http://jurnal.umsb.ac.id/index.php/RANGTEKNIKJOURNAL

## ANALISIS STRAIN HARDENING DENGAN VARIASI MEDIA QUENCHING DALAM MENINGKATKAN MUTU PRODUK PENGRAJIN PANDAI BESI SUNGAI PUAR, KAB. AGAM SUMATERA BARAT

## ARMILA
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat Kimmylala74@gmail.com
Abstrak :  Pandai  besi  Sungai  Puar  mengalami  penurunan  jumlah  pengrajin  yang  disebabkan  oleh kurang  baiknya  mutu  produk  dan  adanya  pasar  global  dimana  produk  China  yang  jauh  lebih  bagus dan murah. Kurangnya pengetahuan tentang bagaimana meningkatkan kekerasan yang menyebabkan kemunduran sentra industri ini. Peningkatan mutu produk hanya dengan perlakuan panas yang sudah dilakukan secara turun temurun. Akan tetapi proses perlakuan panas tersebut belum tepat. Perlakuan panas  dengan  pemanasan  material  logam  sampai  temperatur    austenit  (ɤ)  kemudian  dilanjutkan dengan penahanan temperatur sekitar 30 menit dan kemudian didinginkan secara cepat. Pendinginan cepat  dapat  dilakukan  dalam  media  pendingin  yang  bervariasi.  Dari  hasil  uji  keras  menggunakan Mikro Vickers pendinginan dengan air sumur didapat kekerasan 652 VHN, dengan air garam 869.66 VHN,  Oli  605,52.  Angka  kekerasan  dengan  media  air  garam  paling  bagus  akan  tetapi  angka kekerasan  juga  harus  diteliti  lebih  lanjut  agar  kekerasan  yang  didapat  seiring  dengan  ketahanan terhadap korosi, karena viskositas air garam yang rendah dengan densitas yang tinggi  menyebabkan laju  pendinginan  lebih  cepat  sehingga  kekerasan  yang  didapat  lebih  tinggi.  Pendinginan  cepat dimaksudkan agar mekanisme terbentuknya fasa martensit lebih besar sehingga angka kekeras Kata Kunci: Pandai Besi, Fasa Austenit, Fasa Martensit, Pendinginan Cepat, Mikro Vickers
Abstrac : Blacksmith at Sungai Puar Region was decreasing caused by low quality and global marked. China’s  product  more  cheaper  n  hight  quality.  Heat  Treatment  process  not  worked  as  metallurgy rules,  its  still  in  traditional  working.  Mechanical  properties  such,  toughness,  strength,  hardness strength can easily be modified by heat treating for medium carbon steel, were subjected to various forms  of  heat  treatment  processes  like  hardening  and  tempering. Samples  were  austenitised  at  850- 900 0 C  followed  by  holding  times  and  finally  they  were  quenched  in  salt  water,  oil,  and  fresh water. The specimen with the highest hardness was found in samples quenched in salt water, they are 869,66  VHN  in  salt  water,  605.52  in  oil,  and  652  VHN  in  fresh  water.  Its  because  salt  water  have hight density n low viscosity were sample cooled fast, and martensite structure obtained, and hardness increased.  Micro  Vickers  hardness  used  for  samples.  Behavior  of  hight  hardness  quenched  in  salt water must be learning more, to measure corrosion rate and toughness. Key Word: Blacksmith, Micro Vickers, Quenching, Martensite, Austenite
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penelitian terdahulu
penulis
melakukan  penelitian  tentang  berkurangnya jumlah pengrajin pandai besi di daerah  Sungai Puar,  dimana  daerah  ini  merupakan  sentra pertanian  dan  perkebunan  yang  subur  yang membuat  sendiri  alat-alat  pertanian  berupa cangkul, sabit, garpu dan bajak, selain itu juga membuat  alat-alat  kebutuhan  rumah  tangga seperti  pisau,  golok  dll.  Dimana  produksinya selain digunakan untuk kebutuhan sendiri juga dipasok keseluruh wilayah pertanian, perkebunan    di  Sumatera  Barat.  Seiring berkembangnya  pasar  bebas  dimana  produk China sebagai salah satu penyebab
kemunduran  sentra  industri  ini.  jika  diteliti lebih dalam ternyata tidak hanya produk China yang  jadi  penyebab  akan  tetapi  kwalitas produk  pandai  besi  tidak  sesuai  dengan  yang diharapkan  petani  dan  masyarakat,  dimana mereka  menginginkan  produk  yang  kuat, tangguh dan tahan karat.
Penelitian terdahulu penulis
mengamati  secara  seksama  urutan  proses produksi, dimana ditemukan beberapa kesalahan  dalam  proses  produksi,  mulai  dari pengaturan temperatur, proses tempa ( forging ) dan proses hardening (sepuh), yang bertujuan untuk  menambah  kekuatan  pada  material dengan  mengubah  struktur  mikro  dengan metoda “quenching” /pendinginan cepat.
Kesalahan  dari  metoda quenching ini  yang ingin dibahas lebih lanjut dengan memvariasikan media quenching agar kekerasan produk dapat ditingkatkan.

## Tujuan Kegiatan
Adapun tujuan dari kegiatan ini adalah untuk meneliti angka kekerasan produk pandai besi  dengan  menggunakan  media  pendingin yang  berbeda.  Dimana  selama  turun  temurun pengrajin pandai besi hanya melakukan proses strain  hardening  hanya  menggunakan  media air saja.
Pada  dasarnya  media  air  sebagai media pendingin dalam proses strain hardening itu  sudah  tepat,  hanya  saja pengaturan  temperatur  pemanasan  untuk proses hardening ini  yang  sering  kurang diperhatikan. Pengrajin hanya menilai temperatur hardening hanya  berdasarkan visual  warna  baja  saja, tidak  dilakukan  proses penahanan  temperatur  sebagaimana  mestinya, dimana  penahanan  temperatur  merupakan kunci dari keberhasilan proses strain hardening.
Dalam  kegiatan  ini  penulis  mencoba melakukan proses hardening dengan memberikan  variasi  pada  media  pendingin berupa,  air  biasa,  air  garam,  oli  dan  udara. Material  yang  dijadikan  sampel  pengujian berupa sabit.

## TINJAUAN PUSTAKA Spesifikasi Material
Pengrajin  pandai  besi  Sungai  Puar umumnya  menggunakan  material  bekas  dari per/pegas  daun  mobil  dan  truk.  Pegas  daun merupakan  baja  karbon  sedang  dengan  kadar karbon  0,5-0,6%  C,  material  uji  yang  dipakai adalah  baja  karbon  0,63%  dan  Baja  Karbon 0,54%  C.  Baja  karbon  ini  mampu  untuk dilakukan  proses  perlakukan  panas  terutama proses strain  hardening yang  diikuti  dengan proses quenching.
Hasil  proses  spektrometri  material  uji seperti table berikut:
Unsur Pegas Daun A B C 0.633 0.546 Si 0.302 0.307 Mn 0.781 0.776 P 0.002 0.0024
S 0.176 0.0184 Cr 0.768 0.646 Mo 0.0289 0.0297 Ni 0.0159 0.0176 Al 0.0087 0.0097 Cu 0.0157 0.0154 V 0.0061 0.0060 W 0.0029 0.0032 Fe 95.9 95.8

## Prinsip Kerja Strain Hardening
Stain  hardening  merupakan  salah  satu proses perlakuan panas yang mampu meningkatkan  kekerasan  baja  hasil  proses pembentukan logam.
Material  uji  adalah  baja  karbon sedang,  dimana  baja  ini  merupakan  material yang  mempunyai hardenability yang  baik yang  dapat  diukur  dengan  proses Jominy  dan grossman .
Maksud  dari  perlakuan  panas  dalam penelitian  ini  adalah  untuk  meningkatkan strain hardening produk pandai besi pengrajin Nagari Sungai Puar. Dimana konsepnya hanya memadukan proses pemanasan dan pendinginan secara cepat, guna untuk mendapat sifat-sifat tertentu.
Dalam  proses  ini  produk  hasil  tempa dipanaskan  sampai  temperatur  austenit  (ɤ) kemudian  didinginkan  secara  cepat  kedalam air.  Agar  terbentuk  fasa  martensit  yang membuat material bersifat keras. Fasa martensit  yang  terbentuk  dapat  dijelaskan dengan  diagram  fasa  Fe-Fe3C  seperti  gambar berikut:
Gambar 2.1 Diagram Fasa Fe-Fe 3 C
http://jurnal.umsb.ac.id/index.php/RANGTEKNIKJOURNAL
Pelaksanaan  proses Strain  Hardening dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Preheating (pemanasan kembali).
Proses preheating /pemanasan  ulang  adalah proses  pemanasan  material  hasil  tempa, dimana material dipanaskan kembali sampai  temperatur  austenite  (ɤ)  atau temperatur  gamma,  karena  pemanasan sampai  temperatur  ini  merupakan  sebuah rule/aturan  dalam  proses pengerjaan  panas. Dimana dengan pemanasan sampai temperatur austenite fasa bersifat stabil dan mampu untuk menghasilkan struktur martensit  yang  diinginkan.  Temperatur austenite  jika  dianalogikan  sama  dengan kisaran  850-900 0 C,  atau  kalau  pengrajin melihat visual warna jingga terang.
2. Penahanan Temperatur ( Holding Time ).
Penahanan  temperatur  ini  dimaksudkan untuk menyeragamkan temperatur sehingga fasa  austenite  yang  diinginkan  bersifat homogen dan stabil.
Lama  penahanan temperatur  ini  tergantung dari kadar karbon material.
Biasanya  untuk  baja  karbon  sedang holding time yang dibutuhkan antara 20-30 menit, akan tetapi para pengrajin tidak/kurang  memahami  hal  ini,  dimana mereka  tidak  melakukan  proses  penahanan temperatur  produk  sehingga  produk  yang dihasilkan bersifat getas.
3. Pendinginan Cepat ( Quenching ). Dalam proses stain hardening ini pendinginan  yang  dilakukan  bersifat  cepat dengan  menggunakan  media  air.  dimana tujuan  pendinginan  secara  cepat  adalah untuk  mendapatkan  fasa  martensit  yang akan  membuat  material  menjadi  kuat  dan keras.

## Media Pendingin
Dalam  proses  pendinginan/ quenching kita  bisa  memakai  berbagai  macam  media pendingin  tergantung  dari  sifat  material  yang kita  inginkan.  Dalam  hal  ini  beberapa penelitian  telah  mencoba  mencari  variasi dengan media antara lain:
1. Air Media air adalah media yang sangat banyak digunakan karena media ini akan menghasilkan material dengan strain hardening yang tinggi,  karena pendinginan yang  cepat  dapat  merubah  fasa  autenit
menjadi  martensit.  Saat  ini  peneliti  lebih mencoba mencari terobosan dengan menambahkan  garam  pada  media  air  ini, karena dari penambahan garam pendinginan  temperatur  akan  lebih  cepat turun  dibanding  dengan  pendinginan  air biasa,  sehingga  kekerasan  yang  didapat lebih tinggi.
2. Oli atau Minyak Media  oli  atau  minyak  juga  banyak digunakan,  media  ini  akan  lebih  lambat menghasilkan  penurunan  temperatur,  akan tetapi  kekerasan  yang  didapat  tetap  tinggi dan  meghasilkan  lapisan  karbon  pada permukaan logam.
3. Udara Pendinginan dengan media udara
merupakan  pendinginan  lambat  atau  biasa disebut ( normalizing )/normalisasi.
Pendinginan ini bertujuan untuk mendapatkan  kekerasan  dengan  proses pendingian  lambat  sehingga  memberikan ruang  pada  logam  untuk  merubah  struktur mikro  logam  dengan  metoda  pertumbuhan butir atau rekristalisasi.
Proses  pendinginan  dan  fasa  yang terbentuk dapat dijelaskan dengan menggunakan  diagram  CCT  dan  TTT  sebagai berikut:
Gambar 2.2 Diagram TTT secara umum Perubahan  Fasa  yang  terjadi  selama proses  pendinginan  dapat  dijelaskan  dengan digram TTT berikut ini:
Gambar 2.3 Diagram TTT dalam perubahan fasa
Gambar 2.4 Kurva Penahanan Temperatur holding time

## Pengujian Material
Dalam  penelitian  ini  angka  kekerasan di  uji  dengan  metoda  Mikro  Vickers.  Metoda mikro Vickers merupakan pengujian kekerasan tanpa merusak benda uji, hasilnya lebih akurat karena  jejak  indentor  dalam  bentuk  piramida dengan alas segi empat besar sudut 136 0 .
Gambar 2.5  Mekanisme pengujian Vickers
Dimana  angka  kekerasan  diperoleh  dengan rumus sebagai berikut :
Proses  pengujian  mikro  Vickers  dapat  terlihat pada mesin uji berikut ini:
Gambar 2.6  Mesin Uji Vickers
http://jurnal.umsb.ac.id/index.php/RANGTEKNIKJOURNAL

## METODOLOGI PENELITIAN
Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.1  Diagram Alir Penelitian

## DATA DAN ANALISA Data Hasil Uji Keras Mikro Vicker
Tabel  1  Data  Kekerasan  media Pendingin Air Biasa/Air sumur Material VHN 1 660 2 679 3 659 4 624 5 641 Rata-rata 652.6
Tabel 2. Data Kekerasan Media Pendingin Air Garam Material VHN 1 840 2 798 3 891 4 863 5 956.3 Rata-rata 869.66 Tabel 3. Data Kekerasan Media Pendingin Oli Material VHN 1 551.3 2 647.6 3 549.7 4 648 5 631 Rata-rata 605.52 Tabel  4.  Data  Kekerasan  Media  Pendingin Udara Material VHN 1 342 2 337.2 3 332.9 4 351.6 5 328 Rata-rata 338.34 Tabel  5.  Data  Kekerasan  Rata-rata  dalam Media Pendingin yang bervariasi Material VHN Air 652.6 Air Garam 869.66 Oli 605.52 Udara 338.34

## Analisa
Proses  perlakuan  panas  merupakan salah satu cara untuk meningkatkan kekerasan material  baja  karbon  sedang  hasil  proses tempa.  Material  hasil  proses  pengerjaan  panas atau  material  hasil  proses  deformasi  plastis dipanaskan kembali sampai temperatur austenite  kemudian  temperatur  ditahan  sesuai dengan  kadar  karbon  dan  didinginkan  secara cepat.
Selain pengaturan temperatur pemanasan  dan  penahanan  temperatur,  media pendingin  sangat  menentukan  pada  kekerasan material  yang  didapat.  Dari  data  dapat  dilihat

## Pemanasan /Preheating
T= Austenit
Pendinginan/Quenching -Air biasa - Air Garam - Oli -Udara Material Logam Hasil Tempa Pengujian Kekerasan Mikro Vickers Data Kekerasan Material
ANALISA
bahwa  media  air  garam  yang  paling  tinggi menghasilkan  kekerasan.  Kekerasan  diperoleh 869 VHN, sedangkan dalam oli dan air sumur hampir  sama.  Artinya  media pendingin sangat menentukan  dalam  menghasilkan  peningkatan kekerasan. Adapun yang menyebabkan perbedaan ini dapat dilihat dari
viskositas/kekentalan dan densitas (masa jenis) media pendingin. Viskositas merupakan tingkat  kekentalan  yang  dimiliki  oleh  fluida, semakin  tinggi  nilainya  maka  pendinginan akan semakin lambat karena proses penguapan akan  lambat,  terlihat  dari  media  oli,  angka kekerasan  yang  dihasilkkan  lebih  rendah  dari pada  media  pendingin  air  sumur.  Sedangkan densitas berbanding terbalik dengan viskositas, semakin tinggi densitas media pendingin maka laju pendinginan logam akan semakin cepat. Menurut  steeter  dalam  buku  Fluid  Machanic, 1992, dimana:
 Air Garam (ρ = 1025 kg/m 3 , v = 1.01 Pa.s)
Air garam memiliki viskositas yang rendah dengan  densitas  yang  tinggi  sehingga kecepatan pendinginan lebih cepat dibanding media pendingin lainnya.
 Air Sumur/Air Tawar  (ρ = 998 kg/m 3 , v = 1.01  Pa.s).  Memiliki  densitas  yang  lebih rendah  dari  air  garam,  sehingga  laju pendinginan  lebih  rendah  dibanding  air garam.
 Oli    (ρ  =  981  kg/m 3 ,  v  =  4.02  Pa.s).  Oli memiliki  viskositas  yang  tinggi  dan densitas  yang  tinggi  juga  sehingga  laju pendinginan lambat.
 Udara  (ρ = 1,2 kg/m 3 , v = 0.0000175 Pa.s).
Angka  viskositas  dan  densitas  yang  sangat kecil  ini  maka  laju  pendinginan  logam sangat lambat.
Dari  perbedaan  media  pendingin  diatas  angka kekerasan yang paling besar diperoleh dengan media pendingin air garam yaitu 869 VHN.

## SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
 Secara  turun  temurun    pengrajin  pandai besi Sungai Puar hanya melakukan proses quenching hanya  dengan  air  sumur  atau air  hujan.  Dari  data  pengujian  kekerasan diatas  didapat  angka  kekerasan  652.6 VHN dengan menggunakan media pendingin  air  sumur,  sedangkan  dengan air garam 869,66 VHN. Sebuah perbedaan yang sangat signifikan, dengan
hanya menambahkan garam dapur kedalam media pendingin.
 Penelitian ini akan sangat bermanfaat jika disosialisasikan  kepada  pengrajin  pandai besi agar produk hasil olahan pegas daun menjadi peralatan pertanian dapat ditingkatkan  mutunya  dan  dapat  bersaing dengan produk China.

## Saran
 Penelitian ini harus dilanjutkan, walaupun angka kekerasan dengan media pendingin air  garam  lebih  tinggi  dibanding  dengan air  sumur  dan  oli,  akan  tetapi  tingkat kegetasan produk belum diuji lebih lanjut.
 Perlu  dikaji  perubahan  struktur  mikro material  karena  air  garam  merupakan  zat yang  mempunyai  viskositas  yang  kecil dengan  densitas  yang  tinggi,  sehingga pendinginan  lebih  cepat.  Kenaikan  sifat kekerasan  apakah  diikuti  dengan  sifat lainnya yang bermanfaat untuk produk.
 Penelitian perlu ditambah dengan penelitian  laju  korosi  sehingga  kekerasan yang  didapat  setara  dengan  ketahanan korosi.

## DAFTAR PUSTAKA
Avner. 1987. Introduction to Pysical Metallurgy, 2 nd ed.  New  York:  Mc. Graw-Hill Book Company.
Armila, M. T. "DENTINGAN PALU TEMPA
PENGARAJIN PANDAI BESI SUNGAI PUAR MULAI SUNYI." RANG TEKNIK JOURNAL 1.2 (2018).
Beumer.  1985 Ilmu  Bahan  Logam  Jilid  II . Jakarta: Bharata Karya Aksara Dieter.  1996 Metalurgi  Mekanik  II ,  Jakarta: Erlangga Smallman  dan  Bishop.  1999. Metalurgi  Fisik Modern dan Rekayasa Material Streeter.1992. Fluid Mechanics , McGraw Hill, New York Suherman.  1998. Ilmu  Logam  III .  Surabaya:
Teknik Mesin ITS Surabaya.
Surdia,  Tata.  1985.  Teknik  Pengecoran Logam. Jakarta: PT. Pardya Paramita