## STUDI VARIASI SUHU TAHAN  PADA SAAT PROSES LAKU PANAS BAJA PADUAN BERFASA GANDA NI-LATERIT

## THE STUDY OF  HOLDING TEMPERATURE VARIATION DURING HEAT TREATMENT OF DUALPHASE NI-LATERITE ALLOY STEEL
Satrio Herbirowo 1 , Saefudin 2 , Bintang Adjiantoro 1
1 Pusat Penelitian Metalurgi dan Material - LIPI
1 * satrio.herbirowo@lipi.go.id, 2 saef1959@gmail.com
Diterima: 25 April 2018     Direvisi: 21 Mei 2018     Disetujui: 18 Juni 2018

## ABSTRAK
Penelitian ini ditujukan untuk mempelajari pengaruh variasi suhu tahan pada baja Ni-laterit yang dipanaskan pada  temperatur  800 o C  dengan  waktu  tahan  1  jam  dan  media  pendinginan  berupa  air.  Setelah  pemanasan  dan pendinginan tersebut, spesimen kembali dipanaskan dengan temperatur penahanan bervariasi 300, 500, 700 o C secara simultan.  Pada  spesimen  dengan  pemanasan  pertama,  didapatkan  nilai  kekerasan  60,98  HRC  dan  fasa  yang terbentuk adalah 82,04% martensit dan 18,51% ferit. Pada pemanasan 300 o C didapatkan nilai kekerasan 21,36 HRC dan  fasa  yang  terbentuk  adalah  66,11%  perlit  dan  33,89%  ferit  halus.  Perlit  kasar  membentuk  struktur  dendritik, didapatkan  karena  solidifikasi  dan  transformasi  fasa.  Karakterisasi  morfologi  menggunakan  SEM  dan  EDS menunjukkan struktur batas butir yang jelas beserta bentuk fasa martensit dan elemen paduan Ni/Fe tersebar merata pada sampel.
Kata Kunci: perlakuan panas, tempering , martensit, morfologi

## ABSTRACT
This  research  was  aimed  to  study the  effect  of  variations  in  the  holding  temperature  on  Ni-laterite  steel  at 800°C  and  the  holding  time  of  one  hour  with  cooling  treatment  variation  on  water  quench  media.  After  holding temperature of 800°C, three specimens were reheated at 300, 500, and 700°C simultaneously. After the first heating at  800°C,  the  specimen  had  a  hardness  of  60.98  HRC,  and  composed  of  82.04%  martensite  phase  fraction  and 18.51% ferrite phase fraction. After the second heating at 300°C, the specimen had a hardness of 21.36 HRC, and composed  of  66.11%  pearlite  and  33.89%  fine-grain  ferrite.  Large  grain  pearlite  changed  to  dendritic  due  to solidification and phase transformation.  Morphological characterization using  Scanning  Electron Microscopy and Energy Dispersive X-Ray resulted in clear grain boundary as well as martensite phase shape. Ni/Fe alloyed element dispersed in all sample sections.
Keywords : heat treatment, tempering, martensite, morphology

## PENDAHULUAN
Penelitian  baja  fasa  ganda  sudah  banyak dilakukan  oleh  beberapa  peneliti  untuk  melihat pengaruh  variasi  perlakuan  panas  fasa  ganda terhadap  sifat  mekaniknya  menggunakan  produk baja  komersial  yang  sudah  terstandar  [1,2,3]. Banyak  permintaan  industri  otomotif  dalam optimalisasi  material  baja  terobosan  baru  yang memiliki  kekuatan  tinggi  dan  mampu  bentuk yang baik, maka penelitian sebelumnya baja  karbon  rendah  perlakuan  fasa  ganda
menunjukkan  bahwa  mampu  meningkatkan kekuatan  dan  keuletan  baja  dari  terbentuknya struktur  mikro  fasa  martensit  dan  ferit.  Adapun baja tulangan untuk konstruksi, dengan perlakuan panas  fasa  ganda  dapat  meningkatan  kekuatan tarik  optimum  dengan  suhu  770-800°C  [4,5] tetapi  pada  penelitian  Nugroho  et.al.  terdapat permasalahan  menurunnya  sifat  kekuatan  tarik setelah  dipanaskan  pada  area  fasa  ganda,  maka perlu  dilakukan  analisis  lebih  lanjut  dalam optimalisasi  sifat  mekaniknya  [6].  Pada  Baja AISI yang dilakukan  pemanasan  temper  setelah
mencapai  fasa  ganda  sedikit  menurunkan kekerasan  dan  elongasi  serta  mampu  dibentuk tempa  panas  maupun  canai  panas  untuk keperluan  aplikasi  di  industri  tanpa  mengalami cacat  yang  signifikan  dan  mampu  menghasilkan fasa bainit yang cenderung memiliki ketangguhan yang baik [7].
Pusat  Penelitian  Metalurgi  dan  Material LIPI  memiliki  tantangan  dalam  pengembangan baja  berbahan  baku  lokal  dari  bijih  nikel  laterit yang telah dikonversi menjadi baja laterit dengan adanya  paduan  nikel  untuk  meningkatkan  sifat mekanik yang  lebih  efisien  tanpa  perlu penambahan  bahan  paduan  murni  kembali. Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  melakukan variasi  suhu  penahanan  300,  500,  dan  700°C dengan hipotesis sifat mekanik optimal dari jenis fasa  dan  ukuran  butir  yang  homogen  dengan metode  pendinginan  cepat  media  air,  untuk mempelajari  pengaruh  terhadap  sifat  keras, volume  fraksi  fasa  dan  morfologi  struktur mikronya.

## BAHAN DAN METODE
Pada  penelitian  ini  telah  dilakukan percobaan pengaruh variasi suhu penahanan pada media  air  dengan  pemanasan  pada  daerah  fasa 𝛼 + 𝛾 dari  bahan  baja  laterit.  Langkah  awal pemeriksaan  bahan  awal  yaitu  komposisi  kimia dan  hasil  uji  komposisi  kimia  disajikan  pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi Unsur Hasil Pengujian Spark OES pada Bahan Awal Baja Laterit
No  Unsur  Komposisi (%) 1 C 0,27 2 Si 0,23 3 S 0,07 4 P 0,06 5 Mn 0,05 6 Ni 2,76 7 Cr 0,67 8 Mo 0,004 9 V 0,0097 10 Cu 0,036 11 W 0,003 12 TI 0,0028 13 Sn 0,0282 14 Al 0,117 15 Pb 0,0007 16 Nb 0,0016 17 Zr 0,0004 18 Zn 0,0008 19 Fe 99,97
Pada  Tabel  1  dapat  dianalisis  bahwa sampel  baja  laterit  awal  memiliki  komposisi unsur karbon medium dan memiliki paduan nikel cukup  tinggi  sebesar  2,76%  massa  serta  paduan lain yang rendah. Dengan kehadiran karbon dapat dilakukan  perlakuan  panas  dengan  mudah  untuk mendifusikan unsur karbon dalam baja.
Sampel pertama dipanaskan  di daerah fasa 𝛼 + 𝛾 mengacu  pada  diagram  fasa  Fe 3 C  yaitu pada  suhu  800°C  kemudian    ditahan  selama  1 jam,  dilanjutkan  dengan quenching pada  media air  seperti  pada  Gambar  1.  Proses  sampel  ke  II; III; IV dilanjutkan dengan variasi waktu dan suhu penahanan  pada  700,  500,  dan  300°C  selama  5 menit  dan  kemudian quench dengan  media  air. Karakterisasi  sifat  mekanik  dilakukan  dengan pengujian  kekerasan,  dan  analisis  morfologi struktur  mikro  dengan  pengujian  metalografi serta Scanning  Electron  Microscopy  and  Energi Dispersive X-Ray (SEM-EDX).
Gambar 1. Diagram Metodologi Proses Variasi Perlakuan Panas Suhu Tahan terhadap Waktu

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Terhadap  struktur  mikro  hasil  variasi perlakuan  panas  dari  empat  sampel  (I,  II,  II,  IV) telah  dilakukan  preparasi cutting,  grinding, dan polishing serta  etsa  nital  2%  dalam  menentukan perbedaan fasa yang terbentuk, yang ditunjukkan pada  Gambar  2.  Pada  Gambar  2(a)  terlihat  jelas terbentuk  fasa  martensit  dengan  bentuk  garis tajam  dan  tegas  dengan  fraksi  volum  martensit sebesar  82,04%  dan  fraksi  volum  ferit  18,53% akibat  pendinginan  cepat  dari  suhu  dua  fasa hingga  suhu  ruang  yang  menaikkan  laju  fraksi volum pembentukan martensit [8].
(a) (b)

## (c)
(d)
Gambar 2. Hasil Uji Metalografi dengan Pemanasan 800°C dan Variasi Suhu Tahan: a) Quench- Tanpa Suhu Tahan  b) Suhu Tahan 700°C  c) Suhu Tahan 500°C dan  d) Suhu Tahan 300°C
Pada  Gambar  2(b)  terlihat  penurunan  fraksi volum  fasa  martensit  menjadi  74,85%  dan Gambar  2(c)-(d)  menunjukkan  transformasi  fasa dari martensit menjadi perlit dan ferit disebabkan penahanan  suhu  rendah  membuat  unsur  karbon mengalami  segregasi  pada  fasa  ferit  yang  sangat berdampak pembentukan dislokasi mampu meningkatkan  kekuatan  mekanik    [3]  dan  juga pada  suhu  tahan  300  °C  memiliki  fraksi  volum fasa  perlit  sebesar  66,11%  dan  fasa  ferit  sebesar 33,89%. Hal ini menunjukan bahwa kecenderungan  transformasi  fasa  seiring  dengan penahanan  suhu  yang  mengarah  ke  fasa  perlit dengan karakteristik mekanik dan morfologi yang berbeda dengan martensit.
Gambar 3. Diagram Pengujian Kekerasan HRC terhadap Variasi Pemanasan Suhu Tahan
Temperatur  pembentukan  fasa  ganda  dan suhu  penahanan  dapat  mempengaruhi  nilai kekerasan  spesimen.  Kekerasan  tertinggi  diawali pada baja laterit quench tanpa suhu tahan sebesar 60,98  HRC  yang  disebabkan  oleh  transformasi dari  struktur  dua  fasa  ferit-perlit  menjadi martensit. Kekerasan kemudian berangsur-angsur mengalami  penurunan  dengan  makin  rendahnya suhu  penahanan  karena  matriks  struktur  ferit yang makin membesar dan pertumbuhan aglomerasi butir [9].
Gambar 4a. Hasil Uji SEM-EDX untuk Analisis Morfologi dan Unsur pada Suhu Tahan 700°C
Gambar 4b. Hasil Uji SEM-EDX untuk Analisis Morfologi dan Unsur pada Suhu Tahan 500°C
60,98 59,52 22,8 21,36 quench - tanpa suhu tahan suhu tahan
700°C suhu tahan 500°C suhu tahan 300°C Hasil uji keras HRC
Gambar 4c. Hasil Uji SEM-EDX untuk Analisis Morfologi dan Unsur pada Suhu Tahan 300°C
Pada  hasil  pengujian  morfologi  dengan SEM-EDX  menunjukkan  perubahan  karakter butir  yang  semakin  halus  dengan  makin rendahnya perlakuan penahanan suhu. Pada suhu tahan  700°C  terbentuk  presipitat  dan  matrik berbentuk garis tajam yang mengindikasikan sifat cenderung keras yang kemudian pada  suhu tahan 700  dan  300°C  memiliki  ukuran  butir  rata-rata sebesar  54  dan  27  µm.  Walaupun  terbentuk mikro void dan nukleasi  yang dapat menurunkan sifat  keras  material,  bentuk  butir  sedikit dimple mampu  meningkatkan  sifat  ulet  dan  ketahanan tangguhnya [10].

## KESIMPULAN DAN SARAN
Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan  pada baja  paduan  Ni  laterit  hasil  perlakuan  panas dengan  variasi  suhu  tahan  300,  500,  700°C  dan metode  pendinginan  cepat  media  air  dapat disimpulkan  bahwa  material  memiliki  komposisi kimia  sesuai  dengan  acuan  standar  AISI  4340 dengan  modifikasi  unsur  karbon  menengah  dan paduan  Ni  yang  cukup  tinggi.  Sifat  mekanik kekerasan cenderung menurun sampai suhu tahan rendah  300°C  yaitu  sebesar  21,36  HRC. Penurunan  nilai  ini  sesuai  dengan  struktur  yang
terbentuk yaitu perlit dan ferit yang menyebabkan unsur karbon mengalami segregasi pada  fasa  ferit  sehingga  sangat  berdampak  pada pembentukan dislokasi. Hasil SEM-EDX
menunjukkan  bahwa  pada  suhu  tahan  500  dan 300°C  terbentuk  mikro void dan  nukleasi  yang dapat  menurunkan  sifat  keras  material  tetapi dengan bentuk sedikit dimple mampu meningkatkan sifat ulet dan ketangguhan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Alfirano,  W.  Samdan,  and  H.  Maulud, "Effect of Intercritical Annealing Temperature  and  Holding  Time  on Microstructure  and  Mechanical  Properties of  Dual  Phase  Low  Carbon  Steel " , Appl.
Mech.  Mater. ,  vol.  493,  pp.  721–726, 2014.
[2] S.  Herbirowo  and  T.  B.  Romijarso,
“Material  Fasa  Ganda  Baja  Laterit,”  no.
November, pp. 1–2, 2017.
[3] M.  Y.  Hasbi,  Saefudin,  and  T.  B. Romijarso,  “The  influence  of  tempering process  for  DP  lateritic  steel  in  hardness and microstructure behavior,” vol. 020004,
p. 020004, 2018.
[4] P.  Proses et  al. ,  “Pengaruh  Proses  Tempa dan  Perlakuan  Panas  Fasa  Ganda  dengan Temper Terhadap Sifat Mekanik Baja Aisi 1045,” vol. 4, no. 2, 2014.
[5] P.  Baja,  T.  Berulir,  P.  Dan,  B.  Tulangan, and  B.  Ulir,  “Analisis  kekuatan  tarik  baja tulangan berulir hasil perlakuan panas fasa ganda,” pp. 103–108, 2016.
[6] R.  H.  Nugroho,  “Analisis  sifat  mekanik kekuatan  baja  tulangan  polos  hasil  proses perlakuan  panas  fasa  ganda,”  vol.  15,  no. 2, 2014.
[7] Z. Li and W. Lv, “Study of Microstructure and  Mechanical  Properties  of  Hot-Rolled Ultra-High  Strength  Ferrite-Bainite  Dual Phase Steel,” Mater. Sci. Forum , vol. 921, pp. 208–213, 2018.
[8] P.  Movahed,  S.  Kolahgar,  S.  P.  H. Marashi,  M.  Pouranvari,  and  N.  Parvin, “The  effect  of  intercritical  heat  treatment temperature  on  the  tensile  properties  and work  hardening  behavior  of  ferrite- martensite dual phase steel sheets,” Mater. Sci.  Eng.  A ,  vol.  518,  no.  1–2,  pp.  1–6,
2009.
[9] K.  Witono,  L.  Agustriyana,  and  A. Setiawan,    “Effect   of    Heat    Treatment
Temperature  on  The  Formation  of  Dual
Phase  Steel  AISI  1005  Hardness  And
Flexure Strength Characteristics of
Materials,” Info Tek. , vol. 16, no. 1, pp. 1–
10, 2015.
[10]  D. Gerbig, A. Srivastava, S. Osovski, L. G. Hector,  and  A.  Bower,  “Analysis  and design  of  dual-phase  steel  microstructure for  enhanced  ductile  fracture  resistance,”
Int.  J.  Fract. ,  vol.  209,  no.  1–2,  pp.  3–26, 2018.