## VARIAS I  WAKTU  TAHAN
PADA PROS ES  AUS TEMPERING  BERPENGARUH  TERHADAP S IFAT MEKANIK  BAJA  KARBON TINGGI

## Asmadi Lubay
Program  Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas IBA, Palem bang.

## ABSTRAK
Penelitian  ini  menggunakan  spesimen  Baja  Karbon  Tinggi  ASTM  1045  kemudian  dilakukan  proses Austempering. Spesimen dibagi dua bagian; yaitu: spesimen tanpa perlakuan dan spesimen di Austenisasi pada  suhu  850 0 C,  kemudian  diquench  dengan  Timah  Cair  pada  suhu  350 o C  dan  ditemper  dengan variabel  waktu  20  menit,  40  menit  dan  60  menit  selanjutnya  dilakukan  pendinginan  udara.  Dari  hasil perhitungan  diperoleh  temperatur  Ms  =  321 o C  karena  untuk  proses  Austempering  diambil  diatas temperatur  MS  sehingga  diambillah  temp.MS  =  350 o C. Variasi waktu tahan ini akan memberikan nilai yang  berbeda  terhadap  hasil  uji  kekerasan  dan  uji  Impack,  struktur  mikro  yang  diharapkan  dari  proses austempering  adalah  struktur  bainit.  Dari hasil pengujian diperoleh; uji kekerasan dengan waktu tahan 60 menit  memiliki  angka  kekerasan  terkecil  yaitu  195  VHN  dan  nilai  kekerasan  terbesar  adalah  217  VHN untuk  waktu  tahan  20  menit.  Kondisi  sebaliknya  nilai  ketangguhan  tertinggi  81,43  joule  untuk  waktu tahan  60  menit  dan  nilai  ketangguhan  terendah  yaitu  55,18  joule  untuk  waktu  tahan  20  menit.  Dapat disimpulkan  bahwa  dengan  variasi  waktu  tahan,  nilai  kekerasan  berbanding  terbalik  dengan  nilai ketangguhan.

## 1. PENDAHULUAN

## I.1.Latar Be lakang
Perlakuan  panas  merupakan perlakuan pada material untuk mendapatkan sifat mekanik bahan  yang  lebih  baik  dari  sebelumnya,  melalui  pemanasan  logam  mencapai  temperatur austenisasi,  lamanya  waktu  penahanan  dan  pendinginan  melalui  pemilihan  media  quench. Pengetahuan  mengenai  perlakuan  panas  pada  baja  didasarkan  pada  kehadiran  fasa  austenit dalam  keseimbangan  besi  transformasi  austenit  ke  temperatur  ruang  menjadi  alasan  untuk terbentuknya bermacam struktur mikro. Logam yang didinginkan dari temperatur austenit selain memperlihatkan bermacam variasi struktur mikro juga menunjukan perubahan sifat mekanik. Perlakuan panas dapat dipergunakan untuk memperbaiki sifat mekanik menjadi lebih baik dari sebelumnya.
T etapi tidak semua baja punya respon yang baik terhadap perlakuan panas, hanya baja yang memiliki  kandungan  karbon  diatas 0,3% karbon punya respon yang baik terhadap perlakuan panas,  sedangkan  untuk  baja  dengan  persentase  karbon  dibawahnya  sulit  untuk  dilakukan penerapan perlakuan panas karena kandungan karbon dalam paduannya lebih rendah. Perlakuan panas austempering merupakan transformasi isotermal terhadap suatu material pada  temperatur  dibawah  formasi  perlit  dan  diatas  formasi  martensit.  Objek  dari  proses austempering adalah untuk membentuk formasi bainit, dimana baja yang diaustempering akan mengalami  perbaikan  dalam  hal  keuletan  dan  ketangguhan  pada  pemberian  nilai  kekerasan tertentu,  keuntungan  lain  yang  dapat  diperoleh  dari  proses  ini  adalah  penurunan  terjadinya distorsi  dan  retak  dinding  (quech  cracking)  yang  dihasilkan  oleh  pendinginan  cepat  (rapid cooling)
Pengikatan  nilai  keuletan  dan  ketangguhan  yang  diperoleh  pada  baja karbon tinggi akan sangat  bergantung pada pemilihan temperatur austempering dan lamanya waktu penemperan
baja pada keadaan isotermal dalam wadahtimah cair. T emperatur austemper akan membentuk besar  dan  kehalusan butir pada logam, sedangkan lamanya waktu austemper akan menetukan kecenderungan  struktur  mikro  hasil  proses  austempering.  Waktu penemperan pada keadaan isotermal yang lebih singkat cenderung untuk menghasilkan struktur mikro bainit dan martensit. Sedangkan waktu penemperan yang lebih panjang akan cenderung untuk menghasilkan struktur mikro akhir berupa campuran bainit dan perlit yang punya sifat lebih ulet dan tangguh. Nilai kekerasan pada baja secara umum juga akan dipengaruhi oleh kehadiran dari pertikel karbida yang terlarut dalam paduan, dan akan semakin karut dengan bertambahnya temperatur austenisasi dan lamanya waktu tahan. Unsur-unsur pembentukan karbida yang mempengaruhi kekerasan  pada  baja  diantaranya  seperti  silikon,  mangan,  krom,  tembaga  dan  kobalt  yang terlarut dalam ferit. Dengan larutnya unsur-unsur tersebut akan meningkatnya nilai kekerasan pada baja.
Untuk  mencapai  nilai  keuletan  dan  ketangguhan  yang  paling  baik,  maka  adalah penting untuk  merencanakan  temperatur  dan  lamanya  waktu  austempering pada media quench yang digunakan.  Media  pendingin  yang  digunakan  pada  proses  austempering  yang  bisa digunakan adalah garam cair, oli dan logam cair (m olten m etal). Penelitian dilakukan dengan melakukan variasi  waktu  penemperan  pada  saat  terjadi  transformasi  isotermal  pada  pelakuan  panas austempering  dengan  media  austemper  timah  cair  (m olten  Tin)  yang  dipanaskan  pada temperatur tetap. Dengan dilakukan variasi waktu penemperan ini diharapkan diperoleh waktu penemperan yang paling baik pada baja karbon tinggi pada suhu konstan 350 0 C.

## I.2. Tujuan Pe nulisan
Adapun juga dari penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Untuk  mengetahui  bagaimana  transformasi  isotermal  berpengaruh  terhadap  perubahan  sifat mekanik material  yaitu  nilai  kekerasan  dan  ketangguhan  takik  melalui  pemberian  variasi  waktu  penemperan pada suhu konstan.
2. Mempelajari  nilai  keuletan  dan  ketangguhan  yang  paling  baik  pada  proses  austempering  sebagai pengaruh  dari  kehadiran  variasi  waktu  penemperan  pada  keadaan isotermal dengan media pendingin timah.
3. Untuk  mengetahui  ada  atau  tidaknya  korelasi  antara variasi transformasi isotermal pada suhu 350 0 C terhadap  adanya  perubahan  terhadap  kenaikan  atau  penurunan  nilai  kekerasan dan ketangguhan pada logam.

## 2. TINJAUAN  PUSTAKA
Dengan perlakuan panas kita dapat merubah dan memperbaiki sifat mekanik suatu material sesuai  dengan yang kita butuhkan, untuk pekerjaan logam dengan jalan mengikatkan keuletan dan kekerasan, mengurangi sifat kegetasan, meningkatkan ketangguhan dan mengurangi cacat tanpa  harus  merubah  bentuk  dan  dimensi  benda  kerja.  Diharapkan  baja  yang  mendapatkan proses perlakuan panas akan memiliki sifat mekanik yang lebih baik dari sebelumnya.
Perlakuan  panas  adalah  perlakuan  yang  diberikan  pada  material  untuk  merubah  sifat mekanik  dilakukan  dengan  jalan  memanaskan  material  dari  temperatur  ruang  mencapai temperatur austenit, diikuti waktu penahanan pada temperatur konstan dan pendinginan melalui media  quench,  dimana  kecepatan  pendinginan  ditentukan  oleh  macam  media  quench  yang digunakan. T ujuan akhir dari perlakuan ini adalah untuk memperoleh sifat mekanik yang paling baik.

## 2.1. Diagram Fasa Besi-Karbida
Diagram  fasa besi-karbida adalah diagram yang menjelaskan bagaimana keadaan struktur mikro  yang  terbentuk  pada  paduan  antara  besi-karbida  sebagai  unsur  pemadu  utama  pada komposisi kimia dan temperatur tertentu, dalam kondisi yang berada dalam keadaan seimbang. Dengan diagram dapat mengamati keadaan fasa-fasa pada material logam saat ini mempunyai
kelemahan karena tidak mampu memberikan banyak informasi pada saat material berada dalam keadaan keseimbangan tidak stabil.
Gambar 2-1 : Diagram keseimbangan fasa besi-karbida
Karakteristik Ferit, Austenit,Simentit dan Perlit pada diagram fasa : 1. Ferit, besi alpha, besi delta, BCC Ferit  adalah  fasa  dimana besi murni berada pada temperatur mencapai 910 0 C. Selain itu besi  murni  juga  berada  dalam  bentuk  pada  temperatur  tinggi  antara  1392 0 C  dan  titik  cair 1536 0 C.  Ferit  yang  terbentuk  pada temperatur lebih rendah adalah alfa ferit sedangkan pada temperatur yang lebih tinggi terbentuk delta ferit. Bentuk keduanya adalah identik, dimana sifat ferit adalah lunak dan ulet pada keadaan murni. Alfa ferit yang dapat terlarut hanya 0,02 %C, akan tetapi mempunyai kualitas yang baik terhadap elemen pemadu.
2. Austenit, besi gamma, FCC T emperatur Antara 910-1392 0 C besi murni berada dalam bentuk fasa tunggal austenit, yang punya struktur kristal face-centre-cubic. Austenit dapat melarutkan karbon lebih baik jika dibandingkan ferit, mencapai 2%C pada suhu 1146 0 C, pemanasan baja karbon atau baja paduan rendah  ke  temperatur  dimana  seluruh  austenit  dapat  melarutkan  seluruh  karbon  diatas transformasi eutektoid, iniliah yang menjadi dasar dari pengetahuan tentang perlakuan panas pada baja. Austenit juga memiliki sifat lunak dan ulet.
3. Simentit, besi karbida, Fe 3 C.
Simentit adalah campuran dari besi yang dapat membentuk fasa stabil pada paduan besi dan  baja.  Simentit  mengandung  satu  atom  karbon  dengan  tiga  atom  besi  dan  mempunyai kandungan karbon 6,67%. Dalam bentuk fasa murni, simentit bersifat sangat keras (diatas 600 HB) dan getas. Kekuatan dan keuletan baja diakibatkan oleh sejumlah distribusi simentit dalam struktur mikro logam.
4. Perlit, lamellae, (α+Fe 3 C)
Perlit  adalah  dua  faca  campuran  antara  ferit  dan  simentit  tersusun  sebagai pelat sejajar bolak-balik.  Perlit  selalu  mengandung  jumlah  karbon  tetap  0,83%  pada  baja  karbon  dan
terbentuk karena reaksi eutektoid saat austenit didinginkan. Struktur lamellae pada perlit sangat halus  dan  biasanya  tidak  dapat  diresolusi  dengan  jelas  pada  mikroskop,  bahan  dengan perbesaran yang cukup tinggi. Perlit memiliki sifat keras dan kuat,  meskipun tidak ulet seperti ferit atau austenit murni tetapi tidak sekuat martensit. Perlit ada pada baja dan memberikan nilai kekuatan pada baja.
Gambar 2-2 : Diagram transformasi temperatur terhadap waktu
Struktur  mikro  martensit  dan  bainit  dapat  dijelaskan  pada  diagram  keseimbangan tidak stabil (Diagram T T T ) yang mempunyai karakteristik sebagai berikut :
5. Martensit, BCT Martensit adalah fasa metastabil yang terbentuk saat austenit didinginkan sangat cepat, dimana  pengendapan  karbida  ditekan.  Hal  ini  terjadi  saat  baja  karbon  ataupun  baja  paduan rendah yang didinginkan dengan cepat (Rapid cooling). Pendinginan cepat dilakukan dengan jalan mencelupkan baja didalam media pendingin yang mempunyai laju kecepatan pendinginan tinggi  misalnya  dicelup  di air. Laju pendinginan bergantung pada media pendingin (brine, air, minyah, udara) dan ketebalan dari material. Laju pendinginan minimum untuk bertransformasi menjadi  martensit  sangat  bergantung  pada  kandungan  paduan  pada  baja.  Keuletan  dan ketangguhan martensit dapat ditingkatkan melalui proses penemperan yaitu pemenasan pada daerah  temperatur  150-700 0 C,  yang  akan  mengizinkan  sejumlah  relief  tegangan  (stress releaving)  dan  pengendapan  karbida.  T emperatur  penemperan  yang  lebih  tinggi  akan menghasilkan keuletan yang lebih baik dengan mengorbankan sedikit angka kekerasan.
6. Bainit,
Bainit  adalah  struktur  dua  fasa  yang  dapat  terbentuk  pada  baja  karbon  melalui pendinginan cepat austenit pada suhu antara 400 0 C dan 550 0 C, diikuti waktu penahanan pada temperatur ini sampai melewati batas kurva transformasi Martensit finis untuk terbentuknya formasi bainit. Pembentukan formasi bainit pada baja karbon umumnya dilakukan pada tungku penemperan dengan media pendingin timah cair atau Pb dan penahan isotermal baja pada bath ini.
T ransformasi  bainit terjadi karena pengendapan karbida dalam konfigurasi lebih halus. Seperti  halnya  perlit  bainit  adalah  campuran  ferit  dan simentit. Beberapa baja paduan dapat bertansformasi menjadi bainit pada pendinginan lanjut. Seperti halnya pada martensit ferit pada bainit  dapat  terbentuk  lath  atau plate berisi dislokasi struktur. Sifat pada bainit mirip dengan penemperan martensit.
Bainit  terbagi  menjadi  dua  morfologi  yaitu  bainit  atas dan bainit bawah. Bainit bawah yang terbentuk pada temperatur yang lebih tinggi strukturnya  lebih kasar dan tidak begitu keras atau ulet. Seperti halnya pada bainit bawah. Matriks adalah ferit pada baja yang bertransformasi secara isotermal, tapi bisa berubah martensit pada baja paduan dengan pendinginan lanjut.

## 2.2. Diagram Transformasi Isotermal dan Pendinginan Lanjut
Diagram  isotermal  atau  “ T ime  T emperatur  T ransformation” dan diagram pendingin lanjut  (“ Continous Cooling”) sangat membantu untuk menjelaskan transformasi yang terjadi pada  material  saat  berada  pada  keseimbangan  tidak stabil. Diagram ini menjelaskan keadaan logam saat terjadi transformasi eutektoid dari temperatur  austenit mencapai temperatur ruang dimana sifat mekanik yang diperoleh ditentukan oleh lamanya waktu penahanan pada keadaan isotermal dan tergantung pada kecepatan laju pendinginan dari media quench yang digunakan.

## 2.2.1. Diagram Transformasi isote rmal (Diagram TTT)
Diagram  T T T   adalah  diagram  yang  merupakan  fungsi  temperatur  terhadap  waktu. Diagram ini menjelaskan transformasi eutektoid logam dari temperatur austenit ke temperatur ruang  pada  keseimbangan  tidak  stabil.  Material  yang dipanaskan dari temperatur ruang pada keseimbangan tidak stabil. Material yang dipanaskan dari temperatur austenit dengan kecepatan pendinginan  lambat.  Cenderung  untuk  membentuk  formasi  ferit-ferit,  sedangkan  material dengan  kecepatan  pendinginan  cepat  akan  cenderung  membentuk  formasi  martensit  pada keseimbangan  tidak  stabil.  Dimana  laju  kecepatan  pendinginan  tergantung  kepada  media quench yang digunakan.
Kemampuan  diagram  ini  sangat  membantu  untuk  pemilihan  material  dan  rencana perlakuan panas untuk menghasilkan struktur mikro yang diinginkan. Pengontrolan difusi yang terjadi  pada  material  pada  saat  transformasi  eutektoid  berlangsung  dari  daerah  austenit  ke temperatur  ruang  merupakan  alasan  terbentuknya  bermacam  struktur  mikro  tertentu  pada material.
Struktur ferit-perlit terbentuk oleh pengontrolan difusi austenit dengan pendinginan lambat terjadi  pada  waktu  yang  cukup  lama  menghasilkan  material  dengan  nilai  kekerasan  rendah, sedangkan  jika  pengontrolan  difusi  tidak  terjadi  atau  terlalu  rendah  pada  saat  transformasi austenit  berlangsung,  akan  menghasilkan  struktur  mikro  baru  berfasa martensit dengan nilai kekerasan yang tinggi.
T erbentuknya martensit saat pendinginan cepat menjadi alasan tingginya kekerasan yang diperoleh  pada  baja  karbon  maupun  baja paduan. Penampilan struktur mikro martensit pada mikroskop akan optik terlihat seperti bentuk jarum, acircular dengan orientasi yang berbeda- beda. Fasa yang terbentuk akibat pendinginan cepat, yang berupa martensit ini akan mempunyai sifat yang keras dan getas.

## Gambar 2-3 : Diagram transformasi isote rmal pada baja 1040
Kurva pertama menunjukan awal transformasi austenit menjadi martensit sedangkan kurva kedua menunjukan waktu yang diperlukan untuk terbentuknya austenit menjadi martensit secara sempurna.  Daerah  disebelah  kiri  menunjukan  masa  inkubasi  (austenit  tidak  stabil)  saat transformasi austenit belum dimulai.
Formasi  perlit  terbentuk  pada  daerah  yang  lebih  tinggi  yaitu  diatas  hidung  kurva transformasi isotermal dan hanya bainit yang terbentuk pada tempertatur yang berada dibawah hidung  kurva  terdiri  atas  bainit  atas dan bainit bawah. Bainit atas terbentuk pada temperatur yang  lebih  tinggi  dengan  ukuran  butir  lebih  besar  dan  kasar  serta  nilai  kekerasannya  lebih rendah  dengan  ukuran  butir  lebih  kecil  dan halus. Sedangkan jika transformasi austenit tidak sampai menyentuh hidung kurva, maka formasi martenis cenderung untuk terbentuk, dimana fasa pada martensit adalah berbeda dari fasa perlit dan bainit.

## 2.2.2. Diagram Pendinginan Lanjut
Diagram Isotermal dan diagram pendinginan lanjut pada prinsipnya adalah sama, karena sama-sama  menjelaskan  transformasi  eutektoid  yang  terjadi  pada  material  dari  temperatur austenit  menuju  temperatur ruang. Pada diagram ini dijelaskan bagaimana pendinginan lanjut baja dengan komposisi kimia tertentu pada temperatur terhadap waktu.
Perbedaan antara diagram Isotermal untuk baja hypoeutektoid dan eutektoid terletak pada perbedaan pada temperatur M s, dimana kadar karbon yang lebih rendah menunjukan temperatur M s, yang lebih tinggi dan kadar karbon yang lebih tinggi menunjukan temperatur M s , yang lebih rendah, perbedaan lainnya adalah diagram Isotermal ini adalah percepatan transformasi austenit menjadi ferit proeutektoid dengan turunnya kadar karbon ditujukan oleh posisi hidung kurva, dimana  transformasi  pada  baja  hypo  eutektoid  yang  lebih  singkat  jika  dibandingkan  baja eutektoid dan baja hyper eutktoid. Penurunan temperatur M s dengan urutannya laju pendinginan pada baja struktur feritik atau bainitik yang terbentuk pada pendinginan lebih lambat, austenit yang  tidak  bertransformasi  mempunyai  konsentrasi  kadar  karbon  tinggi  dan  menurunkan temperatur M s -----------

## Gambar 2-4 : Diagram Pe ndinginan Lanjut
Pada  baja  karbon  tinggi  kehadiran  simentit  juga sangat diharapkan karena tidak seluruh karbida dapat larut selama terjadinya austenisasi, sebagai hasilnya sejumlah karbon akan terikat pada partikel karbida, dan austenit mempunyai kadar yang lebih rendah dari harapan. Perbedaan lain antara diagram isotermal dan pendinginan lanjut terletak pada adanya celah pada diagram pendinginan lanjut, celah ini menunjukan daerah temperatur dimana tidak ada  transformasi  terjadi  pada  saat  pendinginan  yang  disebabkan  oleh  kayanya  kandungan karbon  pada  austenit  pada  pendinginan  temperatur  tinggi  sehingga  terjadi  perubahan  waktu inkubasi untuk pengintian perlit dan bainit pada saat pendinginan.

## 2.3. Pe rlakuan Panas Pada Baja Karbon.
Pekerjaan  perlakuan  panas  untuk  menghasilkan  ferit,  perlit,bainit  dan  martensit diantaranya : Anneling, Homogenizing, normalising, Hardening, Martempering, Tempering dan Austempering.

## a. Auste mpe ring
Austempering adalah transformasi isotermal pada temperatur dibawah formasi perlit dan diatas formasi martensit. Objek yang ingin dihasilkan pada austempering adalah terbentuknya formasi bainit. Penggunaan prinsip perlakuan panas austempering adalah untuk meningkatkan keuletan dan ketangguhan pada material.
Austempering  dapat  diterapkan  untuk  baja karbon yang memiliki kekuatan yang tinggi, yang  membutuhkan  perbaikan  terhadap  kualitas  ketangguhan  dan  keuletannya.  Pada austempering  logam  dipanaskan  mencapai  temperatur  austenit  kemudian  didinginkan  pada temperatur tungku austempering dengan laju cukup cepat agar tidak terjadi transformasi austenit selama pendinginan cepat. Kemudian dilanjutkan dengan penahanan pada temperatur konstan dengan  waktu  transformasi  isotermal  yang  cukup  lama  untuk  menyelesaikan  transformasi austenit menjadi bainit.
Selanjutnya  pendinginan  mencapai temperatur ruang dilakukan melalui media pendingin udara. Proses austempering dilakukan pada daerah intermediet temperatur pada diagram T T T , yaitu  antara 300 sampai dengan 750 0 C. Penjelasan mengenai proses austempering dijelaskan melalui gambar dibawah.

## Gambar 2-5 : Prose s auste mpe ring baja
Austempering  biasa  digunakan  untuk  menggantikan  proses  pengerasan  dan  penemperan konvensional untuk memperbaiki sifat mekaniknya serta mengurangi distorsi dan retakan akibat quench. Komponen mesin yang diterapkan proses ini akan mencapai ketangguhan yang tinggi, memperbaiki  kekuatan  terhadap beban kejut, memiliki batas endurance yang lebih tinggi dan keuletan  yang  lebih  baik  jika  dibandingkan  dengan  proses  pengerasan  dan  penemperan konvensional dengan nilai kekerasan yang sama.
Waktu penahanan pada tungku austempering dilakukan untuk memberi waktu agar hidung kurva  T T T  dilewati hingga mencapai formasi bainit. Kemudian baja didinginkan dari  tungku austempering diudara hingga mencapai temperatur ruang. Waktu penemperan bervariasi dari 5- 30 menit, pada temperatur austempering yang lebih tinggi (sekitar 350-380 0 C) atau sekitar 1 jam pada suhu 250-270 0 C. Namun temperatur perlakuan panas dan waktu penemperan yang paling baik adalah dipilih dari diagram transformasi yang relevan pada baja.
Nilai  kekerasan  akhir  akan  bergantung  pada  temperatur  austempering  dan  media penemperan.  T emperatur  austempering  yang  lebih  tinggi  dengan  diikuti  dengan  waktu penemperan yang lebih singkat akan menghasilkan angka kekerasan lebih rendah. Kekerasan pada bainit menyatakan temperatur transformasi partikular, kekasarannya sama dengan  martensit temper pada temperatur yang sama. Selain itu struktur bainit lebih ulet dan lebih  tangguh  dari  martensit  temper.  Sedangkan  batas  endurance  baja  austempering  sama nilainya dengan baja martensit temper dengan kekuatan tarik yang sama.
Kekerasan  pada  bainit  akan  dipengaruhi  oleh  komposisi  kimia  baja  dan  temperatur penemperan.  Dimana  pada  saat  temperatur  pengerasan  naik  diatas  normal,  hidung  kurva T T Tbergeser kekanan karena pengasaran butir. Dengan diagram T TT kita dapat memperkirakan struktur mikro akhir setelah perlakuan panas. T ujuan akhir dari perlakuan panas austempering selain meningkatkan keuletan dan ketangguhannya juga untuk mengurangi terjadinya distorsi dan retak quench.
2.4. W aktu Pe nemperan dan Me dia Pendingin Proses Austempering
Proses austempering akan melalui beberapa tahap yaitu pemanasan mencapai temperatur hardening, pendinginan langsung ke temperatur austempering, penahana pada suhu konstan dan
dilanjutkan  dengan pendinginan pada udara. Biasanya batas atas temperatur hardening dipilih tapi  jika  luas  permukaan  menunjukan  perbedaan  yang  besar  daerah  temperatur  yang  lebih rendah dipilih. Lamanya waktu penemperan pada keadaan isotermal tergantung pada pemilihan material dan pemilihan temperatur austempering  yang tepat. Formasi bainit terbentuk pada saat pendinginan  dari temperatur austempering menuju suhu ruang.
Waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur hardening tergantung pada peralatan pemanas.  Pemeriksaan  visual  dapat  dilakukan  melalui  lubang  kecil  pada  dapur  untuk memperkirakan apabila material telah mencapai temperatur hardening yang diinginkan. Saat permukaan komponen telah mencapai temperatur yang diinginkan waktu tahan harus dihitung. Untuk mencegah dan butir yang buruk pada temperatur hardening maka pada baja paduan rendah  waktu  tahan  harus  dijaga  untuk periode waktu yang lebih singkat dibandingkan untuk paduan  tinggi.  Baja  yang  mengandung  karbida  memerlukan  waktu  yang  lebih  banyak  untuk melarutkan karbida utamanya untuk menyimpan kekerasan optimum.
Media pendingin yang biasa digunakan pada perlakuan panas austempering adalah media pendingin  berbentuk  liquid.  Media  pendingin cair tersebut digunakan dapat berupa garam dan logam  cair.  Perpindahan  kalor  yang  terjadi  pada  dapur  dari  fluida  yang  dipanaskan  kepada benda  padat  terjadi  dengan  laju  yang  sangat cepat. Penggunaan media pendingin pada garam cair  pada  tungku  (bath)    perlakuan  panas  yang  paling  umum  digunakan  karena  memiliki pengontrolan  terhadap  temperatur  yang  lebih  baik,  diikuti  dengan  keseragaman  tingkat kekerasan  yang  dicapai.  Pada  temperatur  yang  lebih  rendah,  dan  garam  tetap  memberikan kapasitas pendinginan yang tinggi.
Penambahan  1-2%  air  pada  garam  cair  pada  tungku  austemper  akan  meningkatkan kapasitas  pendinginan  garam  cair pada suhu 400 0 C, dan kira-kira empat kali lebih tinggi jika dibandingkan  dengan  udara.  Konsentrasi  campuran  garam  cair  45-55%  sodiun  nitrat  dapat digunakan  dan  memberikan  kecepatan  dan  keseragaman  pendinginan  yang  baik.  Garam  ini sepenuhnya dapat larut dalam air, sehingga sangat mudah saat mencuci komponen. Garam ini efektif jika dibandingkan pada bentang temperatur antara 200-500 0 C.

## 2.4.1. Pe nggunaan garam se bagai me dia auste mpe ring
Garam  cair  banyak  digunakan  sebagai  media  pendingin  pada  penemperan  perlakuan panas. T ungku garam sangat dibutuhkan untuk pemanasan baja tanpa menimbulkan karburisasi atau  dekarburisasi,  Garam  mencair  dapat  bereaksi  dengan udara dan membentuk oksi klorida atau  oksida  menghasilkan  dekarburisasi  pada  benda  kerja.  Dekarburisasi dapat dideteksi oleh test kekerasan permukaan atau oleh pengamatan mikroskopis.
Garam yang berisi campuran 20-30% sodium klorida dan 70-80% barium klorida dengan titik didih 640 0 C dapat diterapkan pada daerah temperatur antara 750-950 0 C campuran garam ini dapat digunakan untuk baja karbon dan baja paduan rendah. Garam mengandung campuran 80% barium klorida dan sodium  klorida dengan titik cair 750 0 C, cocok digunakan pada daerah temperatur  815-1095 0 C untuk hardening baja paduan tinggi. Rektifikasi pada tungku dilakukan dengan penambahan 4-5% borax. Campuran garam 50% barium klorida dan 50% sodium klorida, punya titik cair 660 0 C, dapat digunakan pada daerah temperatur  700-1000 0 C  untuk  hardening  baja  perkakas  dan  baja  konstruksi.  Deoksidasi dilakukan  dengan  penambahan  borax.  Campuran  garam  50-60%  barium  klorida,  15-25% sodium klorida dan 20-30% potasium klorida dengan titik cair 620 0 C, digunakan untuk daerah temperatur 650-1000 0 C. Campuran dapat digunakan untuk hardening, tempering temperatur tinggi, normalisasi.
Kadang garam bercampur dengan kuantitas yang cukup pada rectifier maka adalah penting untuk menambahkan 0,6-0,8% borax, 1-2% ferrosilikon, atau 0,6-0,8 magnesium florida setiap 8 jam. Penggunaan tungku garam mempunyai keuntungan yaitu :
1. T ungku garam menghasilkan keseragaman pemanasan untuk keseluruhan benda kerja dalam  tungku,  pemanasan  konduksi  yang  dicapai  pada  tungku  garam  lebih  tinggi daripada panas radiasi pada tungku atmosfir.
2. T ungku garam mudah untuk ditangani karena massa jenis yang tinggi pada medianya, yaitu  menurunkan  berat  benda  kerja,maka  kecendrungan  kearah  distorsi  dapat dikurangi.  Sedangkan  kelemahan  pada  tungku  garam  adalah  limbah  barium  dan sifat garam  yang  sangat  korosif.  Korosif  mengakibatkan  merosotnya  dimensi  yang akan direncankan.

## 2.4.2. Pe nggunaan  timah cair sebagai media austempering
Dari keseluruhan logam cair, timah dan timbal tanpa paduan yang paling umum digunakan sebagai  media  austempering  yang  menggunakan  logam  cair  sebagai  media  austemper  pada tungku  komersial  saat  ini.  Namun secara umum penggunaan tungku timah cair saat ini sudah digantikan oleh tungku garam, tetapi tungku timah cair masih sering digunakan untuk penerapan pengerasan  dan peneperan lokal, untuk aplikasi khusus yang bembutuhkan pemanasan secara cepat.  Karakteristik  dari      timah  cair  (m olten  tin  bath)  adalah  tingginya  berat  spesifik, konduktifitas termal dan konduktifitas listrik, akan tapi rendah pada panas spesifiknya. T emperatur  kerja  bath  timah  berkisar  pada  bentang  temperatur  kerja  650-1700 0 F. Sedangkan garam dengan kelas yang sama punya bentang temperatur kerja 350-2400 0 F. Karena berat spesifik yang tinggi maka baja akan mengapung pada timah kecuali jika ditenggelamkan oleh  suatu  alat  atau  fixtures. Konduksifitas termal timah yang tinggi adalah sifat yang paling baik  untuk  media  pendingin  logam  cair  karena  dapat  menghadirkan  pemanasan  cepat,  dan keseragaman temperatur pada tungku.
Bentang temperatur kerja media austemper timah cair kurang lebih sekitar 650-1700 0 F. T imah  cair  segera  teroksidasi  oleh  udara  pada  seluruh  temperatur  dan  harus  dilindungi  oleh pelindung  yang  cocok  untuk  mencegahformasi  oksida  timah  yang merugikan. Oksida timah tidak  dapat  terlarut  dalam  timah  cair,  sehingga  diperlukan  pelindung  untuk  menghindari terjadinya konstaminasi yang lebih besar dari tungku secara keseluruhan. Kecendrungan timah untuk  beroksidasi  akan  sangat  mengganggu,  karena  akan  menghasilkan berkurangnya massa timah.
Laju pemanasan atau waktu yang dibutuhkan untuk membawa bagian logam ke temperatur tungku, bergantung terutama pada konduktifitas panas dan titik cair. Karena timah cair segera teroksida  oleh  udara  pada  keseluruhan  temperatur,  tungku  timah  harus  dilindungi  dengan material solid atau liquid, untuk mencegah timah yang secara berlebihan.

## 3. METO DE  PENELITIAN
Langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian ini dijelaskan secara singkat oleh diagram alir penelitian sebagai berikut :
Gambar 3-1 : Diagram alir pe ne litian
Komposisi kimia dan sifat mekanik Baja Karbon tinggi dengan kode material AST M 1045 adalah sebagai  berikut.

## Tabe l 3-1 : Komposisi kimia baja ASTM 1045
Komposisi C (%) Mn (%) S (%) Si (%) Cr + Mo + Persentase  berat 0,45 0,65 0,02-0,04 0,40 0,63 Tabe l 3-2 : Sifat mekanik baja ASTM 1045 Sifat Mekanik N/mm 2 Kg/mm 2 Kekuatan  luluh 305 30 Kekuatan  tarik 580 58 Renggangan Min 16 %

## Tabe l 3-3 Pe ngelompokan spesimen
Kelompok Waktu Tahan Jumlah Spesimen A 20 mnt 3 B 40 mnt 3 C 60 mnt 2 D Tanpa perlakuan 1 1.
2. Batangan baja karbon tinggi dengan ukuran dan dimensi 22x3x2 cm dipotong lagi menjadi beberapa buah spesimen yang lebih kecil dalam bentuk standar spesimen impak dengan ukuran 55x10x10 mm 3 dan kedalaman titik 2mm yang jumlahnya sebanyak 9 buah spesimen.
3. Fluida  pendingin T imah cair (titik cair 232 o C), temperatur operasinya 250-600 o C.
4. Perencanaan temp.Ms Austempering
Ms = 539 – 423 x %C – 30,4 x%Mn – 17,7 x%Ni + 12,1 x%Cr – 7,5 x%Mo Ms  = 322 o C
Karena  temperatur  austempering  harus  berada  diatas  titik  M S jadi  temperatur  media austemper  ideal  paling  kecil  yang  harus  digunakan  sebagai  temperatur  austempering adalahdiatas  350 0 C.  Pada  penelitian  ini timah sebagai media austempering dipanaskan diatas temperatur  cairnya  mencapai  temperatur  yang  direncanakan  yaitu  pada  suhu  350 0 C  untuk berlangsungnya transformasi isotermal. Pengujian dilakukan dengan menahan temperatur timah cair pada suhu konstan yaitu pada 350 0 C.
Kemudian  pengamatan  terhadap  perubahan  struktur mikro dan sifat mekanik dilakukan pada temperatur ini. Penjelasan prosedur penelitian pada diagram T T T  dapat dilihat dibawah (Gb  3-2).
Gambar 3.2. Te mpe ratur titik M S yang diplot pada diagram TTT untuk auste mpe ring baja karbon ASTM1045
5. ANALISA DAN PEMBAHASAN

## 5.1. Data Hasil Pengujian kekerasan
Tabe l 5.1. Data pe ngujian kekerasan
Titik D 1 (mm) D 2 (mm D avg (mm) D 2 (mm VHN VHN avg 1 0,659 0,658 0,6585 0,4337 213,742 212,019 2 0,665 0,657 0,6610 0,4369 212,177 3 0,662 0,657 0,6597 0,4352 213,005 4 0,664 0,663 0,6635 0,4402 210,586 5 0,662 0,665 0,6635 0,4402 210,586 Nilai Kekerasan spesimen tanpa perlakuan VHN avg = 212 Nilai Kekerasan spesimen anneling VHN avg = 177
Nilai Kekerasan spesimen waktu tahan 20 mnt   VHN avg = 217 Nilai Kekerasan spesimen waktu tahan 40 mnt   VHN avg = 204 Nilai Kekerasan spesimen waktu tahan 60 mnt  VHN avg = 195

## 5.2. Data hasil pe ngujian impak
Jumlah spesimen untuk waktu tahan 60 mnt   besarnya energi yang diserap untuk mematahkan logam adalah :
Tabe l 5.2. Data pe ngujian impak spesimen untuk waktu tahan 60 menit
No. Spe sime n Sudut Sudut β Ene rgi (J) Ene rgi avg I. 146,5 0 92,5 0 97,478 81,4 II. 146,5 0 99 0 75,360 III. 146,5 0 101 0 71,470
Energi Impak penemperan 60 mnt rata-rata = 81,4 joule Energi Impak penemperan 40 mnt rata-rata = 62,7 joule Energi Impak penemperan 20 mnt rata-rata = 55,1 joule Energi Impak spesimen tanpa perlakuan = 97,47 joule

## 5.3. Pe mbahasan

## 5.3.1. Analisa pe ngujian kekerasan
Penurunan  nilai  kekerasan  yang  terjadi ini, disebabkan karena pada proses pendinginan dengan  transformasi  isotermal  pada  timah  cair berlangsung pada waktu cukup lama sehingga atom  karbon  yang  terdapat  pada  spesimen punya waktu yang cukup untuk berdifusi diantara perlit dan simentit.
Berdasarkan analisa pada diagram fasa, waktu tahan yang diberikan untuk bertransformasi secara  isotermal  akan  memotong  garis  martensit  start  dan  martensit  finish.  Sehingga terbentuklah  fasa akhir hasil pengujian yaitu dan bainit, akibat waktu penahanan yang terjadi pada temperatur yang berada pada daerah formasi bainit, sehingga hasil akhir dari material yang diuji  tersebut bersifat lebih ulet dibandingkan spesimen tanpa perlakuan. Ketahanan terhadap takik  akan  semakin  meningkat  dengan  lamanya  waktu  tahan  disebabkan  terbentuknya  fasa bainit.
Nilai kekerasan juga akan diperoleh oleh kecepatan pendinginan dari media pendinginan yang dipakai. T imah mempunyai kemampuan yang sangat baik untuk mentransfer panas karena
nilai  konduktifitas,  vikositas  dan  titik  cair  yang  cukup  rendah  dibandingkan  dengan  media pendinginan logam lainnya. Selain itu timah mempunyai temperatur kerja yang lebih baik dari garam  cair.  Untuk  material  dengan  dimensi  yang  lebih  besar  diperlukan  volume  media pendinginan timah cair yang lebih banyak. Volume media pendinginan juga akan berpengaruh pada  nilai  kekerasan.  Nilai  kekerasan  untuk  dimensi  material  uji  yang  lebih  kecil  akan mengalami  penurunan  dengan  bertambahnya  volume  media  pendingin  dan  demikian  juga sebaliknya. Kondisi ini dapat terjadi karena pada volume media pendingin air yang lebih kecil, akan memberikan kecepatan pendinginan yang relatif lebih lambat. Laju pendinginan yang lebih tinggi  akan  memberikan  waktu  untuk  lebih  banyak  atom  karbon  yang  berdifusi,  sehingga terjadinya penurunan nilai kekerasan.
Yang paling penting dalam keberhasilan proses austempering adalah tercapainya formasi bainit  pada  temperatur  dibawah  formasi  perlit  dan  diatas  formasi  martensit.  Dimana  sifat mekanik yang dimiliki baja yang di panaskan pada temperatur ini akan lebih unggul dalam hal perbaikan nilai keuletan dan ketangguhan logam.

## 5.3.2. Analisa hasil pe ngujian impak
Pada  pengujian  impak  pada  spesimen  yang  dikenai  proses  austempering,  menunjukan bahwa  pada  spesimen  yang  terbelah  menjadi  dua  bagian.  Pada  bagian  patahannya  tampak berwarna  abu-abu  buram  akibat pantulan cahaya dari permukaan belahan yang datar. Dengan kata  lain  patahan  yang  terjadi  adalah  patahan  ulet atau granular. Patah granular merupakan permukaan  patah  yang  menjalar  dari  takik,  melewati batas butir. Laju regangan yang terjadi pada pengujian impak akan semakin tinggi pada material yang memiliki takik yang lebih tajam. Pada pengujian impak besarnya energi yang diserap oleh material diperoleh dari ayunan bandul  yang  mengenai  spesimen.  Energi  tertinggi  untuk  mematahkan  logam  dicapai  pada pengujian dengan waktu tahan 60 menit yaitu 81,4 Joule dan energi yang terendah dicapai pada pengujian  dengan  waktu  tahan  20  menit  yaitu  55,186  Joule.  Hal  ini terjadi disebabkan oleh kehadiran fasa bainit.

## 5.3.3. Data dan analisa hasil uji metallografi
Perhitungan persen karbon ekuivalen pada baja karbon ini dapat dicari dengan formal sebagai  berikut :
%C eq = %C + %Mn + %Cr + %Mo + %V  + %Cu + %Ni   [ Lit 4 hal 77] 6          5          5          5       15       15
%C eq = 0,45 + 0,65 + 0,63/3 + 0,63/3 + 0,63/3 6                           5
%C eq = 0,45 + 0,108 + 0,126
%C eq = 1,226 %C = 1,2 %C
Berikut ini merupakan penampilan struktur mikro logam sebelum proses perlakuan yang ditunjukan  oleh  gambar  4-2.  Struktur  memanjang  seperti  jarum  prosese  pendinginan  yang berlangsung  secara cepat, sedangkan bagian yang berwarna bersih menunjukan adanya formasi karbida. T erbentuknya martensit pada pendinginan cepat terjadi karena proses hardening pada material pada spesimen asal sebelum perlakuan panas austempering.
Penampilan struktur mikro hasil pemotretan pada mikroskop optik menunjukan kehadiran formasi perlit-simentit pada spesimen asal yang dikeraskan yang kemudian dianil untuk melihat struktur mikro pada logam saat dilunakan kekerasannya yang dijelaskan pada gambar (Gambar 4.3).  Penampilan  struktur  mikro  yang  tampak  ditandai  oleh  perbedaan  warna  yang  cukup kontras. Perlit ditampilkan dengan warna hitam sedangkan warna dasar yang berwarna bersih menunjukan kehadiran karbida besi.
Gambar 4.1. : Struktur mikro baja ASTM 1045 se be lum prose s pe rlakuan (Pe rbe saran 800X)
Gambar 4.2. : Struktur Mikro Baja ASTM 1045 Hasil Prose s Anil (Pe rbe saran 800X)
Gambar 4.3. : Struktur mikro baja ASTM 1045 waktu tahan 20 me nit (pe rbe saran 800X)
Gambar 4.4. : Struktur mikro baja ASTM 1045 waktu tahan 40 me nit (Pe rbe saran 800X)

## Gambar 4.5. : Struktur mikro baja ASTM 1045 waktu tahan 60 me nit (Pe rbe saran 800X)
Dari gambar struktur mikro material yang dikenai variasi waktu penahanan pada proses penemperan  (Gambar  4.3,  4.4,  4.5)  terlihat  adanya  struktur yang memanjang dan berwarna gelap, halus dan tidak beraturan (acircular) ini menunjukan kehadiran sejumlah bainit. Orientasi bainit  pada  gambar  tersusun  secara  acak  pada  logam yang dietsa dan tidak membentuk suatu pola  yang  cukup  jelas.  Sedangkan  pada  bagian  dasar  yang  berwarna  terang  menunjukan kehadiran karbida besi yang tersebar pada luas permukaan esta.
Kerapatan  gambar  berwarna  gelap  dan  besar  ukuran  karbida  menunjukan  perubahan struktur  mikro  pada  logam  yang  ditahan  dengan  variasi  waktu  tahan  yang  berbeda.  Bainit merupakan campuran atas perlit dan karbida besi pada baja hyper eutektoid. Pada logam formasi bainit  akan  berkelompok-kelompok  diantara  partikel  karbida.  Kehadiran bainit yang punya bersifat  lebih  lunak dari martensit akan menurunkan nilai kekerasan logam. Semakin banyak sebaran  bainit  pada  luas  permukaan logam cenderung untuk menurunkan nilai kekerasan dan meningkatkan nilai ketangguhan logam.
Hasil struktur mikro setelah perlakuan panas austempering tidak terlihat batas butir yang cukup jelas setelah logam dietsa. Hal ini disebabkan karena struktur bainit yang mulai menginti pada  batas  butir  logam.  Perbedaan  penampakan struktur mikro bainit pada proses perlakuan
panas  austempering akan menunjukan perbedaan yang sangat kontras apabila pada pengujian dilakukan  variasi  temperatur  austempering dan penggunaan material dengan komposisi yang berbeda.

## 5.4. Analisa Re gresi Pengujian Ke kerasan dan Pengujian Impak
Analisa  regresi  dilakukan  untuk  seriap  kelompok  data  hasil  pengujian,  yang  dimaksud untuk  menguji  seberapa  kuatkah  korelasi  antara  variabel  variasi  waktu  tahan  terhadap sifat mekanik pada logam berupa nilai kekerasan dan ketangguhan takik. Berdasarkan hasil analisis regresi  dari masing-masing kelompok pengujian, didapatkan adanya korelasi yang cukup erat antara  variabel-variabel  yang  dianalisa  tersebut.  Hal  ini  diperkuat dengan diperolehnya nilai koefisien korelasi yang cukup signifikan, sehingga dengan demikian dapat diprediksi besarnya angka kekerasan dan harga energi impak secara matematis dari persamaan regresinya. Untuk mendapatkan gambaran secara visual dari analisis regresi yang telah dilakukan maka data-data  hasil  perhitungan  tersebut  disajikan  dalam  bentuk  grafik  peta  tebaran atau scatter diagram.  Dari  grafik  ini  dapat  dilihat  adanya  bentuk  korelasi  yang  positif  antara  angka kekerasan dan variasi  waktu tahan pada baja AST M 1045. Yang berarti bahwa bertambahnya waktu tahan, maka akan diikuti dengan penurunan angka kekerasan pada spesimen. Sedangkan  dari  hasil  analisis  regresi  energi  terhadap  waktu  tahan  didapatkan  bentuk korelasi negatif. Bentuk korelasi negatif yang seperti ini didapatkan pada analisis regresi energi impak terhadap variasi waktu tahan ditandai dengan kenaikan nilai ketangguhan seiring dengan lamanya waktu tahan. Pada kondisi ini berarti bahwa setiap terjadi kenaikan waktu tahan akan selalu diikuti dengan peningkatan ketangguhan taktik pada spesimen.
Dari analisis regresi yang telah dilakukan pada masing-masing data hasil pengujian, maka dapat disimpulkan ternyata memang terbukti adanya korelasi atau hubungan yang erat antara variasi  waktu  tahan  dengan  sifat  mekanik  pada  baja  atau  karbon  tinggi.  Analisis  ini  juga dimaksudkan  untuk  memperkuat  secara hipotesis data-data yang didapat dari hasil observasi. Sehingga  dapat  dikatakan  bahwa  hasil  dari  analisis  regresi  ini  secara  garis  besar  mempunyai kesesuaian dan saling menunjang terhadap hasil pengujian yang telah dilakukan sebelumnya.

## 6. KESIMPULAN
1. Nilai  kekerasan  tertinggi  pada  proses  Austempering  dengan  fluida  timah  cair diperoleh dengan waktu tahan 20 menit, dan kekerasan terendah pada waktu tahan 60 menit.
2. Hasil  uji  impak  nilai  ketangguhan  tertinggi  pada  waktu  tahan  60  menit  dan  nilai ketangguhan terendah pada waktu tahan 20 menit.
3. Dari hasil pengujian nilai kekerasan berbanding terbalik dengan nilai ketangguhan. Hal ini menunjukkan  adanya  korelasi  waktu  tahan    terhadap  nilai  ketangguhan dan kekerasan. Hasil  uji struktur mikro menunjukkan struktur bainit, hasil ini sesuai dengan teori proses Austempering.
4. Pengamatan  permukaan  patah  terjadi  patah  non  kristalin  dan  berserabut,  indikasi  ini menunjukkan patah ulet dimana tercapainya daerah temperatur Austempering yang berada diatas formasi bainit dan dibawah formasi perlit.

## DAFTAR  PUSTAKA
Diah Kusuma  Pratiwi.DR.IR. (2003). “Panduan Praktikum  Ilm u Logam ”,UNSRI, Palembang
George Krauss, Steel. (1995). “Heat Treatment and Processing Principles”, ASM International, Penerbit  AMAX  foundation  Profesor  of  Metalurgical  Engineering  Colorado  School  of mines, Edisi ke empat.
Dieter,  G.E.  Japri,  Sriati.  (1990).  “ Metalurgi  Teknik”  ,  edisi  ketiga,  jilid  1  dan  2  penerbit Erlangga.
Prabhudev. (1989).“ Hand Book Heat Treatm ent of Steel “, penerbit Nagpur University, edisi kedua.
T ata Surdia. (1992). “Pengetahuan Bahan Teknik” , edisi kedua, penerbit Pradnya Paramita, Bandung.
Wahid Suherman. (1987). “ Pengetahuan Bahan”. IT S. Surabaya