## PENGARUH QUENCHING TERHADAP KEKERASAN DAN KETANGGUHAN BAJA AISI 4340 PADA PROSES PACK CARBURIZING DENGAN KATALIS
BARIUM KARBONAT (BaCO 3 ) DAN KALSIUM KARBONAT (CaCO 3 )
𝐈𝐫𝐬𝐚𝐦 𝐌𝐚𝐮𝐥𝐚𝐧𝐚 𝐌𝐚𝐬𝐨𝐥𝐢 𝟏 , 𝐒𝐥𝐚𝐦𝐞𝐭 𝐒𝐮𝐩𝐫𝐢𝐲𝐚𝐝𝐢 𝟐 , 𝐇𝐢𝐬𝐲𝐚𝐦 𝐌𝐚′𝐦𝐮𝐧 𝟑
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Dan Infomatika Universitas PGRI Semarang
Email : Maulanamasoli@gmail.com

## ABSTRAK
Proses pack carburizing dapat proses meningkatkan kekerasan suatu materi dengan menambahkan unsur karbon dari luar. Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui pengaruh pack carburizing terhadap nilai kekerasan dan ketangguhan  baja  AISI  4340  setelah  mengalami  proses pack  carburizing menggunakan  variasi  katalis  dan  media quenching . Materi yang pakai dalam penelitian ini menggunakan baja AISI 4340 yang termasuk dalam jenis baja paduan rendah atau low alloy. Dalam proses penelitian yang dilakukan jenis karbon yang dipakai adalah arang tempurung kelapa menggunakan penambahan katalis BaCO 3 dan CaCO 3 sebesar 30% dari berat arang, dipanaskan pada temperatur 900˚C dan holding time 180 menit, jenis quenching dalam penelitian ini yaitu air dan oli. Untuk mengetahui hasil dari proses pack  carburizing dilakukan  pengujian  ketangguhan  serta  pengujian  kekerasan,  dari  penelitian  yang  telah  dilakukan, diperoleh kekerasa .. rata-rata tertinggi pada specimen menggunakan penambahan katalis BaCO 3 dan media quenching air sebesar 663.7 HV. Nilai ketangguhan mengalami penurunan dari raw material dengan nilai tertinggi sebesar 0.60 J/mm 2 menggunakan katalis CaCO 3 dan media quenching oli.
Kata Kunci: Pack Carburizing, Baja AISI 4340, Katalis, Quenching.

## ABSTRACT
The process pack carburizing is the process of increasing the hardness of a material by adding carbon from the outside. This study aims to determine the effect of the pack carburizing process on the hardness and toughness value of AISI 4340 steel after the pack carburizing process is carried out with variations of catalysts and quenching media. The material used in this research is AISI 4340 steel which is included in the type of low alloy steel or low alloy. In this study, the type of carbon used was coconut shell charcoal with the addition of BaCO3 and CaCO3 catalysts of 30% by weight of charcoal, heated at a temperature of 900˚C and holding time 180 minutes, the quenching media used were oil and water. To find out the results of the pack carburizing process, hardness testing and toughness testing were carried out. From the research that has been done, the highest average hardness value was obtained in the specimen with the addition of BaCO3 catalyst and water quenching media of 663.7 HV. The toughness value decreased from the raw material with the highest value of 0.60 J / mm2 using CaCO3 catalyst and oil quenching media.
Keywords: Pack Carburizing, AISI 4340 steel, catalyst, Quenching.
1. PENDAHULUAN …
a. Latar Belakang …
Peningkatan ilmu pengetahuan dan teknolohi yang semakin cepat sangat berpengaruh di dunia industri saat ini, dengan tuntutan  kebutuna  mausia  semakin  tinggi membuat  teknologi  juga  berkembang  dengan sangat pesat tujuannya agar mampu memenuhi kebutuhan  yang  lebih  modern.  Jika  dilihat, hamper semua keperluan manusia berhubungan  dengan  unsur  logam,  karena hampir  semua  alat,  khususnya  mesin-mesin yang  sudah  modern  dan  digunakan  manusia menggunakan unsur logam. Setiap jenis logam memiliki karakteristik berbeda-beda contohnya  seperti  sifat  mekanis  sifat  kimia, dan  sifat  fisik,  maka  perlu  adanya  suatu penanganan agar  tiap-tiap  elemen  logam tersebut  bisa  digunakan  maksimal  sesuai dengan kebutuhannya.
Untuk memperoleh sifat logam yang keras pada  bagian  permukaan  dan  ketahanan terhadap gesekan, maka dilakukan proses pack carburizing. Proses pack  carburizing sendiri dapat  meningkatkan  kekerasan  suatu  materi dengan menambahkan unsur karbon dari luar. Spesimen  yang  di  dipakai  dalam  proses penelitian ini merupakan baja AISI 4340 yang termasuk low  alloy atau  jenis  baja  paduan rendah.  Baja  AISI  4340  sering  digunakan dalam  komponen  mesin  karena  materi  ini mudah didapatkan.
Dari  pemaparan  di  atas  penulis  ingin melakukan eksperimen dengan judul pengaruh quenching terhadap
kekerasan dan
ketangguhan baja AISI 4340 pada proses pack carburizing dengan  katalis  Barium  Karbonat (BaCO 3 ) dan Kalsium Karbonat (CaCO 3 ).
b. Identifikasi . Masalah
Berdasarkan latar .. belakang di atas yang . telah diuraikan maka diperoleh identifikasi masalah yaitu bagaimana pengaruh variasi quenching dan  katalis  terhadap kekerasan  dan  ketangguhan  baja  AISI  4340 pada proses pack carburizing .
c. Prumeusan Masalah .
Dengan  identifikasi  masalah  di  atas, penulis  merumuskan  masalah  yang  dijadikan
sebagai fokus penelitian yang dilakukan yaitu sebagai berikut:
1. Pengaruh  katalis yaitu  katalis  Kalsium Karbonat  (CaCO 3 )  &  Barium  Karbonat (BaCO 3 ) terhadap kekuatan dan ketangguhan baja AISI 4340 pada proses pack carburizing.
2. Bagaimana  pengaruh  media quenching terhadap nilai kekerasan dan ketangguhan material baja AISI 4340 pada proses pack carburizing.
d. Tujuan . Penelitian
Dengan  rumusan  masalah  di  atas,  dengan demikina tujuan dari penelitian yang dilakukan penulis untuk mengetahui nilai kekerasan dan ketangguhan baja AISI . 4340 setelah dilakukan . proses pack carburizing menggunakan variasi katalis . dan media quenching .
e. Landasan Teori
1. Pack Carburizing -
Merupakan  metode  penambahan  atom karbon  pada  permukaan  material  yang diperoleh dari bubuk arang padat. Arang padat ini  dapat  diperoleh  dari  arang  tempurung kelapa,  arang  kayu,  arang  kokas  atau  arang padat  lainnya.  Untuk  mempercepat  proses karburisasi  dapat  diberikan  bahan  tambahan katalis, seperti BaCO 3 (Barium Karbonat) atau NaCO 3 (Natrium  Karbonat)  sebesar  10-40% dari  berat  arang,  benda  kerja  dimasukkan  ke dalam  kotak  sementasi  yang  berisi  campuran arang  dan  katalis  kemudian  ditutup  rapat kemudian dipanaskan pada temperatur 850˚C- 950˚C (Sunardi, dkk., 2013).
2. Baja - AISI 4340 Baja AISI 4340 tergolong dalam jenis baja karbon sedang paduan rendah (low alloy steel) . Baja  AISI  4340  merupakan  jenis  baja  yang sering  digunakan  dalam  bahan  teknik  antara lain  sebagai  bahan  komponen  mesin.  AISI adalah penamaan baja berdasarkan standarisasi Amerika  Serikat,  yang  merupakan  singkatan dari (Americal Iron and Steel Institute). Angka 4340 dapat di artikan sebagai kandungan yang terdapat di dalamnnya, yaitu dua dijit pertama 43  menunjukan  baja  paduan  Nickel  (Ni), Chromium  (Cr)  dan  Molybdenum  (Mo), sedangkan  angka  40  menunjukan  kandungan karbon sebesar 0,4%.

## 3. Katalis
Katalis merupakan suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada temperatur tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai  pereaksi  ataupun  produk.  Katalis berfungsi  mempercepat  reaksi  dengan  cara menurunkan energi aktivasi,
dan
meningkatkan  laju  reaksi  namun  tidak mempengaruhi  letak  kesetimbangan  sehingga reaksi berjalan lebih cepat karena
menyediakan satu jalur pilihan dengan energi aktivasi  yang  lebih  rendah  (Afriany  ,dkk., 2017).
4. Quenching = Quenching merupakan proses heat transfer atau perpindahan panas dengan laju pendinginan sangat cepat. quenching adalahproses pendinginan secara cepat setelah material  mengalami  proses  perlakuan  panas. Pada  proses quenching terjadi  percepatan pendinginan  dari  temperatur  akhir  perlakuan dan  mengalami  perubahan  dari austenite menjadi ferrite dan martensite untuk menghasilkan  kekuatan  dan  kekerasan  yang tinggi.  Perkerasan  maksimum  yang  dapat dicapai  baja  yang  di quenching hampir sepenuhnya  ditentukan  oleh  konsentrasi karbon dan kecepatan pendinginan yang sama atau lebih tinggi dengan kecepatan pendinginan  kritis  untuk  paduan  tersebut (Sundari,  dkk.,  2018).  Tujuan  dari  proses quenching adalah mendapatkan nilai kekerasan  yang  lebih  tinggi  dari  suatu material.
5. Pengujian Kekerasan =
Pengujian Vickers digunakan identor intan yang  dasarnya  berbentuk  bujur  sangkar (piramid) dengan sudut 136⁰ yang ditekan pada spesimen  dengan  gaya  tertentu.  Bekas  ijakan pada spesimen akan lebih besar apabila benda uji  tersebut  semakin  lunak  dan  bila  beban penekanan bertambah berat.
Gambar 2.1 Alat penguji kekerasan vickers (Sumber: Rohman, dkk., 2014) Perhitungan  nilai  kekerasan  Vickers berdasarkan pada panjang diagonal segi empat bekas  injakan  dan  beban  yang  digunakan. Angka kekerasan Vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada  prakteknya  luas  ini  dihitung  dari pengukuran menggunakan mikroskopik panjang  diagonal  jejak.  Nilai  kekerasn  hasil pengujian  ini  disebut  juga  dengan  kekerasan VHN  (Vikers Hardness  Numbers )  atau  HV (Afriany, dkk., 2017).
6. Pengujian Ketangguhan
Tujuan pada pengujian ketangguhan impak adalah  mengetahui  ukuran  keuletan  atau kegetasan pada spesimen terhadap beban kejut yang  disebabkan  pada  proses  pengujian, dengan  mengukur  energi  potensial  pada  palu godam  yang  dijatuhkan  dengan  ketinggian yang  telah  ditentukan.  Prinsip  kerjanya  yaitu tumbukan dengan menggunakan beban sentakan secara tiba-tiba.
Gambar 2.2 Skematis pengujian impak (Sumber: Harahap dan Harahap, 2013)
Terdapat 2 jenis metode standar uji impak, yaitu    metode  uji  impak Izod dan  metode  uji Charpy .  Metode  uji  impak Charpy adalah metode  yang  sering  digunakan  di  Amerika Serikat,  sedangkan  metode  uji  impak Izod lebih sering digunakan di Eropa.
Gambar 2.3 Pembebanan Uji Impak
Metode Charpy dan Metode Izod Untuk
memperoleh
hasil yang
memuaskan,  maka  benda  uji  harus  sesuai standar  uji  impak,  dalam  ukuran  dan  takikan benda  uji.  Standar  uji  untuk  penelitian  ini adalah  ASTM  E  23  dengan  dimensi  sebesar 10x10mm  dan memiliki notch V-45˚, dengan kedalaman  2mm  dan  jari-jari  dasar  0.25mm, seperti pada gambar 2.5 berikut:
Gambar - 2.4 Dimensi Benda Uji Impak Charpy ( ASTM E 23 ) (Sumber: Prawira, dkk., 2015)
f. Manfaat penelitian
Penelitian  yang  dilakukan  diharapkan mampu  digunakan  untuk  menjadi  referensi sebagai bahan penelitian berikutnya yang lebih mendalam. Sebagai pengembangan
pengetahuan tentang proses heat treatment dan pack carburizing khususnya.
2. METODE
a. Metode - Penelitian
Metode  penelitian  merupakan  sebuah metode  yang  digunakan  untuk  merancang sebuah proses penelitian agar dalam pelaksanaannya  dapat  tersusun  dengan  baik dan  dapat  dipertanggung  jawabkan  dengan ilmiah. Pada penelitian yang dilakukan peneliti menggunakan metode eksperimen yang digunakan  untuk  mencari  sebab  akibat  atau faktor-faktor  yang  dapat  dihasilkan  peneliti dengan  melakukan  variasi  menambah  atau mengurangi  faktor  yang  mempengaruhi  hasil dari pada pengujian.
b. Rancangan Penelitian
c. Papulasi dan Sempel
1. Populasi
Populasi  dalam  penelitian  tentang pengaruh quenching terhadap  kekerasan
baja  AISI  4340  pada  proses pack carburizing dengan katalis Barium Karbonat  (BaCO 3 )  dan  Kalsium  Karbonat (CaCO 3 )  adalah baja AISI 4340 baik  yang berupa raw material  maupun  yang  telah melalui proses pack carburizing .
2. Sampel -
Sampel  merupakan  bagian  dari  jumlah atau  karakteristik  yang  dimiliki  oleh populasi tersebut. Sampel dalam penelitian ini adalah hasil dari proses pack carburizing yang divariasikan media pendingin air dan oli,  juga  jenis  katalis  yang  digunakan.
Jumlah  sampel  uji  yang  digunakan  dalam penelitian ini berjumlah 8 buah.
d. Teknik Analisa Data _
Dalam  penelitian  ini  teknik  analisa  yang digunakan  penulis  adalah statistik  deskriptif . Teknik analisa s tatistik deskriptif adalah teknik
analisa dengan mendeskripsikan atau menggambarkan  data  yang  diperoleh  dari pengujian yang sudah dilakukan sebelumnya.
Data  yang  di  dapatkan  pada  awal  bersifat kuantitatif,  atau  hanya  berupa  angka  yang membandingkan  antara  data  specimen raw material , dan specimen yang sudah dilakukan proses pack carburizing dengan variasi katalis dan quenching.
Dari  data  yang  diperoleh,  kemudian dilakukan  analisis  serta  pemaparan  secara objektif  dan  sistematis  sesuai  pada  saat pengujian  dan  akan  disajikan  dalam  bentuk table seperti berikut:
Tabel 3.1 Tabel Pengujiak Kekerasan
Keterangan : 𝐹 =Beban uji (kg)
𝐷 1 , 𝐷 2 =Panjang
diagonal indentasi ( μm ) D =Panjang rata-rata
diagonal indentasi ( μm )
𝐻𝑉 =Kekerasan Vickers
Tabel 3.3 Tabel Pengujiak Ketangguhan
Keterangan : L  = Panjang spesimen (mm)
A = Lebar spesimen (mm)
B = A - kedalaman takikan (mm)
E = Tenaga yang diperlukan (J)
K = Nilai ketangguhan (J/mm²)
Ao= Luas penampang bawah takikan (mm²)
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Pengujian Kekerasan
Pada spesimen yang menggunakan quenching oli  dan  katalis  CaCO 3 memiliki nilai kekerasan rata-rata paling rendah sebesar 602.6 HV, kemudian spesimen yang menggunakan quenching oli  dan  katalis BaCO 3 sebesar  613.6  HV,  spesimen  yang menggunakan quenching air  dan  katalis CaCO 3 sebesar  640.1  HV,  dan  spesimen dengan nilai kekerasan tertinggi menggunakan quenching air dan katalis BaCO 3 sebesar 663.7 HV. Untuk lebih jelas dari nilai kekerasan rata- rata  dapat  di  lihat  dalam  bentuk  grafik  yang disajikan seperti pada gambar 4.3.
387.8 663.7 613.6 640.1 602.6 0 200 400 600 800 K ek eras an (H V ) Perbandingan Nilai Kekerasan Rata-rata Raw material BaCO₃ Air BaCO₃ Oli CaCO₃ Air
CaCO₃ Oli
L
(mm) A (mm) B (mm) Ao (mm 2 ) E (J) K (J/mm 2 )
D 1 (μm) D 2 (μm) D ((μm) F (Kg) HV Kekerasan Rata-rata
Berdasarkan  data  pengujian  kekerasan diatas  spesimen nilai  kekerasannya menigalai kenaikan  dari raw  material dengan  nilai kekerasan  tertinggi  menggunakan  katalis BaCO 3 dan media quenching air sebesar 663.7 HV  dan  nilai  paling  rendah  spesimen  yang menggunakan  katalis  CaCO 3 dan  media quenching oli  sebesar  602.6  HV.  hal  ini menujukan proses pack carburizing meningkatkan nilai kekerasan pada spesimen.

## b. Pengujian Ketangguhan
Dari kelima pengujian di atas yang meliputi 1 raw materia l dan 4 Sampel pack carburizing , terjadi  kenaikan  nilai  ketangguhan  sampel yang telah mengalami proses pack carburizing .
Berdasarkan data dapat diketahui hasil dari pengujian material AISI 4340 yang mengalami proses pack  carburizing yang  menggunakan variasi quenching air dan  oli  serta  katalis Barium  Karbonat  (BaCO 3 ) dan  Kalsium Karbonat  (CaCO 3 ) terhadap  ketangguhan material  AISI  4340  mengalami  proses penurunan  nilai  ketangguhan  dari raw material .  Hasil  pengujian spesimen  yang divariasikan  dengan  katalis  Barium  Karbonat (BaCO 3 )  dan  media  pendingin  oli  memiliki nilai  ketangguhan  yang  paling  rendah  yaitu sebesar 0.49 J/mm 2 .
Gambar 4.2 Grafik - Perbandingan Nilai Ketangguhan
Berdasarkan data hasil pengujian ketangghan yang diperoleh diatas bahwa jenis media  pendinginan  yamg  digunakan  dalam
peroses pack  carburizing berpengaruh  pada nilai ketangguhan yang dihasilkan, hal tersebut dapat  dilihat  pada  gambar  4.6.  Dapat  dilihat spesimen  yang  divariasikan  dengan  katalis Kalsium  Karbonat  (CaCO 3 )  dan  media quenching oli memiliki nilai ketangghan yang paling tinggi dan yang paling rendah spesimen dengan variasi Barium Karbonat (BaCO 3 ) dan media quenching air.
4. PENUTUP -

## 4.1. Kesimpulan -
Setelah  melakukan  proses  penelitian  dan analisis  data  mengenai  pengaruh pack carburizing dengan  variasi  katalis  dan quenching terhadap  dampak  nilai  kekerasan dan  nilai  ketangguhan  baja  AISI  4340  pada proses pack  carburizing ,  dapat  ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Variasi katalis dan media pendingin dalam proses pack  carburizing baja  AISI  4340 berpengaruh  terhadap  perbedaan  nilai kekerasan dan ketangguhan yang diperoleh pada spesimen pengujian.
2. Pengujian  kekerasan  menunjukan  nilai kekerasan  mengalami  peningkatan  dengan nilai  kekerasan  rata-rata  tertinggi  sebesar 663.7 HV yang menggunakan media katalis BaCO 3 dan media quenching air sedangkan nilai  rata-rata  terendah  didapat  dari spesimen yang menggunakan media katalis CaCO 3 dan  media quenching oli  dengan nilai sebesar 602.6 HV.
3. Pengujian ketangguhan pada spesimen pack carburizing menunjukan ketangguhan mengalami  Penurunan  dari raw  material dengan  nilai  terendah  sebesar  0.49  J/mm 2
menggunakan Barium Karbonat dan pendingin air dan nilai tertinggi menggunakan  media  katalis  Kalsium Karbonat dan media quenching oli sebesar 0.60 J/mm 2 .

## 4.2. Saran
Dari  penelitian  yang  dilakukan  oleh penulis  terdapat  beberapa  hal  yang  dapat dijadikan  masukan  untuk  dijadikan  bahan refrensi penelitian serupa:
1. Untuk mengetahui pengaruh pack carburizing terhadap kekerasan dan
0.83 0.49 0.58 0.51 0.60 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 J/m m 2 Perbandingan Nilai Ketangguhan Seluruh Spesimen Raw material BaCO₃ Air BaCO₃ Oli CaCO₃ Air
CaCO₃ Oli
ketangguhan  baja  AISI  4340  perlu  juga dilakukan pengujian lain.
2. Perlu juga dilakukan penelitian yang sama dengan  menggunakan  variasi  sumber karbon lain  untuk  mengetahui  pengaruh pack  carburizing terhadap  kekerasan  dan ketangguhan baja AISI 4340.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Afriany, R., Asmadi, & Nuryanti, S. Z. (2016).
Analisa Pengaruh Variasi Katalis Baco3, Naco3 Dan Caco3 Pada Proses Karburasi Baja Karbon Sedang Dengan Pendinginan  Tunggal. Jurnal  Ilmiah
“TEKNIKA“ , 4 (1), 38–50.
Harahap,  V.,  &  Harahap,  M.  H.  (2013).
Pengaruh  Karakteristik  Pasir  Merah Labuhan  Batu  Selatan  Terhadap  Sifat Mekanik (Uji, SEM, Difraksi Sinar X, Uji Impak) dari Beton. Jurnal Einstein , 1 (2),
64–75.
Negara,  D.  N.  K.  P.,  &  Muku,  I.  D.  M.  K. (2015).  Pack  Carburizing  Baja  Karbon Rendah. Jurnal Energi Dan Manufaktur ,
7 (1), 167–172.
Prawira,  M.  Z.,  Sisworo,  S.  J.,  &  Samuel.
(2015). Pengaruh Perbedaan Suhu Terhadap  Kekuatan  Impact  Alumunium 5083  Hasil  Pengelasan  Tungsten  Inert
Gas. Jurnal  Teknik  Perkapalan , 66 (3),
382–383.
Sadiana,  R.  (2020). Pengaruh  Ukuran  Mesh Serbuk Batubara Proses Karburasi Padat Pada  Baja  Aisi  4130  Terhadap  Nilai Kekerasan  Dan  Ketangguhan . 9 (1),  25–
30.
Saparin.  (2016).  Pemanfaatan . Cangkan - Buah Karet - Sebagai - Alternatif - Carburizer - Pada - Proses - Pack - Carburizing - Baja Karbon - Rendah  St  .  37. Jurnal  Teknik
Mesin , 2 (2), 17–22.
Sunardi,  Lusiani,  R.,  &  Fitra,  A.  O.  (2013).
Pengaruh Pack Carburizing dan
Kekasaran  Permukaan  Terhadap  Umur Fatik  Material  Poros  Baja  S45C. Jurnal Foundry , 3 (2), 7–12.
Sundari,  E.,  Fahlevi,  R.,  &  Besar,  B.  (2018).
Analisa  Pengaruh  Pack  Carburizing Terhadap Sifat  Mekanis  Sprocket  Imitasi Sepeda Motor Menggunakan Arang Kayu Gelam  Dan  Serbuk  Cangkang  Remis Sebagai  Katalisator. Jurnal  Austenit , 10 (2), 33–39.
Umartono, A. S., & Awali, S. (2015). Analisa Kegagalan  Proses  Heat  Treatment  Baja Sup-9  Pada  Pembuatan  Pegas  Daun. Jurnal  Keilmuan  Dan  Terapan  Teknik , 04 (1), 55–75.
Yahyaa, Nukman, & Chandra, H. (2013). The Carburizing Process of Low Carbon Steel with Charcoal Media. Journal of Mechanical  Science  and  Engineering ISSN (Online):2354-9467 , 1 (1), 1–6.
Zuchry,  M.  (2011).  Pengaruh  Karburasi
Dengan Variasi Media Pendingin Terhadap  Micro  Struktur  Baja  Karbon. Mektek , 13 (2), 76–79.