## PENGARUH PROSES
HEAT TREATMENT PADA KEKERASAN MATERIAL
SPECIAL K (K100)
Hera Setiawan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muria Kudus Kampus Gondang Manis, Bae PO. Box : 53 Kudus, 59352 Telp. (0291) 443844 Fax. : (0291) 437198 Email : herasetiawan.umk@gmail.com

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mempelajari  pengaruh  proses  perlakuan  panas (heat treatment) terhadap  kekerasan  material special  K  (K  100). Material Special  K  (K100) dengan ukuran 25  mm  x 20  mm  x 50  mm dilakukan proses heat treatme nt sesuai dengan instruction for treatment  BOHLER  STEEL  MANUAL, yaitu hardening dengan  temperatur  950ºC  dan quenching dengan  media  pendingin  oli,  kemudian  dilanjutkan tempering dengan  temperatur  200  ºC  dan holding  time  60  menit.  Kekerasan  sebelum  dan  sesudah  proses heat  treatment diperiksa  dan dibandingkan.  Hasilnya  menunjukkan  bahwa  harga  kekerasan  rata-rata raw  material Special  K (K100) adalah 20 HRC, setelah proses hardening dan quenching 64 HRC, dan setelah tempering adalah 62 HRC.
Kata kunci : heat treatment, special K (K100), BOHLER, kekerasan.

## Abstract
The aim of this work is to study the effects of  heat treatment process on the hardness of special  K  (K100)  materials.  The  size  of  :  25  mm  x  20  mm  x  50  mm  bar  of  special  K  (K100) materials was processed heat treatment as according to instruction for treatment BOHLER STEEL MANUAL,  that  is  hardening  with  temperature  at  950  ºC  and  quenching  with  oil  refrigerators media,  then  continued  tempering  with  temperature  at  200  ºC  and  holding  time  60  minutes.  The hardness before and after process heat treatment was inspected and compared. The results of this study show that the hardness of raw material special K (K100)  20 HRC,  after process hardening and quenching 64 HRC,  and after tempering 62 HRC.
Key Words : heat treatment, special K (K100), BOHLER, hardness.

## 1. Pendahuluan
Material untuk cutting tools (punching tools) dan forming tools (non cutting tools) adalah jenis  material  yang  mempunyai  kekerasan  dan  keuletan  yang  baik.  Hal  ini  dapat  dicapai  dengan perlakuan panas pada material dies dan punch (Oestwald dan Munoz, 1996).
Sebelum pengerjaan pembuatan punch dan die dengan mesin wire cut dilakukan, material tools  (punch  dan  die) di heat  treatment  (hardening  dan  tempering) terlebih  dahulu  untuk memperoleh  nilai  kekerasan  yang  lebih  tinggi  dari  material  benda  kerja,  karena  syarat  kekerasan tools untuk  pemotongan  adalah  nilai  kekerasan tools harus  lebih  tinggi  dari  pada  nilai  kekerasan dari material benda yang akan dipotong ( www.bohler-edelstahl.com ).
Untuk  proses heat  treatment yang  dikerjakan,  harus  sesuai  dengan instructions  for treatment yang dianjurkan agar di dapat hasil yang baik.
Umur  pemakaian  yang  pendek  pada punch dan die menimbulkan  kerugian  pada  proses produksi, sehingga permasalahan punch dan die yang mudah pecah, cepat tumpul dan tidak dapat memotong dengan baik harus segera diatasi (Oestwald dan Munoz, 1996).
Berdasarkan  BOHLER  STEEL  MANUAL  P.T. BOHLINDO  BAJA,  kekerasan  material Special-K  (K100)  setelah  mendapatkan treatment idealnya  memiliki  umur  pemakaian  yang panjang, karena memiliki kekerasan yang tinggi.
Pada  penelitian  yang  dilakukan  sebelumnya  oleh  penulis  diketahui  bahwa  proses ECAP (equal channel angular pressing) dapat meningkatkan kekerasan bahan (aluminium 1050) sebesar 38%, dari 21,60 BHN menjadi 29,82 BHN (Setiawan, 2008).
Perlu dilakukan penelitian tentang proses dan pengaruh heat treatment terhadap sifat atau karakteristik  material Special-K  (K  100) baik  sebelum  maupun  sesudah  proses heat  treatment sehingga diketahui kekuatannnya.
Material  Special  K  (K  100)  adalah  jenis  material  yang  mempunyai  kekerasan  dan keuletan  yang  baik,  termasuk cold  work  tool  steel (baja  untuk  proses  pengerjaan  dingin).  Biasa digunaan pada proses blanking, punching dan  shearing . Komposisi kimia material Special K (K 100) adalah 2% C; 0,25% Si; 0,35% Mn; 11,5% Cr ( www.bohler-edelstahl.com ).
Sifat  mekanik  tidak  hanya  tergantung  pada  komposisi  kimia  suatu  bahan,  tetapi  juga tergantung  pada  struktur  mikronya.  Suatu  bahan  dengan  komposisi  kimia  yang  sama  dapat memiliki  struktur  mikro  yang  berbeda,  dan  sifat  mekaniknya  akan  berbeda.  Struktur  mikro tergantung  pada  proses  pengerjaan  yang  dialami,  terutama  proses heat  treatment yang  diterima selama proses pengerjaan (Callister, 2000).
Heat  treatment (perlakuan  panas)  adalah  proses  pemanasan  dan  pendinginan  yang terkontrol dengan maksud mengubah sifat fisik dari logam. Prosedur dari perlakuan panas tersebut adalah  berbeda-beda  tergantung  tujuan  dari  pemberian  proses  perlakuan  tersebut,  yang  biasanya mengacu pada sifat-sifat mekanik dari pada material benda kerja. Langkah pertama dalam proses heat  treatment adalah  pemanasan  logam  atau  paduan  dalam  temperatur  yang  berbeda-beda  dan dengan  atau  tanpa  memberikan  waktu  penahanan (holding  time), yang  kemudian  dilanjutkan dengan  mendinginkannya  dengan  laju  pendinginan  yang  diinginkan.  Temperatur  pengerasan sangat  tergantung  pada  kadar  karbon,  dan  temperatur  pengerasan  turun  jika  kadar  karbon  naik. Ada  beberapa  proses heat  treatment, diantaranya  adalah annealing,  normalizing,  hardening,  dan tempering (Callister, 2000 ; Surdia dan Saito, 2000).
Hardening dilakukan  untuk  memperoleh  kekerasan  dan  sifat  tahan  aus  yang  tinggi, kekuatan dan fatigue limit atau strength yang lebih baik. Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada  kadar  karbon  dalam  baja,  dan  kekerasan  yang  terjadi  akan  tergantung  pada  temperature pemanasan (temperature austenitising ), holding time dan laju pendinginan yang dilakukan.
Quenching (celup cepat) adalah salah satu perlakuan panas dengan laju pendinginan cepat yang dilakukan dalam suatu media pendingin misal air atau oli. Untuk memperoleh sifat mekanik yang lebih  keras. Untuk baja karbon rendah dan baja karbon sedang lazim dilakukan pencelupan dengan  air.  Untuk  baja  karbon  tinggi  dan  baja  paduan  biasanya  digunakan  minyak  (oli)  sebagai media  pencelupan,  pendinginannya  tidak  secepat  air.  Tersedia  berbagai  jenis  minyak,  seperti minyak  mineral  dengan  kecepatan  pendinginan  yang  berlainan  sehingga  dapat  diperoleh  baja dengan berbagai tingkat kekerasan. Untuk pendinginan yang cepat dapat digunakan air garam atau air yang disemprotkan. Beberapa jenis logam dapat dikeraskan melalui pendinginan udara terlalu lambat.  Benda  yang  agak  besar  biasanya  dicelup  dalam  minyak.  Suhu  media  celup  harus  merata agar dapat dicapai pendinginan yang merata pula.
Tujuan tempering adalah    menghilangkan  tegangan  sisa  akibat hardening yang  bisa menimbulkan retak dan untuk mengembalikan ketangguhan bahan, yaitu dengan cara memanaskan sampai temperature tertentu yang lebih rendah dari temperatur hardening . Pada material special K (K  100) untuk  mendapatkan  nilai  kekerasan  dibutuhkan  temperatur  200°C,  ditahan  selama  60 menit  pada  temperatur  tersebut,  kemudian  didinginkan  pada  dapur  itu  sendiri  dengan  mematikan sumber panas sampai temperatur mencapai temperatur kamar.
Kekerasan  suatu  bahan  (baja)  dapat  diketahui  dengan  pengujian  kekerasan  memakai mesin uji kekerasan (hardness tester) menggunakan tiga metoda atau teknik yang umum dilakukan yaitu metoda Brinell, Rockwell dan Vickers (Callister, 2000 ; Dieter,1996)
Gambar 1. Teknik pengujian kekerasan (Callister, 2000)
Gambar 2. Pengujian kekerasan dengan metoda Rockwell (Callister, 2000)
Uji kekerasan Rockwell sering dipakai untuk meterial yang keras. Hal ini disebabkan oleh sifat-sifatnya  yaitu  cepat,  bebas  dari  kesalahan  manusia,  mampu  untuk  membedakan  perbedaan kekerasan  yang  kecil  pada  baja  yang  diperkeras,  dan  ukuran  lekukannya  kecil,  sehingga  bagian bagian  yang  mendapatkan  perlakuan  panas  yang  lengkap,  dapat  diuji  kekerasannya  tanpa menimbulkan kerusakan (Callister, 2000 ; Surdia dan Saito, 2000).
Prinsip pengujian pada metoda Rockwell adalah dengan menekankan penetrator ke dalam benda kerja dengan pembebanan dan kedalaman indentasi akan memberikan harga kekerasan yaitu perbedaan kedalaman indentasi yang didapatkan dari beban mayor dan minor.
Pengujian  kekerasan  dengan  metode  Rockwell  bertujuan  menentukan  kekerasan  suatu material  dalam  bentuk  daya  tahan  material  terhadap  benda  uji  (spesimen)  yang  berupa  bola  baja (HRB)  ataupun  kerucut  intan  (HRC)  yang  ditekankan  pada  permukaan  material  uji  tersebut. Pengukurannya  dapat  dilakukan  dengan  bantuan  sebuah  kerucut  intan  dengan  sudut  puncak  120º dan ujungnya yang dibulatkan sebagai benda pendesak (indentor).
Penelitian ini bertujuan melihat pengaruh proses heat treatment pada kekerasan material special  K  (K  100) dan  membandingkan  hasilnya  dengan  BOHLER  STEEL  MANUAL  P.T. BOHLINDO BAJA.
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan kontribusi positif bagi ilmu pengetahuan dan teknologi untuk meningkatkan kekuatan bahan dengan proses heat treatment.
2. Menjadi  referensi  untuk  penelitian  selanjutnya  sehingga  didapatkan  bahan  dengan  sifat yang lebih baik dan sesuai dengan kebutuhan.

## 2. Metode Penelitian
Metode  penelitian  dilakukan  dengan  menguji  dan  menganalisa  sifat  mekanis,  yaitu kekerasan  material  sebelum  dan  sesudah  proses heat  treatment Dari  hasil  penelitian  ini  akan dibandingkan dengan BOHLER STEEL MANUAL P.T. BOHLINDO BAJA.

## Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah dua batang material Special K (K100) dengan ukuran 25 mm x 20 mm x 50 mm.

## Alat-alat yang digunakan
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah :
1. Mesin pemotong,
2. Mesin gerinda,
3. Mesin poles,
4. Amplas (kertas gosok SiC),
5. Metal polish (Autosol), kain halus dan kertas tissue, untuk menghaluskan bahan,
6. Heat Treatment Furnace (dapur listrik)
7. Alat uji kekerasan Rockwell,
8. Sarung tangan,
9. Tang penjepit,
10. Oli.

## Langkah-langkah Penelitian
Adapun langkah-langkah yang dilaksanakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Menyiapkan Spesimen
2. Memotong material Special K (K 100) sesuai dengan ukuran dan jumlah yang diperlukan, yaitu dua buah spesimen dengan ukuran 25 mm x 20 mm x 50 mm.
3. Pre Treatment
Proses  ini  meliputi  proses  perataan  permukaan  untuk  menghilangkan  karat  dan  kotoran, proses  penghalusan  permukaan  dengan  mesin  gerinda  dan  mesin  poles  hingga  terlihat mengkilat.
4. Proses Heat Treatment
Spesimen heat treatment adalah material Spesial-K (K 100) yang mendapatkan perlakuan yaitu : Hardening dengan  temperatur hardent 950ºC  dengan  pencapaian  suhu  maksimum melalui  3  kali  langkah,  dari  temperatur  ruangan  atau  temperatur  awal raw  material, seperti yang terlihat pada gambar 4, yaitu :
± 250 ºC (1st preheat stage) ± 550 ºC (2nd preheat stage)
± 950 ºC (Hardening) Quenching dengan media pendingin oli
5. Membersihkan spesimen dari kerak sisa minyak yang terbakar dengan air.
6. Memotong  spesimen  hasil  proses heat  treatment menjadi  2  bagian  sama  besar, menghaluskan permukaan dengan mesin poles hingga terlihat mengkilat.
7. Hasil  potongan  yang  satu  (spesimen  B1)  disimpan  untuk  selanjutnya  dilakukan  uji kekerasan hasil proses hardening dan quenching.
8. Potongan  yang  lain  (spesimen  B2)  dilanjutkan  dengan  proses tempering dengan  suhu 200ºC dengan waktu penahanan selama 60 menit, dan didinginkan perlahan-lahan dengan cara dibiarkan dalam dapur sehingga mencapai temperatur ruangan.
9. Membersihkan  spesimen  hasil  proses tempering dengan  mesin  poles,  dilanjutkan pengujian kekerasan.
Gambar 4. Proses Heat Treatment pada material K 100 (Bohlindo Baja, 2000)

## Pengujian kekerasan
Pengujian kekerasan dilakukan pada spesimen sebelum dan sesudah proses heat treatment dengan alat uji kekerasan Rockwell.
Cara pengukuran kekerasan dengan metode HRC (hardness rockwell cone) :
1. Memilih pada permukaan yang rata untuk bagian yang akan ditekan dengan penetrator,
2. Memasang landasan rata untuk benda uji pada dudukannya,
3. Menggerakkan tuas pada posisi 1,
4. Memasang  penetrator  (kerucut  intan  120º)  pada  pemegangnya,  kemudian  memasukkan pemegang pada dudukannya dengan mengencangkan baut dengan kunci L,
5. Memilih beban utama dengan cara memutar roda pengatur landasan,
6. Menjepit benda uji dengan memutar roda pengatur landasan,
7. Menggerakkan tuas ke posisi 2 secara perlahan-lahan dengan selalu melihat penetratornya untuk menjamin tidak terjadi benturan dengan benda uji. Jika permukaan benda uji sedikit miring,  posisikan  bagian  yang  rendah  di  depan.  Pada  posisi  2  ini  jarum  indikator  telah berputar,
8. Menggerakkan  tuas  ke  posisi  3  secara  perlahan-lahan  sebagai  pembebanan  awal. Mengatur jarum penunjuk pada dial indikator pada posisi 0 untuk menghilangkan beban awal  sesuai  dengan  metoda  yang  digunakan.  Pada  mesin  ini  hanya  tersedia  metode Rockwell B dan Rockwell C . Gunakan skala bagian luar untuk Rockwell C ,
9. Menggerakkan tuas ke posisi 4 secara perlahan-lahan sebagai pembebanan utama. Jarum pada peraga akan bergerak, menunggu hingga jarum berhenti lagi (kira-kira 20 detik)
10. Menggerakkan  tuas  pada  posisi  3  perlahan-lahan,  membaca  angka  kekerasannya  pada angka yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk.
11. Mengembalikan tuas pada posisi 2, dan posisi 1 secara perlahan-lahan.
12. Pengujian dilakukan 5 kali dengan cara menggeser benda uji.

## Diagram Alir Penelitian
Gambar 6 dibawah ini menunjukkan diagram alir penelitian yang dilakukan.

## Gambar 6. Diagram alir penelitian

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Hasil
Dari penelitian yang dilakukan pada material special K (K 100) didapatkan hasil sebagai berikut.

## Spesimen
Gambar 7 dibawah ini menunjukkan spesimen heat treatment material special K (K100), yaitu raw material A, material hasil proses hardening dan quenching B 1 , dan material hasil proses hardening dan quenching kemudian dilanjutkan dengan proses tempering B 2 .

## Spesimen A
Non  Heat Treatment
Spesimen B Heat Treatment

## Spesimen 1
Hardening 950ºC Quenching (oli) Spesimen 2
Tempering 200ºC Holding Time 60 menit Persiapan Benda Uji Survey Lapangan Studi Pustaka Pemotongan Spesimen Mulai Uji Kekerasan Analisis data Kesimpulan Selesai
Gambar 7. Spesimen heat treatment

## Kekerasan
Hasil  pengukuran  kekerasan  (HRC) special  K (K  100) raw  material dan  sesudah  proses heat treatment ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel  1. Hasil pengukuran kekerasan material special K (K 100)
Spesimen Kekerasan (HRC) Rata-rata Stdev 1 2 3 4 5 Raw Material 21 19 20 20 20 20.0 0.707 After Hardening & Quenching 64 63 64 65 64 64.0 0.707 After Tempering 200ºC 62 62 61 62 63 62.0 0.707
Dari tabel 1 diatas dapat dibuat grafik  kekerasan  material special K (K 100) seperti  yang terlihat pada gambar 8.
Gambar 8. Grafik kekerasan material special K (K 100)

## Kekerasan Material Special K (K100)
10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 Titik Pengukuran Ke k e ra s a n (H R C ) After Hardening After Tempering Raw Material

## Pembahasan
Hasil  pengukuran  kekerasan  material special  K  (K  100) diatas  akan  diperiksa  dan dibandingkan dengan standar kekerasan BOHLER Steel Manual PT. Bohlindo Baja seperti  yang terlihat pada tabel 2 dibawah.
Tabel  2. Kekerasan K 100 BOHLER Steel Manual (Bohlindo Baja, 2000)
Material Special K (K100) Kekerasan (HRC) Raw Material 20 After Hardening 63-65 After Tempering 100º C 64 After Tempering 200º C 62 After Tempering 300º C 59 After Tempering 400º C 57

## Raw Material
Raw  material adalah special  K (K  100) dengan  kekerasan  rata-rata  20  HRC,  kekerasan material cukup merata pada setiap titik pengukuran, dengan standar deviasi yang kecil yaitu 0,707. Nilai  kekerasan raw  material ini  sesuai  dengan  standar  kekerasan BOHLER    Steel  Manual PT. Bohlindo Baja seperti yang terlihat pada tabel 2 diatas.
Gambar 9. Grafik kekerasan rata-rata material special K (K 100)

## After Hardening
Hasil proses hardening dan quenching material special K (K100) mengalami peningkatan kekerasan  yang  cukup  besar  dibandingkan  dengan raw  material yaitu  naik  220%  dari  20  HRC menjadi 64 HRC. Peningkatan kekerasan ini sesuai dengan standar yang ditetapkan BOHLER Steel Manual PT. Bohlindo Baja yaitu 63-65 HRC.

## Kekerasan Rata-rata Material Special K (K100)
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 Raw Material After Hardening After Tempering 200ºC Proses Heat Treatment Keke rasa n (HRC)
Nilai  kekerasan  hasil  proses hardening dan quenching cukup  merata  dengan standar deviasi 0,707.

## After Tempering
Kekerasan  hasil  proses tempering 62  HRC,  sesuai  dengan    standar  yang  ditetapkan BOHLER  Steel  Manual PT.  Bohlindo  Baja,  dan  kekerasannya    cukup  merata  dengan standar deviasi 0,707.
Peningkatan    kekerasan  material Special  K  (K  100) hasil  proses heat  treatment dapat dilihat pada  tabel 3.
Tabel  3. Peningkatan kekerasan material special K (K 100) hasil proses heat treatment
Specimen Kekerasan Kenaikan dari (HRC) raw material Sebelumnya Raw Material 20.0 0.00% 0.00% After Hardening 64.0 220.00% 220.00% After Tempering 200ºC 62.0 210.00% -3.13%
Peningkatan  kekerasan  hasil  proses hardening dan quenching dibandingkan dengan raw material cukup besar, yaitu 220 % dari 20 HRC menjadi 64 HRC, hal ini sesuai dengan tujuan dari proses hardening  dan  quenching yaitu  untuk  memperoleh  kekerasan  dan  sifat  tahan  aus  yang tinggi, kekuatan dan fatigue limit atau strength yang lebih baik (Callister, 2000 ; Surdia dan Saito, 2000).
Setelah  mengalami  proses tempering, kekerasan  ini  turun  sebesar  3,13  %  dari  64  HRC menjadi  62  HRC  jika  dibandingkan  dengan  proses  sebelumnya  yaitu hardening  dan  quenching. Jika  dibandingkan  dengan raw  material ,  kekerasan  hasil  proses tempering mengalami  kenaikan sebesar 210 % dari 20 HRC menjadi 62 HRC.
Penurunan  kekerasan  ini  merupakan  konsekuensi  dari  tujuan tempering yaitu menghilangkan tegangan  sisa akibat hardening dan quenching yang bisa  menimbulkan retak dan untuk mengembalikan ketangguhan bahan.

## 4. Kesimpulan dan Saran
Berdasarkan hasil penelitian ini dapat diambil kesimpulan :
1. Hasil  proses hardening dan quenching material special  K  (K  100) mengalami  peningkatan kekerasan  yang  cukup  besar  dibandingkan  dengan raw  material yaitu  naik  220  %  dari  20 HRC menjadi 64 HRC.
2. Setelah mengalami proses tempering , kekerasan material special K (K 100) ini turun sebesar 3,13  %  dari  64  HRC  menjadi  62  HRC  jika  dibandingkan  dengan  hasil  proses  sebelumnya yaitu hardening  dan  quenching .    Jika  dibandingkan  dengan raw  material, kekerasan  hasil proses tempering mengalami kenaikan sebesar 210% dari 20 HRC menjadi 62 HRC
3. Peningkatan kekerasan hasil proses heat treatment material special K (K100) pada penelitian ini sesuai dengan BOHLER STEEL MANUAL P.T. BOHLINDO BAJA.
Saran yang diperlukan untuk penelitian selanjutnya :
1. Perlu    dilakukan  penelitian  lanjutan  untuk  mengetahui  pengaruh  proses heat  treatment terhadap sifat atau karakteristik bahan yang lain.
2. Perlu  dilakukan  penelitian  proses heat  treatment dengan  beberapa  variabel  proses  yang  lain dan berbeda-beda.

## Daftar Pustaka
[1]  BOHLINDO  BAJA,  P.T.,  2000,  ”BOHLER  STEEL  MANUAL”,  Jakarta:  P.T.  BOHLINDO BAJA.
[2]  Callister Jr.,W.D., 2000, ”Fundamentals of  Materials  Science and Engineering”,  Interactive e Text, John Wiley & Sons, Fifth Edition.
[3] Dieter, G.E., 1996, ”Metalurgi Mekanik”, Jakarta: Erlangga.
[4] Oestwald, P.F., and  Munoz, J., 1996, ”Manufacturing Processes and Systems”, Canada: John Wiley & Sons.
[5]  Setiawan,  H.,  2008,  “Pengaruh  Proses  Equal  Channel  Angular  Pressing  (ECAP)  Terhadap Kekerasan Aluminium 1050”, Laporan Penelitian UMK.
[6] Surdia,T. dan Saito,S., 1999, “Pengetahuan Bahan Teknik”, Cetakan ke-4,  Pradnya Paramita, Jakarta, pp. 129 - 142.
[7] www.bohler-edelstahl.com