## PENINGKATAN NILAI KEKERASAN BAJA C-Mn DENGAN METODE QUENCHING DAN TEMPERING

## Padang Yanuar
Program StudiTeknika STIMART “AMNI” Semarang Email: padang_yanuar@yahoo.co.id
Iman Mujiarto Program Studi Teknika STIMART “AMNI” Semarang Email: imnmu@yahoo.com
Yoeli Janto Program Studi Nautika STIMART “AMNI” Semarang Email:yoelijanto@yahoo.com

## ABSTRAK
Perlakuan  panas quenching dan tempering telah  lama  diterapkan  pada  baja  untuk  menghasilkan kombinasi  antara  kekuatan  dan  ketangguhan  yang  baik  dengan  struktur  mikro martensite .  Sifat  baja seperti  kekerasan  yang  tinggi  dengan  kombinasi  ketangguhan  yang  baik  membuat  baja  menjadi  pilihan utama  untuk  material armor (tahan  peluru).  Tujuan  penelitian  ini  melakukan  kajian  perubahan  sifat mekanis  baja  komersial  (baja  C-Mn)  akibat  proses quenching dan tempering untuk  dapat  diaplikasikan sebagai  baja armor .  Pemanasan  pada  temperatur austenit 900  °C  dengan  penahanan  selama  45  menit kemudian dilakukan quenching pada media air dilanjutkan tempering 175 °C selama 30 menit didapatkan nilai kekerasan tertinggi sebesar 546 BHN dengan dominasi struktur mikro martensite yang terbentuk.
Kata kunci: armor, kekerasan, quenching, tempering.

## ABSTRACT
The  heat  treatment  of  quenching  and  tempering  has  long  been  applied  to  steel  to  produce  a combination  of  good  strength  and  toughness  with  martensitic  microstructure.  The  high  hardness properties of steel with good toughness combine make steel the ultimate choice for armor material. The purpose of this research is to study the change of mechanical properties of commercial steel (C-Mn steel) due to quenching and tempering process to be applied as armor steel. Heating at austenite temperature of 900 °C hold for 45 minutes then quenching on water continued tempering 175  C for 30 minutes obtained the highest hardness value of 546 BHN with the dominant martensitic microstructure formed.
Keywords: armor, hardness, quenching, tempering.

## 1. PENDAHULUAN
Penyediaan dan Pemenuhan alat utama sistem senjata (alutsista) Tentara Nasional Indonesia (TNI) tergantung dari produk impor. Impor langsung kendaraan tempur dalam bentuk jadi ( Completely Build Up : CBU) dari negara produsen seperti Jerman, Inggris, Prancis dan Rusia, maupun bahan baku berupa plat tahan  peluru.  Sesuai  dengan  arah  kebijakan  anggaran  belanja,  pengembangan  industri  pertahanan Indonesia  telah  ditingkatkan.  Dalam  Rencana  Pembangunan  Jangka  Panjang  Nasional  (RPJMN)  2015- 2025  bidang  pertahanan  salah  satu  arah  kebijakan  adalah  penyediaan  dan  terpenuhinya  alutsista  TNI dengan  meningkatkan  peran  industri  nasional  dalam  negeri  [1].  PT.  Pindad,  Indonesia,  selaku  produsen peralatan  militer  dalam  negeri  telah  menghasilkan  kendaraan  tempur  yang  diakui  dunia  internasional, yaitu Anoa 6 x 6 dan Komodo 4 x 4 [2].
Baja sebagai bahan armor (tahan peluru) masih menjadi pilihan utama untuk dikembangkan karena mudah diproses, dilas dan dapat digunakan sebagai stuktur utama serta sekaligus sebagai pelindung tahan peluru [3]. Baja yang dirancang untuk mampu menahan tembusan proyektil yaitu baja dengan kekerasan
dan  kekuatan  tinggi  (kekerasan  semakin  tinggi  semakin  baik)  [4].  Pengembangan  material  tahan  peluru (armor,  armour) telah  banyak  dilakukan  melalui  penemuan  material  baru,  pemaduan  komposisi, perlakuan panas, pelapisan permukaan dan pembuatan komposit baik dari dari bahan logam maupun non- logam [5].
Perlakuan  panas  diberikan  pada  baja  untuk  menghasilkan  sifat-sifat  yang  diinginkan.  Perlakuan panas diawali dengan proses austenisasi (pemanasan hingga temperatur austenite ) yang kemudian disusul pendinginan  dengan  beragam  kecepatan  pendinginannya  yang  akan  menghasilkan  fasa  akhir  yang terbentuk  berbeda-beda.  Dengan  pendinginan  yang  lambat  akan  terbentuk  struktur  mikro pearlite dan lapisan tipis feritsementit, ditingkatkannya laju pendinginan akan  mengurangi  ketebalan lamela dan jika ditingkatkan  lagi  akan  membentuk  struktur  mikro bainit, laju  pendinginan  yang  sangat  cepat  akan menghasilkan  struktur  mikro martensite [6].  Diagram  transformasi  yang  mungkin  terjadi  melalui dekomposisi austenite ditunjukkan pada Gambar 1.

## Gambar 1. Transformasi Austenite [6]
Pada penelitian ini bertujuan melakukan kajian perubahan sifat mekanis baja komersial (baja C-Mn) akibat proses quenching dan tempering . Hasil yang ingin didapatkan pada penelitian ini adalah parameter perlakuan panas guna mendapatkan baja C-Mn yang dapat diaplikasikan sebagai baja tahan peluru.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Baja  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  baja  C-Mn  dengan  ketebalan  10  mm,  langkah  – langkah penelitian dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian
Gambar 3. Lanjutan Diagram Alir Penelitian

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Pengujian Komposisi Kimia
Komposisi  kimia  dari  baja  C-Mn  dapat  dilihat  pada  tabel  1.  Pengujian  komposisi  kimia  dilakukan untuk mengetahui un s ur-unsur apa saja yang terkandung di dalam baja, dilakukan dengan menggunakan alat uji Optical Emission Spectrometer Machines ARL type 3460.
Tabel 1. Komposisi kimia baja C-Mn
Unsur C Mn Si P S Cr Mo Ni %Berat 0,293 1,41 0,329 0,01 0,003 0,55 0,193 0,278
Dilihat  dari  unsur-unsur  kimia  yang  terdapat  pada  baja  C-Mn  dapat  digolongkan  kedalam  baja paduan  rendah  dimana  unsur-unsur  penambah  yang  lain  ≤  8  wt%,  unsur-unsur  pemadu  yang  lain digunakan  untuk  mendapatkan  sifat  mekanik  yang  diperlukan.  Unsur  C  yang  tinggi  akan  meningkatkan fraksi volume dari austenite setelah quenching , akan meningkatkan kekerasan dari martensite . Unsur Mn meningkatkan  kemampu  kerasan  dari  baja  unsur  Si  meningkatkan  ketahanan  korosi  menurunkan  jarak kisi dari matrik ferit menunda penguraian martensite dan transisi karbida pada saat tempering. Unsur Cr Sangat efektif dalam  memperlambat pelunakan
dalam proses tempering dengan  membentuk , unsur Ni solid solution hardening , dengan  Cr  menghasilkan baja paduan dengan  kemampuan kekerasan tinggi,  ketahanan  impak  dan  fatik  yang  tinggi.  Unsur  Mo  hanya  untuk  mensteable ,  dapat meningkatkan kekerasan dengan proses tempering disekitar 500ºC.

## 3.2 Pengujian Kekerasan
Hasil pengujian kekerasan ditampilkan pada gambar 4, dalam kondisi quench bahan memiliki batas kekuatan dan kekerasan tertinggi namun keuletannya terendah dan sejumlah besar distorsi terjadi selama pembentukan martensite yang mengarah ke peningkatan kekuatan dan kekerasan [8].

## Gambar 4. Nilai Kekerasan Baja Hasil Quench Dan Temper
Baja  setelah  proses quenching didapatkan  struktur  mikro martensite yang  mempunyai  sifat  yang keras  namun  rapuh,  untuk  meningkatkan  nilai  kekuatan  dan  keuluten  dari  baja  dilakukan  proses tempering dengan  temperatur  diantara  250º  C  –  600º  C  [9],  pada  saat  pemanasan martensite akan membentuk C dan karbida dalam matrik ferit . Perubahan struktur mikro ini yang secara bertahap akan menurunkan kekerasan dan kekuatan luluh namun akan meningkatkan keuletan dan ketangguhan. Untuk kondisi temperatur tertentu atau temperatur yang rendah tidak akan mempengaruhi nilai kekerasan, pada temperatur  dibawah  200º  C  akan  menghilangkan  tegangan  dalam  terlebih  dahulu  [6].  Hasil  perlakuan panas  memperlihatkan  peningkatan  nilai  kekerasan  setelah  dilakukan  proses quenching dan tempering dibandingkan  dengan  logam  dasar  baja  C-Mn.  Peningkatan  temperatur austenite meningkatkan  nilai kekerasan  baja  C-Mn.  Nilai  kekerasan  tertinggi  didapatkan  pada  pemanasan  temperatur  900  °C  dan dilanjutkan tempering pada suhu 175 °C yaitu sebesar 537 BHN.

## 3.3 Pengujian Struktur Mikro
Mikrografi menghasilkan gambar-gambar seperti terlihat pada gambar 5a,b,c, dan d, diambil dengan pembesaran  100X.  Gambar  5a  adalah  struktur  mikro  baja  sebelum  dilakukan  proses quenching dan tempering terlihat  struktur  mikro  yang  berbentuk  pipih  memanjang  yang  diakibatkan  dari  proses pembuatan  baja  C-Mn  yang  dilakukan  proses  pengerolan,  struktur  mikro  berwarna  terang  ( ferrite ) mendominasi dari baja C-Mn yang menyebabkan baja memiliki sifat lunak tetapi ulet dan struktur yang lain  adalah  struktur  yang  berwarna  gelap  ( pearlite ),  gambar  5b  menunjukan  spesimen  yang  dilakukan proses quenching dipanaskan  pada  temperatur austenite 870°C  terlihat  perbedaan  antara  struktur  mikro dengan  baja  dasar  terlihat  struktur  mikro martensite yang  ditandai  seperti  berbentuk  jarum-jarum  kecil yang  tersusun  secara  tidak  teratur,  terbentuknya  struktur martensite ini  yang  menyebabkan  baja mengalami kenaikan kekerasan bila dibandingkan dengan logam dasar C-Mn yang tidak dilakukan proses quenching . Martensite sangat  keras  dan  juga  sangat  rapuh  sehingga  tidak  dapat  digunakan  di  sebagian besar  aplikasi,  setiap  tekanan  internal  yang  telah  diterapkan  selama  pendinginan  memiliki  efek melemahkan.  Keuletan  dan  ketangguhan  material  dapat  ditingkatkan  dengan  perlakuan  panas  yang disebut tempering yang  membantu  melepaskan  tekanan  internal.  Gambar  5c  dan  5d  adalah  baja  C-Mn yang  telah  dilakukan  proses quenching dilanjutkan tempering masih  terlihat  jelas  struktur  mikro martensite dengan  susunan  yang  masih  acak  dan  kasar, tempering pada  suhu  dibawah  200  °C  tidak berpengaruh  banyak  pada  penurunan  nilai  kekerasan,  hal  ini  disebabkan  karena  sebagian martensite mengalami difusi.

## 3.4 Pengujian Fraktografi
Pengamatan  permukaan  patahan  hasil  pengujian  impak  dilakukan  untuk  membandingkan  jenis patahan  yang  terjadi  pada  baja  C-Mn  sebelum  maupun  setelah  dilakukan  proses quenching dan tempering .  Gambar  6  menunjukan  hasil  patahan  baja  dasar  C-Mn  terlihat  bentuk  patahan  yang  identik dengan  bentuk  patahan  ulet  karena  bentuk  patahan  penampang  nampak  tertarik  keluar  /  patah  ulet  ini ditandai dengan penyerapan energi disertai adanya deformasi plastis yang cukup besar di sekitar patahan sehingga permukaan patahan nampak kasar, berserabut ( fibrous ) (a dan b), sedangkan gambar 7A dan 7B
terlihat patah  getas ditandai dengan bentuk permukaan  yang rata dan tidak ada reduksi  luas penampang patahan.
Gambar 5. Struktur Mikro (a) Baja C-Mn (b) Hasil Quenching Tγ: 870 °C. (c) Hasil Quenching Dan Tempering Tγ870°C T tem 125°C (d) Hasil Quenching Dan Tempering Tγ 870°CT tem 175°C. Gambar 6. Bentuk Patahan Baja C-Mn Tanpa Perlakuan Panas a b c d
Gambar 7. Bentuk Patahan Baja C-Mn Setelah Dilakukan Proses Quenching Dan Tempering

## 4. KESIMPULAN
Nilai  kekerasan  diatas  400  BHN  pada  baja  banyak  digunakan  sebagai  baja  tahan  peluru,  dari  6 specimen  pengujian  dengan  berbagai  variasi  temperatur austenisasi dan tempering didapatkan  nilai kekerasan  diatas  400  BHN  menandakan  baja  C-Mn  lokal  dapat  memenuhi  syarat  menjadi  baja  tahan peluru (armor). Perubahan  struktur  mikro  terjadi  pada  baja  C-Mn    setelah  proses quenching dan tempering ,  struktur  mikro  berbentuk  jarum-jarum  kecil  yang  tersusun  secara  acak  mendominasi keseluruhan struktur  mikro ( martensite ). Struktur  mikro martensite ini  yang  menyebabkan baja  menjadi keras namun getas, foto fraktografi menunjukan juga hasil patahan bersifat patah getas.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  banyak  terima  kasih  kepada  KEMENRISTEKDIKTI  yang  telah  mendukung kegiatan penelitian ini melalui dana Hibah Penelitian Dosen Pemula tahun anggaran 2017.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Darwanto, H. 2015. RPJM 2015-2019 Bidang Pertahanan. Melalui
http://www.kemhan.go.id/kemhan/?pg=73&id=1625. Diakses 12 Juli 2017.
[2] Pindad. 2014. Kendaraan Tempur Ringan, www.pindad.com, diakses 17 Juli 2017.
[3] Dimeski,  D.  &  Srebrenkoska,  V,  2014.  “The  Role  Of  Contemporary  Ferrous  And NonferrousMaterials  In  Ballistic  Protection  Of  Military  Vehicles”, Prociding  VI th International Metallurgical Congress . Ohrid.
[4] G. Magudeeswaran, V. Balasubramanian, S. Sathyanarayanan, G. Madhusudhan Reddy, A. Moitra, S.  Venugopal,  G.  Sasikala,  2010.  ”Dynamic  Fracture  Toughness  of  Armour  Grade  Quenched  and Tempered Steel Joints Fabricated Using Low  Hydrogen Ferritic Fillers”, Journal of Iron and Steel Research International , 17 (5): 51 – 56.
[5] Bernetič, J., Vuherer, T., Marčetič, M., & Vuruna, M, 2012. “Experimental Research On New Grade of Steel Protective Material for Light Armored Vehicles”, Journal  of  Mechanical  Engineering ,  58 (6): 416-421.
[6] Callister,  W.  D.  Jr.(2007). An  Introduction  Material  Science  And  Engineering  seven  Edition . Canada: John Wiley & sonc, inc.
[7] W.S. Lee, T.B. Wu. 1999. “Mechanical properties and microstructural features of AISI 4340 high- strength  alloy  steel  under  quenched  and  tempered  conditions”, Journal  of  Materials  Processing Technology , 87: 198–206.
[8] Jena,  PK.,  Mishra,  B.,  Rameshbabu,  M.,  Babu,  A.,  Singh,  AK.,  Kumar,  KS.,  Bhat,  TB.,  (2010), Effect of Heat Treatment on Mechanical and Ballistic Properties of a High Strength  Armour Steel. International Journal of Impact Engineering, 37: pp. 242-249.
[9] Mishra,  B.,  Jena,  PK.,  Ramakrishna,  B.,  Madhu,  V.,  Bhat,  TB.,  Gupta,  NK.,  (2012),  Effect  of tempering temperature, plate thickness and presence of holes on ballistic impact behavior and ASB formation of a high strength steel. International Journal of Impact Engineering, 44:pp. 17-28.