih  buruk yaitu kekerasan tinggi dan cenderung getas
 Proses heat  treatment menggunakan  suhu austenit  bisa  melarutkan  kandungan  krom menjadi  fasa  baru  karbida  krom  dalam bentuk jaringan.
 Proses temper akan membuat nilai kekerasan material turun dan meningkatkan keuletan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terimakasih  untuk  LPPM  Sekolah  Tinggi Teknologi  “Warga”  Surakarta  atas  pembiayaan melalui program penelitian lokal.

## REFERENSI
[1] R.  Subbiah,  K.  Lokesh,  S.  K.  Singh,  S.
Chatterjee, and D. Eswaraiah, “ScienceDirect Investigation
on Microstructure and Mechanical Properties of Treated  AISI  440  Steel by  Tempering Process -A Review,” Mater. Today Proc. , vol.  18,  pp.  2802–2805,  2019,  doi: 10.1016/j.matpr.2019.07.146.
[2] C. Sun, S. L. Liu, R. D. K. Misra, Q. Li, and  D.  H.  Li,  “Materials  Science  & Engineering A In fl uence of intercritical tempering temperature on impact toughness  of  a  quenched  and  tempered medium-Mn steel : Intercritical tempering versus  traditional  tempering,”  vol.  711, no.  September  2017,  pp.  484–491,  2018, doi: 10.1016/j.msea.2017.11.072.
[3] J.  Zhu,  Z.  Zhang,  and  J.  Xie,  “Materials Science  &  Engineering  A  Improving strength and ductility of H13 die steel by pre-tempering treatment and its mechanism,” Mater. Sci. Eng. A , vol. 752, no.  March,  pp.  101–114,  2019,  doi: 10.1016/j.msea.2019.02.085.
[4] Y.  Zhang,  D.  Zhan,  X.  Qi,  and  Z.  Jiang, “Journal  of  Materials  Science  & Technology Effect of tempering temperature  on  the  microstructure  and properties  of  ultrahigh-strength  stainless steel,” J. Mater. Sci. Technol. , vol. 35, no.
7, pp. 1240–1249,
2019, doi:
556,1 410,8 444,2 0,526 0,833
1,064
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 300 400 500 600 1 2 3 Im p ak ( J/m m 2 ) Kek er asan ( HV) Hubungan Kekerasan dan Penyerapan Energi Raw 1 2
10.1016/j.jmst.2019.01.009.
[5] S.  S.  M.  Tavares,  R.  P.  C.  Cunha,  C. Barbosa,  and  J.  L.  M.  Andia,  “Temper embrittlement  of  9  %  Ni  low  carbon steel,” Eng.  Fail.  Anal. ,  vol.  96,  no. October  2018,  pp.  538–542,  2019,  doi: 10.1016/j.engfailanal.2018.11.011.
[6] R.  Hossain,  F.  Pahlevani,  and  V. Sahajwalla,  “Materials  Characterization
Stability  of  retained  austenite  in  high carbon  steel  –  E  ff  ect  of post-tempering heat  treatment,” Mater.  Charact. ,  vol. 149,  no.  November  2018,  pp.  239–247, 2019,
doi: 10.1016/j.matchar.2019.01.034. [7] Y.  G.  Chabak,  V.  L.  Greshta,  and  M.  V
Pomazkov,  “Author  ’  s  Accepted
Manuscript,” 2018, doi: 10.1016/j.msea.2018.12.106.
[8] M. Ali, D. Porter, J. Kömi, M. Eissa, and
H. El, “Materials Science & Engineering
A The effect of double austenitization and quenching  on  the  microstructure  and mechanical properties of CrNiMoWMnV ultrahigh-strength steels after low- temperature tempering,” Mater. Sci. Eng.
A ,  vol.  763,  no.  April,  p.  138169,  2019, doi: 10.1016/j.msea.2019.138169.
[9] Z.  Jiang,  P.  Wang,  D.  Li,  and  Y.  Li, “Author ’ s Accepted Manuscript,” Mater.
Sci.  Eng.  A ,  pp.  0–35,  2018,  doi: 10.1016/j.msea.2018.11.014.