Terbit online pada laman web jurnal : http://jurnal.sttp-yds.ac.id

## SAINSTEK
(e-Journal)
|    ISSN (Print) 2337-6910    |    ISSN (Online) 2460-1039    |

## INVESTIGASI  KEKERASAN  MATERIAL  AISI  1045    PENGARUH  PROSES FULL ANNEALING MENGGUNAKAN FULL FACTORIAL DESIGN
Weriono 1 , Rinaldi 2
1. Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru, JL Dirgantara, Pekanbaru 2. Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru, JL Dirgantara, Pekanbaru

## I NFORMASI A RTIKEL

## A B S T R A C T
Sejarah Artikel  : Sub. 11 April 2020
Diterima Redaksi : 29 April 2020
Revisi Akhir : 25 Juni 2020
Diterbitkan Online : 30 Juni 2020
Pendinginan  merupakan  faktor  yang  menentukan  kekerasan suatu  material.  Ada  dua  media quench yang  sering  dgunakan  yaitu media oli dan air. Quench oli adalah pendinginan yang lebih perlahan sehingga  mencegah  retak  akibat  kecepatan  akspansi  material dibandingkan  dengan quench air.  Pemaparan  fenomena  yang  terjadi di  lapangan  untuk  penggunaan  elemen  mesin  yang  terbuat  dari  baja karbon sedang AISI 1045 dibatasi pada kegagalan elemen mesin yang diakibatkan  oleh  beban  personal  atau  beban  mekanik.  Metode Full Factorial  Design  of  Experiment digunakan  untuk  mengkaji  hasil  uji kekerasan  sesuai  dengan  hipotesa  pengujian. Design  of  Experiment (DOE)  telah banyak digunakan untuk menentukan faktor desain yang signifikan  mempengaruhi  respons  target  dan  membangun  empiris model yang mewakili hubungan antara faktor signifikan.
Untuk mendapatkan respon  kekerasan terhadap perlakuan panas full  annealing dengan  media Quenching Oil  dan  air  sehingga  pada penelitian  ini  digunakan  material  AISI  1045  dengan  variasi temperatur  750 0 C,  800 0 C  dan  850 0 C.  AISI  1045  hasil  produksi komersial  dengan  memotong  sebagian  kemudian  diambil  untuk dilakukan  pengujian  kekerasan  Metode Full  Factorial  Design  of Experiment digunakan  untuk  mengkaji  hasil  uji  kekerasan  sesuai dengan hipotesa sesuai analisis varians (Anova).
Respon  input  data full  factorial  design pengujian  kekerasan dipengaruhi  media  pendingin  dan  temperatur  proses full  annealing pada  material  AISI  1045.  Pengaruh  media  pendingin  menghaslkan F o,5%,  2,18 =  3,55,maka  F o =26,73>3,55  menunjukan  pengaruh  media pendingin  berpengaruh  terhadap  kekerasan  AISI  1045  sedangkan pengaruh temperatur menghaslkan F o, 5%, 2,18 = 3,55, maka F o = 31,74 >  3,55  menunjukan  pengaruh  temperatur  berpengaruh  terhadap kekerasan  AISI  1045. Pengaruh   interaksi  media  pendingin  terhadap temperatur  menghaslkan  F o,  5%,  1,18 =  3,55,  maka  F o =    6,58  >  4,41 menunjukan  pengaruh  media  pendingin  berinteraksi  temperatur berpengaruh terhadap kekerasan.
K ATA K UNCI
Full annealing AISI 4140 K ekerasan ,

## Full Factorial Design of Experimental

## K ORESPONDENSI
Telepon : 08116356924
E-mail: weriono@gmail.com ; rinaldiyds@gmail.com ;

## 1. PENDAHULUAN
Proses full annealing quench oli dan air yang dilakukan untuk mendapatkan kekerasan,  kekuatan  tarik  dan  impak  sesuai sifat  material  standard  sehingga  material yang  akan  digunakan  untuk  suatu  produk
khusus dapat terkendali kualitasnya. Tujuan dari full  annealing adalah  pelunakan  untuk mengurangi  kekerasan  material,  adapun proses    dilakukan  yaitu  perlakukan  panas kemudian  pendinginan  dengan  media  oli atau  air  dilakukan  secara  perlahan  di  dalam
tungku  pembakaran  [1,10].  Pendinginan merupakan faktor yang menentukan kekerasan  suatu  material.  Ada  dua  media quench yang  sering  dgunakan  yaitu  media oli  dan  air. Quench oli  adalah  pendinginan yang  lebih  perlahan  sehingga  mencegah retak  akibat  kecepatan  akspansi  material dibandingkan  dengan quench air  [1].
Pemaparan  fenomena  yang  terjadi  di lapangan  untuk  penggunaan  elemen  mesin yang  terbuat  dari  baja  AISI  1045  dibatasi pada kegagalan elemen mesin yang diakibatkan oleh beban  personal atau beban mekanik.
Semua  elemen  mesin  yang  digunakan dalam  pengoperasiannya  akan  menerima gaya  luar  yang  antara  lain  tegangan  tarik, tekan maupun gaya geser sehingga menimbulkan  deformasi  atau  perubahan bentuk    [11].  Usaha  menjaga  material  baja agar  lebih  tahan  gesekan,  tarikan  atau tekanan adalah dengan cara perlakuan panas pada baja [1,4].
Proses ini meliputi pemanasan baja pada suhu  tertentu,  dipertahankan  pada  waktu tertentu  dan  didinginkan  pada  media pendingin tertentu pula.
Perlakuan
menghilangkan tegangan internal,
menghaluskan butir kristal atom, meningkatkan kekerasan, meningkatkan tegangan  tarik  logam  dan  sebagainya  [7,8], Tujuan  ini  akan  tercapai  seperti  apa  yang diinginkan  jika  memperhatikan  parameter yang mempengaruhinya seperti suhu
pemanasan  dan  media  pendingin  yang digunakan.
Dalam  penelitian  ini  melihat  sejauh mana pengaruh dimensi, temperatur perlakuan  panas  dan  media  pendingin mempengaruhi sifat linear terhadap kekerasan  ,  kekuatan  tarik  baja  AISI  1045 sehingga  diketahui  tingkat  perbandingan kekerasan  serta  pengaruhnya  pada  variasi diameter  (input  mempengaruhi  respon)  [9]. Kesesuaian  pengujian  terhadap  spesifikasi kegunaannya  maka  dapat  diambil  suatu keputusan  untuk  melakukan  proses  lebih lanjut  maupun  tidak  dilakukan  proses kembali  setelah perlakuan  panas sehingga menghemat waktu dan biaya produksi.
Pengkajian  lebih  lanjut  dampak  dari faktor  perbedaan  variasi  media  pendingin dan  temperatur  perlakuan  panas  pada material yang ada dilakukan untuk mendapatkan  hasil  pengujian  kekerasan yang  sesuai  dengan  dikurangi  kesalahan  – kesalahan pengujian. Metode Full Factorial Design  of  Experiment digunakan  untuk mengkaji  hasil  uji  kekerasan  sesuai  dengan hipotesa. Design  of  Experiment (DOE) telah  banyak  digunakan  untuk  menentukan faktor desain yang signifikan mempengaruhi respons  target  dan  membangun  empiris model  yang  mewakili  hubungan  antara faktor  signifikan.  Meninjau  ulang  literatur mengungkapkan  bahwa  mayoritas  peneliti mengeksplorasi  berbagai  metode  DOE untuk  mengevaluasi  dan  mengoptimalkan properti.
Sementara  itu  dipakai  analisis  varians (ANOVA) dapat digunakan untuk menentukan  faktor  yang  paling  signifikan dalam  proses  pengujian  hasil.  ANOVA adalah  satu-satunya  alat  statistik  yang digunakan  dalam  penelitian.  DOE  adalah metode sistematis untuk menentukan hubungan  antar  faktor  mempengaruhi  suatu proses  dan  hasilnya  [2].  Biasanya,  metode DOE  dapat  dibagi  dalam  desain  faktorial penuh (FFD) dan desain faktorial fraksional dikenal  juga  sebagai  desain eksperimental Taguchi  (TED)  [3].  Dalam  FFD  desain semua  kombinasi  level  parameter  diuji untuk  menganalisis  hasil.  Di  samping itu,dalam  desain  faktorial  pecahan  TED, hanya sebagian dari level  yang dipilih  yang digunakan dalam analisis.
Sejumlah peneliti menerapkan
metode DOE faktorial penuh dan fraksional dalam  penelitian  mereka,  oleh  karena  itu sangat  penting  untuk  memilih  desain  yang sesuai dari mana percobaan akan ditentukan untuk mendapatkan lebih memahami proses dan menentukan bagaimana input mempengaruhi respon [5,6].

## 2. METODOLOGI
2.1   Material AISI 1045
Pada penelitian ini digunakan material AISI 1045 dengan diameer 19 mm dengan  komposisi  unsur  kimia  sesuai spesifikasi  standard  seperti  pada  Tabel  2.1. AISI  1045  hasil  poduksi  komersial  industri yang berstandard dengan memotong
sebagian  material  spesiemen  kemudian diambil untuk dilakukan pengujian.
Tabel 2.1. Komposisi kimia baja AISI 1045 Unsur C (%) Si (%) Mn (%) Mo (%) P (%) S (%) AISI 1045 0,4- 0,45 0,1- 0,3 0,6- 0,9 0,025 0,04 max 0,05 max

## 2.2  Tungku  Pemanas  Dan  Media Pendingin
Perlakuan  panas    menggunakan  tungku pemanas listrik dengan penyetelan temperatur 750 0 C, 800 0 C dan 850 0 C serta ditahan  selama  30  menit  pembakaran  di dalam  tungku  dengan  proses full  annealing kemudian  dilakukan  pendinginan  media quenching dengan  media  Oli  SAE  10W40 dan media Air.

## 2.3   Uji Kekerasan Dan DOE
Pengujian  kekerasan  dengan rockwell test (HRC)  dilakukan  sesudah  proses perlakuan  panas  temperatur  750 0 C,  800 0 C dan  850 0 C  dan  media  pendinginan dilakukan masing - masing 4 kali pengambilan  data  kekerasan.  Spesimen pengujian  kekerasan  sesuai  pada  Standard pengujian  ASTM    E  18.  Spesiemen dipotong  berbentuk  bulat  kemudian  dibuat titik daerah pengujian.
Tujuan  pengujian  penelitian  untuk mengumpulkan data kekerasan bahan sesudah    dilakukan  proses Full  Annealing . Metode Full Factorial Design of
Experiment digunakan untuk mengkaji hasil
uji  kekerasan  sesuai  dengan  hipotesa  sesuai analisis varians (Anova).

## 3.   HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1  Hasil Uji Tarik AISI 1045
Hasil  pengujian  standard  dengan tensile  test  machine dan  pengujian  lainnya untuk  pengambilan  data    standard  material AISI  1045  sebelum  dilakukan  perlakuan panas full  annealing sesuai  standard pengujian  diperlihatkan  pada  Tabel  3.1. Diagram  fasa  yang  merupakan  landasan perlakuan  panas  bagi  logam.  Terdapat hubungan antara struktur mikro dengan sifat – sifat mekanis suatu material.
Tabel 3.1  Uji tarik dan impak  sebelum proses full annealing Jenis Nilai Ultimate Strength (N/mm 2 ) 818,618 Yield Strength (N/mm 2 ) 396 Modulus Elastisitas (Gpa) 200 Regangan (%) 19,6 Energi Impak  (E) 4,8 Kekuatan Impak 5,536 Sumber : AISI (American Iron and Steel Institute

## 3.2    Hasil Uji Kekerasan
Hasil  uji  kekerasan  dilakukan  dengan
4  kali  setiap  permukaan  setelah  proses full annealing dengan  media  pendingin  oli  dan air  pada  temperatur  750 0 C,  800 0 C  dan 850 0 C sesuai Tabel 3.2.
Tabel 3.2  Uji kekerasan AISI 1045 setelah proses full annealing
Media Pending in Temperatur 750 0 (HRC) 800 0 (HRC) 850 0 (HRC) Oli 31,5 30 35 33 30 29
30,5 35 39 37 32 31 Air 32,5 34 38 39 31 32,5 36,5 38 43 41,5 35 34
Gambar 3.1  Hasil uji kekerasan media pendinginan oli
Pada  Tabel  3.2  ,  Gambar  3.1  dan  Gambar 3.2  memperlihatkan  pengujian  kekerasan Rockwell  Test yang  dilakukan  4  kali pengujian  di  permukaan  pada  logam  AISI 1045  sesuai  standard  pengujian.  Pada kenaikkan temperatur 850 0 C dengan media pendingin  oli  dan  media  pendingin  air, mempunyai  nilai  kekerasan  meningkat  dari temperatur 750 0 C.
Gambar 3.2  Hasil uji kekerasan media pendingin air
Tabel 3.2 , gambar 3.1 dan gambar 3.2 dapat  dilihat  kekerasan  yang  merupakan
HRC T e m p e ra tu r
respon  pengujian  masing  –  masing  4  kali pengujian  dengan rockwell  test di  dalam standard  pengujian  sesudah  dilakukan perlakuan  panas  temperatur  750 0 C,  800 0 C dan  850 0 C  serta  media  pendingin  oli  serta air.
Tabel 3.3 Full factorial design proses full annealing Media Pendingin Temperatur 750 0 (HRC) 800 0 (HRC) 850 0 (HRC) Oli 31,5 30 35 33 30 29 30,5 35 39 37 32 31 127 144 122
393
Air 32,5 34 38 39 31 32,5 36,5 38 43 41,5 35
34 141 161,5 132,5 435 Ti 268 305,5 254,5 828
Tabel  3.3  menjelaskan  hasil  metode full factorial design pengaruh efek temperatur  dan  media  pendingin.  Interaksi efek  adalah  kombinasi  efek  dari  kedua faktor atau lebih dalam melakukan pengujian  dengan  analisis  ANOVA.  Faktor pada  pengujian  ini  adalah  efek  dari  media pendingin  dan  temperatur  Interaksi  efek terjadi  bila  terdapat  perbedaan  respon  pada kedua  level  media  pendingin  ketika  terjadi perubahan temperatur.
Jumlah pengujian / observasi (N) = 24
∑ T 2 CF ( Corection Factor ) =  ____ N = 28.566
a    b     c SS total = ∑ ∑ ∑ Y 2 -  CF i=1 j=1 k=1    ijk
=  334,5
a SS Media Pendingin = ∑ T j 2 -  CF j=1 b.n
= 73,5
b SS Temperatur = ∑ T j 2 -  CF j=1  a.n
=  174,56
a     b SS Media Pendingin xTemperatur = ∑ ∑ T ij 2 -  CF i=1  j=1   n
=  36,19
Berdasarkan  Tabel  3.3  maka  kita  dapat menghitung nilai efek dari masing – masing faktor  antara  lain  efek  media  pendingin, temperatur  dan  media  pendingin  terhadap temperatur  .  Masing  –  masing  CF  dari  data kekerasan  dengan  pengulangan  pengujian  4 kali, dengan efek media pendingin dan efek temperatur    sebagai  faktor  parameter. Dengan  menerapkan  metode  DOE  faktorial penuh  menggunakan  perhitungan  Anova pada  hasil  uji  kekerasan  maka  didapat masing – masing nilai sesuai pada Tabel 3.3 Berdasrkan  Tabel  3.3  hasil  perhitungan Anova  dapat  dihitung  untuk  melihat  H 0 tidak dapat diterima sedangkan H 1 diterima.
Hasil  evaluasi  respon  dari  input  data pengujian maka pengujian kekerasan dipengaruhi    media  pendingin,  temperatur dan  media  pendingin  berinteraksi  dengan temperatur  pada  material  AISI  1045 pengambilan  data  permukaan  pengujian. Dengan  menerapkan  metode  DOE  faktorial penuh  menggunakan  perhitungan  Anova pada  hasil  uji  kekerasan  maka  didapat masing  –  masing  nilai  sesuai  ditunjukan pada Tabel 3.4.
Tabel 3.4. Anova Full Factorial Kekerasan proses f ull Annealing Source of Variation Sample of square Degre of fredom Mean Square F o Media Pendingin 73,5 1 73,5 26,73 Temperatur 174,56 2 87,28 31,74 Media Pendingin x Temperature 36,19 2 18,09 6,58 Interaction Error 49,54 18 2,75 Total 333,79 23
Tabel  3.4  menunjukan  data full  factorial design nilai dari F 0 kemudian dibandingkan dengan  data  F 0 standard  untuk  melihat  H 0 atau H 1 antara lain :
1. F o, 5%, 2,18 = 3,55, maka F o = 26,73 > 3,55
(Pengaruh  media  pendingin  terhadap kekerasan)
2.  F o,  5%,  2,18 =  3,55,maka  F o =  31,74  >3,55 (Pengaruh temperatur terhadap kekerasan)
3.  F o, 5%, 1,18 = 3,55, maka F o =  6,58 > 4,41
(Pengaruh  media  pendingin  berinteraksi terhadap temperatur kekerasan)
Berdasrkan  Tabel  3.4    hasil  perhitungan Anova  dapat  dilihat  bahwa  H 0 tidak  dapat diterima  sedangkan  H 1 diterima.  Hasil evaluasi  respon  input  data  pengujian  maka pengujian  kekerasan  dipengaruhi  media pendingin  dan  temperatur  perlakuan  panas pada material AISI 1045.

## 4.    KESIMPULAN
Respon  input  data full  factorial  design pengujian  kekerasan    dipengaruhi  media pendingin  dan  temperatur  pada  proses full annealing terhadap  material  AISI  1045.
Pengaruh  media  pendingin  menghasilkan antara lain F o, 5%, 2,18 = 3,55, maka F o = 26,73 >  3,55  menunjukan  pengaruh  media pendingin  berpengaruh  signifikan  terhadap kekerasan  AISI  1045  sedangkan  pengaruh temperatur  menghasilkan  antara lain F o, 5%,
2,18 =  3,55,  maka  F o =  31,74  >  3,55 menunjukan pengaruh temperatur berpengaruh  signifikan  terhadap  kekerasan AISI  1045.  Pengaruh  interaksi  media pendingin terhadap temperatur menghasilkan    antara  lain  F o,  5%,  1,18 =  3,55, maka  F o =    6,58  >  4,41  menunjukan pengaruh  media  pendingin  berinteraksi temperatur  berpengaruh  signifikan  terhadap kekerasan  AISI  1045.  Fo  pengaruh  media pendingin,  temperatur  dan  interaksi  media pendingin terhadap temperatur memperlihatkan  data  keseluruhan  H 0 tidak dapat diterima sedangkan H 1 dapat diterima.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Shigley , Element Design, New York,
McGraw-Hill, 2011, hal :  204
[2]  Kumar  S,  SHAN  H  S, Optimization  of tensile properties of evaporative casting process  through  Taguchi's  method [J].
Journal  of  Materials  Science  and Technology , 2008, hal : 59−69.
[3]  S.H. You, J.H. Lee, S.H. Oh, A Study on Cutting  Characteristics  in  Turning Operations  of  Titanium  Alloy  used  in Automobile ,  Int.  J.  Precis.  Eng.  Manuf.
20 (2019) 209–216.
[4]   Weriono, Karakteristik kekuatan
Material  AISI  4140  Dengan  Variasi
Diameter Akibat Proses Temper Quench , Jurnal Sainstek 6 (1)
|Vol:|Issue : 2018,hal : 1
[5]  M.Tanco,E.Viles,L.Pozueta, Comparing
different  approaches  for  design  of experiment (DOE),  in:Lect.  Notes
Electr. Eng., 2009. doi:10.1007/978-90- 481-2311-7_52.
[6] T.Menten, M. Phadke, Quality
Engineering  Using  Robust  Design ,
Technometrics. (2006).
[7]     Serope Kalpakjian – Steven Schmid ,
Manufacturing Engineering And Technology , 5 nd edition, ,2006,
Pearson Prentice Hall, hal : 150.
[8]    Avner.H.S  1974, Introduction  to Physical Metallurgy , 2 nd edition, New York,  McGraw-Hill International
Editions , hal : 185
[9]      Weriono,  Pengaruh  Media  Pendingin
Dalam Proses Temper Quench Terhadap Kekuatan Impak dan Kekerasan  AISI  1045,  JMEMME ( Journal  of  Mechanical  Engineering  , Manufactures Materials and
Enggineering )|Vol :Issue :2019,hal : 1
[10]  Weriono,  Kareteristik  Proses  Full
Annealing  dengan  Variasi  Media
Quench Terhadap Kekuatan Mekanik
AISI 10 45 STTDumai, hal :1
[11]  Wahyudin      K    dan    Wahjoe  Hidayat,
Pengetahuan  Logam  2,  Bandung,
2010,hal:85.