Volume 16 No. 1 Juli 2015 (1-10)

## EFFECT OF HEAT TREATMENT TEMPERATURE ON THE FORMATION OF DUAL PHASE STEEL AISI 1005 HARDNESS AND FLEXURE STRENGTH CHARACTERISTICS OF MATERIALS
Kris Witono 1 , Lisa Agustriyana 2 ,Agus Setiawan 3
Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Malang Email  :  k_witono@yahoo.com

## ABSTRAK
Any  material  intended  for  automotive  use,  especially  in  the  body  panels  must  have  the criteria able to form (formable), weldability (weldable), coatable (resistant to corrosion) and able to be repaired (repairable). One group of materials that meet all the  above requirements are  dual  phase  steel.  To  form  a  dual  phase  steel  can  be  done  through  a  process  of  heat treatment.The purpose of this study was to determine the effect of heat treatment temperature on  the  formation  of  a  dual  phase  of  the  material  hardness  properties  and  flexural  strength steel.
The  method  used  is  a  variation  of  the  process  of  heat  treatment  at  temperature  730 0 C, 750 0 C, 770 0 C, 800 0 C, 850 0 C, 900 0 C.
The  results  of  the  study  include  the  establishment  of  dual  phase  steel  can  improve  the hardness of AISI 1005 steel with a carbon content of 0.033% C, the highest value of flexural strength is obtained at a temperature of 770 ° C treatment that is 1.98 kg / mm 2 with 223.08 HV  hardness  values.  The  hardness  and  flexural  lowest  strength  obtained  at  the  treatment temperature of 900 ° C is 197.14 HV and 1.15 kg / mm 2 and dual phase steel with optimum mechanical properties obtained at a temperature of 770 ° C.
Key word : heat treatment, dual phase, hardness, flexure strength

## 1. PENDAHULUAN
Salah  satu  kelompok  material  alternative  yang  saat  ini  dibutuhkan  bagi  perusahaan otomotif adalah baja fasa ganda karena memiliki sifat formability yang baik tanpa mengalami penurunan  kekuatan.  Beberapa  karakteristik  yang  membuat  baja  fasa  ganda  menarik  untuk aplikasi otomotif dijelaskan dalam Tumuluru (2006) adalah sebagai berikut:
a. Baja  fasa  ganda  mampu  mencapai  penguatan  melalui  transformasi  fase,  yaitu transformasi dari austenite ke martensit.
b. Tingkat  kekuatan,baja  fasa  ganda  tergantung  kandungan  martensit  dalam  matriks  ferit lunak (10% sampai 40%).
c. Baja  fasa  ganda  memiliki  tahap  pengerasan  regangan  yang  tinggi,  yang  menunjukkan sifat mampu bentuk yang sangat baik.
Rumusan  masalah  dari  penelitian  ini  adalah  bagaimana  pengaruh  pengaruh  variasi temperatur heat  treatment pada  pembentukan  baja  AISI  1005  fasa  ganda  terhadap karakteristik mekaniknya .

## 2 INFO TEKNIK, Volume 16 No. 1 Juli 2015
Tujuan  penelitian  ini  adalah  ingin  mengetahui  pengaruh  temperatur heat  treatment terhadap pembentukan fasa ganda terhadap sifat kekerasan bahan dan flexure strength .
Manfaat  yang  akan  diperoleh  dari  hasil  penelitian  ini  adalah  memberikan  masukan bagi  industri  otomotif  khususnya  di  Indonesia  sebagai  alternatif  material  baru  untuk  body kendaraan.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Bentuk  mikrostruktur  dari dual  phase  steels terdiri  atas  matrik  ferrite    dengan  sedikit martensite  pada  batas  butirnya  (  gambar  2.1).    Partikel  martensit  akan  mempengaruhi kekuatannya  sedangkan  matriks  ferrite  memberikan formability yang  baik,  sehingga campuran  ferrite-martensite  pada dual  phase seperti  partikel composite yang  bertolak belakang. Phase ferrite yang lunak akan membuat baja ini memiliki keuletan yang baik.
Gambar 2.1.  Mikrostruktur Dual phase steel ,(a) skema ilustrasi (b) foto mikrostruktur dan SEM (2% Nital) (Sumber: Xiaoyan Li, 2005.)
Ketika baja ini berdeformasi, maka regangan akan terkonsentrasi pada kekuatan terendah dari  phase  ferrite,  dan  keunikan  lainnya  ketika  kecepatan  pengerjaan  pengerasan  tinggi  dan dipadu  dengan  sifat ductility nya  yang  baik  maka  akan  membuat  baja  ini  memiliki ultimate tensile strength yang lebih tinggi dibanding baja biasa pada tegangan yield yang sama. Karena martensite  merupakan  phase  penguat,  maka  dengan  meningkatnya  fraksi  volume  dari martensite  akan  meningkatkan  kekuatan dual  phase  steel ,  begitu  juga ductility nya  akan rendah oleh karena itu volume fraksi martensite biasanya dibatasi pada range 10 sampai 20%, dimana martensite merupakan kelompok yang memiliki sifat tersendiri didalam ikatan ferrite matrik.  Untuk  menjaga  sifat high  ductility nya  dalam  baja  ini  diharapkan  tidak  hanya  fraksi martensite  saja,  tetapi  juga  terhadap  sejumlah  karbon  pada  baja  ini.  Oleh  karena  itu  jumlah karbon  pada dual  phase  steel biasanya  dibatasi  hingga  0,1%  C,  hal  ini  untuk  membuat  baja fasa ganda lebih weldable (mampu las) dan formable (mampu bentuk).
Gambar 2.2. Diagram fasa Fe-C (Sumber: Wardoyo.J.T., 2005.)
Sedangkan proses heat treatment nya dapat ditunjukkan pada gambar 2.3. dibawah ini.
Gambar 2.3. Proses heat treatment pada dual phase steels ( Sumber: Xiaoyan Li, 2005) Pengujian Vickers dilakukan dalam penelitian ini adapun metodenya dapat dilihat dalam tabel dibawah:
Gambar 2.4. Metode pengujian kekerasan (Sumber John Wiley & Sons,1965)

## 4 INFO TEKNIK, Volume 16 No. 1 Juli 2015

## 3. METODE PENELITIAN
Dalam penelitian ini bahan yang digunakan adalah lembaran plat AISI 1005 yang telah ditreatment menjadi baja fasa ganda dengan tebal 1 mm  dengan peralatan yang digunakan adalah :
a. Dapur Pemanas ( Furnace );
Merk : Hofman; Type : KZ; Daya : 3,3 Kw; Temperatur maksimum 1200 o C.
b. Mesin Uji Kekerasan
Merk : GNEHM HORGEN ; Type : O.M 150
c. Uji komposisi bahan.
d. Pengujian Flexure strength
Variabel dalam penelitian ini meliputi:
a. Variabel bebas ( independent ) adalah temperatur pemanasan yaitu 730 0 , 750 0 , 770 0 , 800 0 , 850 0 dan 900 0 celcius.
b. Variabel terikat ( dependent ) adalah kekerasan dan flexure Strength pada baja fasa ganda.
c. Variabel tetap adalah holding time 15 menit dan media quencing yang digunakan adalah air tanpa agitasi.
Bahan  spesimen  adalah  lembaran  plat  baja  AISI  1005  tebal  1  mm  menjadi  baja  fasa ganda  melalui heat  treatment dimana  pemanasan  dilakukan  dengan  menggunakan  dapur pemanasan  ( furnace )  untuk  memudahkan  pengontrolan  temperatur  hingga  mencapai temperatur yang dikehendaki selanjutnya di holding selama 20 menit kemudian di quenching dalam air tanpa agitasi, kemudian dilakukan pengujian.
Rancangan  diagram  waktu  vs  suhu  untuk  treatment  pembentukan  fasa  ganda  dapat ditunjukkan seperti di bawah ini:
Temp. 0 C

## X 0
Waktu (menit)
Gambar 3.1 Diagram rancangan heat treatment pembentukan baja fasa ganda (ferrite+martensite)
Holding selama 20 menit Temperatur kamar
Sebelum  dilakukan  proses  heat  treatment  langkah  awal  adalah  melakukan  pengujian komposisi  bahan.  Pengujian  ini  bertujuan  untuk  menentukan  temperature  perlakuan  dalam pembentukan fasa ganda dengan berdasarkan pada diagram fasa Fe-Fe 3 C.
Tabel 3.1 Hasil uji komposisi bahan %C %Si %S %P %Mn 0.033 0.011 0.013 0.008 0.234
Adapun proses heat treatment dapat ditunjukkan pada foto dibawah ini:
Gambar 3.2 Proses heat treatment pembentukan fasa ganda
Untuk  mendapatkan  nilai  kekerasan  specimen  uji  dalam  penelitian  ini  dilakukan  dengan metode  pengujian  Vickers.  Prinsip  dasar  pengujian  ini  hampir  sama  dengan  pengujian Brinnel,  hanya  saja  disini  digunakan  indentor  intan  yang  berbentuk  piramida  beralas  bujur sangkar dan sudut puncak 136°.
Adapun metode pengujian yang telah dilakukan dapat dilihat pada foto di bawah ini.
Gambar 3.3 Proses pengujian kekerasan

## 6 INFO TEKNIK, Volume 16 No. 1 Juli 2015
Metode  pengujian  bending  mengacu  pada  standar  pengujian  dari  ASTM  E290-09  untuk mendapatkan nilai flexure strength dari masing-masing spesimen dengan perlakuan yang berbeda.
Gambar 3.4 Proses pengujian bending

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil dari pengujian kekerasan dapat ditabelkan sebagai berikut sesuai dengan temperatur perlakuan pada masing-masing specimen uji.
Tabel 4.1 Data hasil pengujian kekerasan dengan metode Vickers (HV)
Temperatur heat treatment Data Uji kekerasan Tanpa perlakuan 730 0 C (a) 750 0 C (b) 770 0 C (c) 800 0 C (d) 850 0 C (e) 900 0 C (f) 1 162,8 214 206.9 227.3 201 202 205.2 2 152 210,4 215 239.8 189.9 199.4 200 3 174.9 200.8 210 208.7 227.3 209.6 187.6 4 150.9 180,5 214 214.6 232.5 191.5 195.4 5 142.1 202,5 204.5 225 215.2 197.7 197.5 Kekerasan Rata-rata (HV) 154.975 207.4 210.08  223.08  213.18 200.04 197.14

## Gambar 4.1 Grafik hasil pengujian kekerasan
Untuk data flexure strength diperoleh dari hasil pengujian bending yang dapat ditampilkan dalam  bentuk  grafik,  besarnya  flexure  strength  vs  defleksi  untuk  masing-masing  temperatur perlakuan dapat ditunjukkan seperti pada gambar di bawah ini.
154.98 207.4 210.08 223.08 213.18 200.04 197.14 0 50 100 150 200 250 0 200 400 600 800 1000 K e ke ra sa n ( H V ) Temperatur Perlakuan Grafik Temperatur Heat Treatment vs Kekerasan

## 8 INFO TEKNIK, Volume 16 No. 1 Juli 2015
Berdasarkan data hasil pengujian kekerasan spesimen pada tabel 4.1 diatas menunjukkan bahwa  temperature  pembentukan  fasa  ganda  dapat  mempengaruhi  nilai  kekerasan  spesimen. Pada  data  awal  (spesimen  tanpa  perlakuan)  besarnya  nilai  kekerasan  adalah  154.98  HV setelah mengalami proses heat treatment ternyata nilai kekerasannya meningkat (207.4 HV ; 210.08 HV ; 223.08 HV ; 213.18 HV ; 200.04 HV ; 197.14 HV).
Dari  data  masing  masing  perlakuan  didapatkan  bahwa  nilai  kekerasan  meningkat  mulai temperature  pemanasan  730 0 -  770 0 selanjutnya  menurun  dari  800 0 -900 0 .    Peningkatan  nilai kekerasan  dari  temperature  730 0 –  800 0 disebabkan  karena  struktur  ferrite-  pearlite  pada
kondisi  awal  tanpa  perlakuan  dari  spesimen  uji  mengalami  transformasi  akibat  pemanasan hingga  fasa  ganda  dan  dilanjutkan  dengan  pendinginan  cepat  dalam  media  air  dimana  dari struktur ferrite-pearlite spesimen mangalami perubahan menjadi struktur ferrite  – martensite. Sedangkan  kekerasan  menurun  ketika  temperature  pemanasan  850 0 dan  900 0 hal  ini  karena menurut  analisis  dari  diagram  fasa    (Fe-Fe 3 C)  struktur  ferrite  martensit  mengalami transformasi  kearah  pembentukan  struktur  δ  –  γ  (austenite)  hal  ini  yang  menyebabkan spesimen mengalami kekerasan yang lebih rendah. Kekerasan yang tertinggi ditunjukkan oleh spesimen yang mengalami perlakuan pada temperatur 770 0 yaitu 223.08 HV.
Dari  hasil  pengujian  bending  didapatkan  besarnya flexure  strength spesimen  uji  dari berbagai  variasi  temperature  pembentukan  baja  fasa  ganda.  Perlakuan  spesimen  uji menunjukkan  nilai flexure  strength yang  paling  rendah  yaitu  sekitar  1,30  kgf/mm 2 namun setelah  mendapatkan  perlakuan  maka  rata-rata  mengalami  peningkatan  akan  tetapi  ketika pada  saat  temperatur  pemanasan  850 0 sampai  900 0 mengalami  penurunan  bahkan  pada temperature 900 0 besarnya flexure strength hampir sama dengan spesimen ketika tanpa Berdasarkan grafik diatas tampak sebelum perlakuan yaitu berkisar 1,40 kgf/mm 2 .  Dari grafik di atas diketahui bahwa pada temperatur perlakuan  770 0 diperoleh  nilai flexure  strength yang  paling  tinggi,  hal  ini  jika  dilihat  pada diagram  fasa  ketika  mencapai  temperature  tersebut  struktur  fasa  ganda  terbentuk  sempurna juga  pada  temperature  800 0 .  Nilai  ini  sesuai  dengan  besarnya  kekerasan  yang  didapat  pada temperature  tersebut  yaitu  223.08  HV  untuk  temperature  770  dan  213.18  HV  pada temperature 800 0 .

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  ini  yaitu  pengaruh  temperature  heat  treatment  terhadap kekerasan dan flexure strength diperoleh suatu kesimpulan :
1. Nilai  kekerasan  baja  AISI  1005  rata-rata  meningkat  dengan  nilai  kekerasan  dan flexure strength tertinggi diperoleh pada temperatur perlakuan 770°.
2. Baja Fasa Ganda dengan sifat mekanik yang optimum diperoleh pada temperatur 770°. Untuk  kesempurnaan  hasil  penelitian  perlu  melakukan  uji formability baja  ini  memiliki sifat mekanik yang baik terutama pada temperature perlakuan 770 0 - 800 0 .

## DAFTAR PUSTAKA
Cortez V.H.L and F.A.R. Valdes.2008. Understanding Resistance Spot Welding of Advanced High-Strength Steels,Weld.J, pg 36-40.
JFE  Steel  Corporation,  2010.  Cold  Rolled  Steel  Sheet,  http://www.jfe-steel.co.jp/en,diakses pada tanggal 31 Desember 2010
Maryama.M  and  Gayden,  X.Q.  2005.  Development  of  Requirements  for  Resistance  Spot Welding  Dual-Phase  (DP600)  Steels  Part  1-The  Causes  of  Interfacial  Fracture, Weld  J , 84(11), pg.172-182.
Speer  ,JG.  and  Matlock  DK.  2002.  Recent  Developments  In  Low-Carbon  Sheet  Steel,  The Advanced  Steel  Processing  and  Products  Research  Center,  Department  of  Metallurgical and Materials Engineering,