Website : http://journal.univpancasila.ac.id/index.php/asiimetrik/ Email    : asiimetrik@univpancasila.ac.id

## PENGARUH DIRECT DAN IN-DIRECT QUENCHING DENGAN MEDIA AIR TERHADAP KEKERASAN HASIL HARDFACING BAJA KARBON
Direct and In-Direct Water Quenching Effect to Hardness of Hardfacing Layers on Carbon Steel
Ferry Budhi Susetyo * , Imam Basori dan Dwi Maryanto Universitas Negeri Jakarta, Jl. Rawamangun Muka, Rawamangun, Jakarta Timur, Indonesia

## Informasi artikel
Diterima: 28/04/2020 Direvisi  : 09/05/2020 Disetujui: 24/06/2020

## Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh direct-quenching dan furnace-quenching dengan media air terhadap nilai kekerasan dan struktur  makro  hasil hardfacing menggunakan  elektroda  HV  600.
Proses direct quenching satu dilakukan hardfacing dua lapis dengan satu kali quenching menggunakan air, pada proses direct quenching dua  dilakukan hardfacing dua  lapis  dengan  dua  kali quenching menggunakan  air.  Selanjutnya  pada  spesimen furnace  quenching dilakukan  proses hardfacing dua  lapis,  kemudian  dilanjutkan  proses heat treatment dengan variasi holding time (10, 20 dan 30 menit) lalu dilakukan quenching menggunakan air. Kekerasan furnace quenching lebih  tinggi  jika  dibandingkan direct  quenching .  Pada  spesimen furnace quenching semakin lama holding time dalam furnace maka nilai  kekerasannya  akan  menurun.  Penggunaan direct  quenching sangat  menjanjikan,  karena  dapat  meningkatkan  nilai  kekerasan tanpa  mengeluarkan  biaya  untuk  pemanasan  ulang  dalam  tungku ( furnace heat treatment ).
Kata Kunci: quenching, hardfacing , kekerasan, baja, HV 600.

## Abstract
This  study  aims  to  determine  the  effect  of  direct-quenching  and furnace-quenching  with  water media  on  the value of  hardness  and macro structure resulting from hardfacing using HV 600 electrodes. One  direct  quenching  process  is  carried  out  by  two  layers  of hardfacing  with  one  quenching  using  water,  while  two  direct quenching processes are carried out double layer hardfacing with two times  quenching  using  water.  Furthermore,  the  quenching  furnace specimen is carried out a two-layer hardfacing process, then proceed with the heat treatment process with a variation of holding time (10, 20  and  30  minutes)  then  quenching  using  water.  The  hardness  of furnace quenching is higher when compared to direct quenching. In the furnace quenching specimen the longer the holding time in the furnace,  the  hardness  value  will  decrease.  The  use  of  direct quenching  is  very  promising,  because  it  can  increase  the  value  of violence without incurring the cost of reheating in the furnace.
Keywords: quenching, hardfacing, hardness, Steel, HV 600.
* Penulis Korespondensi. Handphone: 0852 8788 8842 email : fbudhi@unj.ac.id

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi dibidang konstruksi  sekarang  ini  sangat  maju,  salah satunya adalah teknologi dibidang pengelasan.  Pada  umumnya  las  digunakan untuk  menyambung  dua  material  seperti material alumunium (Soebagyo et al., 2019). Selain untuk penyambungan, proses las juga dapat  digunakan  untuk  untuk  mempertebal permukaan material dengan tujuan memberikan lapisan yang lebih keras (Oo dan Muangjunburee,  2018).  Hal–hal  yang  perlu diperhatikan  ketika  proses  penebalan meliputi  pemilihan  elektroda,  pemilihan mesin las, dan parameter pengelasan (Ahmed et al., 2015). Untuk menghasilkan kekerasan yang  tinggi,  penggunaan  polaritas  DC+ sangatlah  menjanjikan  untuk  digunakan dalam proses penebalan permukaan material (Susetyo et al., 2019).
Dalam bidang pertanian maupun perkebunan  saat  ini  banyak  menggunakan excavator kecil  dimana  menggunakan material  baja  karbon  rendah.  Baja  karbon sangat  banyak  digunakan,  karena  mudah dibentuk  dan  dari  segi  harga  yang  relatif murah  (Susetyo,  et  al.,  2020).  Baja  karbon memiliki sifat tidak bisa dikeraskan langsung melalui heat treatment tanpa melalui proses pengerasan
permukaan ( hardfacing ). Penggunaan  baja  karbon  seperti bucket traktor  memerlukan  kekerasan  yang  tinggi, karena jika digunakan secara terus menerus dan  terjadi  interaksi  maka  dalam  jangka waktu  tertentu  akan  menimbulkan  keausan (Saini et al., 2016).
Begitu  banyak  metode  yang  digunakan untuk meningkatkan ketahanan keausan dari suatu  benda  kerja,  salah  satunya  dengan hardfacing (Sopiyan et al., 2019). Hardfacing juga  dapat  meningkatkan  kekerasan  pada keausan  pada  benturan,  temperatur  tinggi, ketahanan  korosi  dan  sebagainya  (Singh,
2014). Selain metode hardfacing meningkatkan  kekerasan  pada  baja  karbon rendah  dilakukannya  pendinginan  secara cepat (quenching) (Hafni  2015;  Basori  dan Syamsuir  2019).  Pada  saat  didalam  tungku waktu  tahan (holding  time) menjadi  faktor pengaruh  pada  kekerasan  hasil  proses quenching (Sardi et al., 2018). Semakin lama holding  time baja  ASSAB  760  maka  akan semakin  tinggi  nilai  kekerasannya  ketika dilakukan quenching dengan  media  oli (Bangsawan  et  al.,  2012),  namun  ketika dilakukan  dengan  media coolant menjadi terbalik,  yaitu  semakin  lama holding  time maka  akan  semakin  lunak  (Utama  et  al.,
2016).  Semakin  lama  waktu  tahan (holding time) tentunya  akan  semakin  menambah biaya  produksi  dari  suatu  material  karena konsumsi  listrik  yang  besar  dari  operasional furnace . Terdapat penelitian yang menggunakan  waktu  tahan (holding  time) selama 10 menit (Basori dan Syamsuir, 2019) Pada  penelitian  (Susetyo  et  al.,  2020) yang mengemukakan pada Proses
hardfaching 3  lapis  menggunakan  elektroda HV  600  pada  baja  karbon  rendah  dilakukan heat  treatment temperatur  1000°C  dengan variasi holding time 30 menit, 60 menit dan 90  menit,  serta  di quenching dengan  media oli, menghasilkan nilai uji kekerasan tertinggi terdapat  pada  spesimen holding  time 90 menit dengan nilai kekerasan 674,06 VHN dan nilai  uji  keras  terendah  terdapat  pada spesimen holding time 30 menit menghasilkan nilai kekerasan 624,74 VHN. Berdasarkan paparan diatas,  perlu dilakukan penelitian tentang pengaruh direct quenching dan furnace  quenching dengan media  air  terhadap  nilai  kekerasan  hasil hardfacing menggunakan  elektroda  HV  600, untuk  mengetahui  perbandingan  nilai kekerasan antara spesimen direct-quenching dan furnace-quenching .

## 2. METODOLOGI

## Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  pada  bulan september  sampai  dengan  Desember  2019, tempat yang digunakan adalah Laboratorium Produksi,  las  dan  Material,  Teknik  Mesin Universitas Negeri Jakarta.

## Alur Penelitian
Pada penelitian ini menggunakan istilah direct  quenching dan furnace  quenching . Direct  quenching adalah  proses quenching tanpa mengalami pemanasan didalam tungku atau dengan kata lain ketika spesimen selesai di  las  (masih  berwarna  merah)  kemudian seketika  itu  langsung  dicelupkan  ke  dalam media  pendingin  air. Furnace  quenching adalah  proses quenching dengan  terlebih dahulu  spesimen  mengalami  pemanasan dengan  suhu  dan  waktu  tertentu  didalam tungku  kemudian  langsung  dicelupkan  ke dalam media pendingin air. Penelitian  diawali  dengan  proses harfacing ,  kemudian  proses heat treatment lalu proses uji keras dan pengamatan struktur makro.  Penjelasan  mengenai  prosedur penelitian  dijelaskan  dalam  bentuk  skema seperti terlihat pada gambar 1.
Gambar 1 Diagram Alir Penelitian Sebelum proses hardfacing elektroda HV 600  dipanaskan  dalam  oven  elektroda  (lihat gambar 2). Pemanasan dilakukan dalam oven dengan suhu 150 o C selama 1 jam.
Gambar 2 Oven Elektroda
Proses hardfacing dilakukan  dengan menggunakan  arus  90A  dan  polaritas  DC+ mesin  las  SMAW  (lihat  gambar  3).  Proses hardfacing dengan  sudut  elektroda  90 o dengan teknik mengelas ditarik menggunakan posisi 1G pelat.
Untuk  spesimen non  treatment (NT) dilakukan hardfacing sebanyak  dua  lapis. Spesimen direct  quenching satu  (DQ1) dilakukan hardfacing dua  lapis  kemudian langsung  dicelupkan  ke  dalam  media  air. Spesimen direct  quenching dua  (DQ2)
dilakukan hardfacing satu  lapis  kemudian dicelupkan  ke  dalam  media  air  dan di hardfacing kembali  untuk  lapis  kedua kemudian  dicelupkan  kembali  ke  dalam media air. Hasil perlakuan dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4 Spesimen Selesai Hardfacing
Sedangkan untuk spesimen heat treatment dilakukan hardfacing sebanyak dua  lapis,  kemudian  dilakukan heat treatment dalam furnace dengan  waktu tahan  yang  berbeda  (10,  20  dan  30  menit) kemudian  di  celupkan  dalam  air.  Sebelum dilakukan  proses heat  tratment ,  spesimen dipotong  menjadi  tiga  bagian.  Untuk spesimen-spesimen  ini  akan  diberikan  nama FQ1, FQ2 dan FQ3.
Gambar 5 Hasil Pemotongan Spesimen Proses heat treatment dilakukan dengan suhu  1000  °C  dengan menggunakan furnace seperti gambar 6.

## Gambar 6 Proses Heat Treatment
Setelah  selesai  proses heat  treatment dengan  variasi holding  time ,  kemudian spesimen  di  celupkan  ke  dalam  media pendingin air seperti gambar 7.
Gambar 7 Proses Quenching Media Air
Setelah  spesimen  selesai  proses heat treatment kemudian  spesimen  dipotong kembali  dan  dipoles  untuk  diuji  keras. Pemolesan dilakukan dari amplas yang paling kasar sampai dengan amplas yang lebih halus (120 sd 2000).
Gambar 8 Spesimen Untuk Uji Keras Setelah  spesimen  selesai  dilakukan pemolesan kemudian spesimen dilakukan uji keras  seperti  pada  gambar  8.  Uji  keras menggunakan alat uji keras vickers FV-3000e dengan  beban  5  kgf.  Pengambilan  data dilakukan sebanyak tiga titik (pengulangan).
Gambar 9 Uji Keras Vickers Setelah semua spesimen selesai dilakukan uji kekerasan kemudian dilakukan pemolesan kembali lalu dilakukan pengamatan  struktur  makro.  Spesimen terlebih  dahulu  dilakukan  proses  pemolesan dengan  amplas  120  sd  2000.  Kemudian spesimen  dilakukan  proses  etsa  dengan cairan  alkohol  murni  sebanyak  97%  yang dicampur  dengan  asam  nitrat  (HNO 3 ) sebanyak 3%.
Gambar 10 Larutan etsa

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil Uji Keras
Tabel  1  memperlihatkan  hasil  dari pengujian  kekerasan.  Berdasarkan  tabel  1 tersebut,  dapat  diketahui  bahwa  spesimen direct quenching (DQ) dan furnace quenching (FQ), nilai kekerasan paling tinggi terdapat di spesimen furnace  quenching yang  dilakukan heat  treatment dengan holding  time 10 menit  dengan  nilai  kekerasan  716,30  VHN
(FQ1) .  Sedangkan  yang  paling  rendah terdapat spesimen non   treatment dengan
nilai kekerasan 551,93 VHN (NT) untuk lebih jelasnya bisa dilihat dalam gambar 11.
Tabel 1 Hasil Uji Keras Spesimen Titik Uji keras Nilai (VHN) Rata-Rata (VHN) DQ1 1 604,9 581,93 2 587,2 3 553,7 DQ2 1 639 635,33 2 633,8 3 633,2 FQ1 1 705,3 716,3 2 709,7 3 733,9 FQ2 1 644,9 640,53 2 646,6 3 630,1 FQ3 1 595,3 599,77 2 603,9 3 600,1 NT 1 538,6 551,93 2 575,3 3 541,9
Tingkat  kekerasan  dari  suatu  material akan  lebih  tinggi  setelah  dilakukannya quenching. Pada gambar 11 dapat diketahui pada spesimen DQ nilai kekerasan yang paling tinggi  adalah  pada  spesimen yang  dilakukan direct quenching dua kali (DQ2) yaitu 635,33 VHN,  sedangkan  pada  spesimen  yang dilakukan direct  quenching satu  kali  (DQ1) nilai kekerasanya 581,93 VHN.
Gambar 11 Diagram Hasil Uji Keras Kekerasan direct quenching masih lebih rendah  jika  dibandingkan  dengan  spesimen furnace quenching , hal ini disebabkan karena proses  pengelasan  yang  mengakibatkan logam  induk  dan  pengisi  mencair  hanya membutuhkan waktu yang sangat singkat dan temperatur  yang  lebih  tinggi  yaitu  sekitar 1500 o C  (Ikhtisholiyah,  2017).  Proses  yang sangat  singkat  tersebut  (sekitar  2  menit) tidak  cukup  waktu  untuk  difusi  karbon, sehingga  kekerasannya  lebih  rendah  jika
dibandingkan  dengan furnace  quenching (Utama et al. 2016). Minimal waktu 5 menit diperlukan  guna  mengeraskan  baja  karbon rendah (Dalil et al., 1999).
Pada spesimen furnace quenching nilai kekerasan yang paling tinggi adalah spesimen yang  dilakukan heat  treatment dengan holding time 10 menit dengan nilai kekerasan 716,30  VHN,  hal  ini  mungkin  dikarenakan terbentuk  distribusi  martensit  lebih  banyak ditemukan pada sampel tersebut (Hidayat et al.,  2017).  Selain  dari  itu  kemungkinan banyak  karbida  terbentuk  dengan  ukuran kristal (crystallite  size) yang  besar (Kurniawan dan Setiyorini, 2014). Sedangkan nilai kekerasan yang paling rendah terdapat pada  spesimen non  treatment dengan  nilai kekerasan  551,93  VHN.  Pada  hasil  uji  keras spesimen furnace  quenching semakin  lama pada  saat  di heat  treatment akan  semakin rendah  nilai  kekerasannya,  hal  ini  mungkin disebabkan  karena  ukuran  butir (grain size) yang semakin membesar ketika semakin lama dilakukan holding time (Utama et al. 2016).
Selain  dari  itu  kemungkinan  struktur  mikro yang terbentuk adalah full austenite dengan sedikit karbida yang terbentuk pada matriks austenite (Kurniawan dan Setiyorini, 2014). Hal ini tidak sebanding dengan penelitan yang dilakukan oleh Susetyo dkk (Susetyo et al. 2020) yang mengemukakan semakin lama pada  saat  di heat  treatment akan  semakin tinggi nilai kekerasannya mungkin disebabkan  oleh  media  pendingin  berbeda yang digunakan dan holding time yang terlalu lama. Menurut Dalid dkk (Dalil et al., 1999), baja karbon rendah hanya perlu holding time 5  menit  sampai  15  menit  dianggap  sudah memadai.

## Hasil Foto Struktur Makro
Pada  proses  foto  makro  ini  bertujuan untuk  mengetahui  daerah  batasan  yang terdiri  dari  daerah weld  metal ,  dan  daerah base  metal pada hardfacing material  di masing-masing spesimen.
Pada  gambar  12  dapat  terlihat  antara weld metal (WM) dan base metal (BM). Dapat diketahui  hasil  foto  strukur  makro  tidak terdapat adanya cacat pengelasan baik pada WM  maupun  BM,  sehingga  bisa  dikatakan bahwa hasil lasan dapat diterima. Dari  gambar  12  juga  dapat  terlihat bahwa  penetrasi  las  ke  dalam base  metal dapat  teraglomerasi  dengan  baik.  Seperti diketahui  pengelasan  dengan  polaritas  DC+ akan  menghasilkan  penetrasi  dangkal  dan menghasilkan    kekerasan    yang   tinggi   jika
DQ1 DQ2 FQ1 FQ2 FQ3 NT Kekerasan (VHN) 581,93 635,33 716,3 640,53 599,77 551,93 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Keker asan ( V H N)
dibandingkan  dengan  polaritas  yang  lain, karena heat input pada elektroda adalah 70% dan pada base mental adalah 30%. Sehingga lapisan  keras  yang  terbentuk  dapat melindungi base metal dari benturan.
Gambar 12 Foto Struktur Makro; (a) NT; (b) DQ1; (c) DQ2; (d) FQ1; (e) FQ2; (f) FQ3

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan  hasil hardfacing 2  lapis pada  baja  karbon  rendah  menggunakan elektroda  HV  600  yang  di heat  treatment temperatur  1000°C  dengan  variasi holding time serta dilakukan quenching menggunakan  air  dapat  disimpulkan,  bahwa pada spesimen direct
quenching mempengaruhi nilai kekerasan, pada spesimen DQ2 lebih  tinggi  dibandingkan dengan DQ1 , dimana pada spesimen DQ1 nilai kekerasannya  581,93  VHN,  dan  pada spesimen DQ2 nilai  kekerasannya  635,33 VHN.
Pada  spesimen furnace  quenching mempengaruhi  nilai  kekerasan,  Semakin lama holding time pada saat heat treatment maka  nilai  kekerasan  semakin  menurun. Dimana nilai kekerasan paling tinggi terdapat di  spesimen holding  time 10  menit  dengan nilai  kekerasan  716,3  VHN,  dan  nilai kekerasan paling rendah terdapat dispesimen holding time 30 menit dengan nilai kekerasan
599,77  VHN.  Fenomena  ini  disebabkan  oleh pembentukan karbida dan ukuran kristal yang bervariasi.
Furnace  quenching maupun direct quenching menghasilkan  kekerasan  yang lebih  tinggi  jika  dibandingkan  dengan non treatment. Penggunaan direct  quenching sangat menjanjikan, karena dapat meningkatkan nilai kekerasan tanpa mengeluarkan biaya untuk pemanasan ulang dalam tungku ( furnace heat treatment ).

## 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  kepada  Laboratorium produksi,  Las  dan  Material,  Teknik  Mesin Universitas Negeri Jakarta yang telah banyak memfasilitasi dalam penyelesaian riset ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Ahmed,  S.R.,  Agarwal,  L.A.  and  Daniel, B.S.S.,  2015.  Effect  of  different  post weld heat treatments on the mechanical properties of Cr-Mo boiler steel welded with  SMAW  process.  Materials  Today: Proceedings, 2(4-5), pp.1059-1066. Bangsawan,  I.G.,  2012.  Pengaruh  Variasi Temperatur  Dan  Holding  Time  Dengan Media  Quenching  Oli  Mesran  Sae  40
Terhadap Struktur Mikro Dan Kekerasan Baja Assab 760. Jurnal Nosel, 1(2).
Basori, B. and Syamsuir, S., 2019. Pengaruh
Arus  Terhadap  Struktur  Mikro  Dan Kekerasan Lasan JIS Z 3251 DF2A-350-R. Jurnal Kajian Teknik Mesin, 4(1), pp.21- 25.
Dalil,  M.,  Adhy,  P.  and  Ismet,  I.,  1999. Pengaruh  Perbedaan  Waktu  Penahanan
Suhu  Stabil  ( Holding  Time )  Terhadap Kekerasan Logam. Jurnal Natur Indonesia II, 1, pp.12-17.
Hafni,  H.,  2015.  Pengaruh  Waktu  Tahan Proses  Pack  Carburizing  Pada  Baja Karbon  Rendah  Dengan  Menggunakan Calcium Carbonat Dan Arang Tempurung Kelapa, Di Tinjau Dari Kekerasan. Jurnal Teknik Mesin (JTM), 5(2).
Hidayat,  T., Hartono,  P.  and  Sujatmiko,  S., 2017. Analisa Pengaruh Suhu Pada Media
Pendingin  Terhadap  Sifat  Mekanis (Kekerasan)  Baja  S45C  Pada  Proses Hardening. Jurnal Teknik Mesin, 6(02). Ikhtisholiyah,  I.,  2017.  Optimasi  Besarnya Suhu pada Ladle untuk Baja Low Carbon dengan  Metode  Fuzzy–Mamdani  (Studi Kasus PT. Ispatindo). Zeta-Math Journal, 3(2), pp.41-45 Kurniawan,  B.E.  and  Setiyorini,  Y.,  2014. Pengaruh  variasi  Holding  Time  Pada
Perlakuan  Panas  Quench  Annealing
Terhadap  Sifat  mekanik  dan  Mikro Struktur  Pada  Baja  mangan  AISI 3401. Jurnal  Teknik  ITS , 3 (1),  pp.F113-
F16. Oo, H.Z. and Muangjunburee, P., 2018. Wear behaviour  of  hardfacing  on  3.5% chromium  cast  steel  by  submerged  arc welding. Materials Today: Proceedings , 5 (3), pp.9281-9289.
Saini,  S.,  Sahni,  G.  &  Singh,  B.,  2016,  A
Review  On  Hardfacing  And  Wear Reducing  Techniques  On  Industrial Valves. International Journal of Research  in  Engineering  &  Technology,
4(8), 23–28.
Sardi,  V.B.,  Jokosisworo,  S.  and  Yudo,  H.,
2018.  Pengaruh  Normalizing  dengan Variasi Waktu Penahanan Panas (Holding Time)  Baja  ST  46  terhadap  Uji Kekerasan, Uji Tarik, dan Uji Mikrografi. Jurnal Teknik
Perkapalan , 6 (1), 142–149.
Singh,  H.,  2014.  Studies  the  Effect  of  Iron
Based Hardfacing Electrodes on Stainless
Steel  Properties  Using  Shielded  Metal
Arc Welding Process. International Journal  of  Research  in  Advent Technology , 2 (4). Soebagyo,  H.  and  Kusuma,  G.C.,  2019. Pemeriksaan Sambungan Las Aluminium Pada Struktur Kereta Api Ringan Dengan Metode  Non-Destructive  Test.  Jurnal ASIIMETRIK:  Jurnal  Ilmiah  Rekayasa  &
Inovasi, 1(1), pp.58-64. Sopiyan,  Syamsuir  &  Nofendri,  Y.,  2019, ‘Evaluasi Hasil Hardfacing Elektroda HV 350 Pasca Quenching Media Air, Coolant dan  Oli’,  Jurnal  Kajian  Teknik  Mesin,
4(2), 104–107.
Susetyo,  F.B.,  Dwiyati,  S.T.  and  Hutomo, M.B.P.,  2020.  Fabrikasi  Lapisan  Pada
Baja  0,192%  C  Sebagai Alternatif  Pahat
Bubut. JURNAL KAJIAN TEKNIK MESIN , 5 (1), pp.42-47.
Susetyo, F.B., Kholil, A. and Fatihuddin, M., 2019.  Efek  Polaritas  Dan  Media Pendingin  Terhadap  Nilai  Kekerasan
Permukaan  Hardfacing  Baja  Karbon Rendah. Jurnal  Konversi  Energi  dan Manufaktur UNJ , 6 (1), pp.1-5. Utama,  A.R.S.,  Wahab,  A.  and  Robbi,  N.,
2017. Pengaruh Temperatur Dan Holding Time  Dengan  Pendingin  Yamacoolant Terhadap Baja ASSAB 760. Jurnal Teknik Mesin , 6 (01).