Makalah 1 Agustus08

5/12/2018 Makalah 1 Agustus08 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/makalah-1-agustus08 1/11

OPTIMASI PROSES TEMPERING BAJA AISI 4140 UNTUK PENINGKATAN

SIFAT MEKANIK ROLLER CYCLO SPEED REDUCER

Willyanto Anggono1), Ian Hardianto Siahaan2), Agung Dwi Cahyono3)

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Kristen Petra

Product Innovation and Development Centre Petra Christian UniversityJ1. Siwalankerto 121-131, Surabaya 60236

E-mail : [email protected]), [email protected])

Abstrak

Baja merupakan salah satu jenis logam yang banyak dimanfaatkan untuk berbagai

keperluan komponen mesin. Baja AISI 4140 adalah salah satu jenis baja yang digunakanuntuk roller cyclo speed reducer sebagai komponen cyclo speed reducer untuk keperluan

industri serta mempunyai kelemahan sifat mekanis yang diperlukan pada roller cyclo speed reducer. Hardening dan tempering adalah salah suatu proses yang digunakan untuk

mengubah sifat mekanik baja. Pada proses hardening, baja dipanaskan sampai temperatur

austenisasi kemudian didinginkan cepat dengan media air. Proses ini menghasilkan baja yang sangat keras dan getas. Baja kemudian dipanaskan kembali dengan menggunakan temperatur tertentu dan ditahan selama waktu tertentu. Dengan memanaskan kembali baja maka akan

didapatkan baja yang kekerasan dan kekuatan tariknya lebih rendah tetapi keuletannya lebihbaik. Semakin tinggi temperatur tempering yang digunakan maka kekerasan dan kekuatan

tariknya akan menjadi semakin rendah tetapi keuletannya menjadi lebih tinggi. Proses perlakuan panas dengan optimasi proses Tempering dari bahan roller cyclo speed reducer

AISI 4140 terbukti dapat digunakan sebagai solusi dalam mengatasi masalah sifat mekanik yang dihadapi dari roller cyclo speed reducer AISI 4140.

Kata kunci: tempering, sifat mekanis, roller cyclo speed reducer

1. Pendahuluan

Baja merupakan salah satu jenis logam yang banyak digunakan oleh manusia untuk berbagai keperluan. Salah satu kegunaannya adalah digunakan pada roller cyclo speed reducer .

Adakalanya baja yang akan diproses tidak mempunyai kekerasan yang cukup. Oleh karena

itu perlu dilakukan proses hardening. Dengan melakukan hardening maka akan didapatkan

sifat kekerasan yang lebih tinggi. Semakin tinggi angka kekerasan maka sifat keuletan

akan menjadi rendah dan baja akan menjadi getas. Baja yang demikian tidak cukup baik

untuk berbagai pemakaian. Oleh karena itu biasanya atau hampir selalu setelah dilakukan

proses pengerasan kemudian segera diikuti dengan tempering.

Gambar 1. TTT Diagram Baja Hypoeutectoid

(Sumber: Pollack, 1988)

Tempering adalah proses dimana baja yang sudah dikeraskan dipanaskan kembali pada

temperatur tertentu dan ditahan selama waktu tertentu untuk menghilangkan ataumengurangi tegangan sisa dan mengembalikan sebagian keuletan dan ketangguhannya.

mailto:[email protected]






Kembalinya sebagian keuletan atau ketangguhan ini didapat dengan mengorbankan

sebagian kekuatan dan kekerasan yang telah dicapai pada proses pengerasan. Temperatur temper pada tempering mempunyai pengaruh yang cukup besar dalam

memperoleh kembali keuletan dari baja. Oleh karena itu kita perlu mengetahui dan

memahami berapa tinggi temperatur pada tempering yang harus dilakukan untuk

mendapatkan baja dengan karakteristik dan sifat mekanis tertentu. Proses tempering jugamerubah struktur mikro dari baja. Dengan berubahnya struktur mikro maka sifat mekanis

pada baja juga akan mengalami perubahan.

Gambar 2. Cyclo Speed Reducer .

Gambar 3. Roller Cyclo Speed Reducer .

Dari gambar 3 diatas, terlihat bahwa roller cyclo speed reducer AISI 4140 tersebut terjadi pengikisan atau

aus yang disebabkan karena baja yang digunakan tidak mempunyai kekerasan yang cukup. Oleh karena itu,

baja AISI 4140 tersebut perlu dilakukan proses lagi yaitu proses hardening . Dengan melakukan hardening

maka akan didapatkan sifat kekerasan yang lebih tinggi. Semakin tinggi angka kekerasan maka sifat keuletan

akan menjadi rendah dan baja akan menjadi getas. Baja yang demikian tidak cukup baik untuk berbagai

pemakaian. Oleh karena itu dilakukan proses pengerasan kemudian segera diikuti dengan tempering sehingga

sifat getas dari baja AISI 4140 tersebut dapat dihilangkan menjadi baja AISI 4140 yang bersifat ulet.

2. Metodologi Penelitian dan Bahan

Material yang digunakan pada penelitian ini adalah baja AISI 4140. AISI 4140 terdiri dari :

0,39 % C; 0,69 % Mn, 0,95 % Cr; 0,20 % Mo; 0,19 % Si. Material yang digunakan

berbentuk batang silindrik dengan diameter 14 mm.Proses hardening dilakukan pada spesimen uji dengan tujuan untuk menaikkan kekerasan logam. Pada proses

hardening ini spesimen mengalami dua kali proses yaitu proses pemanasan dan setelah itu dilakukan proses

quenching dengan menggunakan media air. Pada Proses ini spesimen dipanaskan sampai suhu 850° C dan

ditahan selama 30 menit. Tempering adalah pemanasan kembali spesimen uji yang sudah diproses hardening .Hal ini bertujuan untuk menurunkan kekerasan dan menaikkan keuletan spesimen. Pada proses ini spesimen

dipanaskan dengan variasi temperatur, yaitu : 200°C, 400°C dan 600°C, kemudian ditahan selama 60 menit.

Dalam melakukan penelitian akan digunakan metodologi sebagai berikut :



Gambar 4. Metodologi Penelitian

3. Hasil Penelitian dan Pembahasan

Pengujian kekerasan untuk masing-masing kondisi menggunakan tiga buah spesimen

(A,B,C). Setiap spesimen diuji kekerasan pada empat titik indentasi yaitu titik indentasi 1

dipusat lingkaran spesimen, titik indentasi 2 di 2 mm dari pusat lingkaran spesimen, titik

indentasi 3 di 4 mm dari pusat lingkaran spesimen dan titik indentasi 4 di 6 mm dari pusat

lingkaran spesimen.

Gambar 5. Titik-titik indentasi pada pengujian kekerasan



Tabel 1. Data Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Baja AISI 4140

Gambar 6. Grafik Nilai Kekerasan Rata-rata Baja AISI 4140 Pada Semua Kondisi

Pengujian tarik dilakukan untuk semua kondisi spesimen uji. baik spesimen induk,

spesimen yang sudah dihardening serta spesimen hasil tempering dengan tiga variasi

temperatur. Hasil dari pengujian tarik ini adalah diketahuinya kekuatan tarik ( Ultimate

Tensile Strength – UTS ) dan keuletan (elongation). Data dari hasil pengujian tarik dapat

dilihat pada tabel 2.



Tabel 2. Data Hasil Pengujian Tarik Baja AISI 4140

Gambar diagram P-ΔL hasil uji tarik baja AISI 4140 untuk spesimen induk, spesimen hasil

proses hardening , spesimen hasil proses tempering dengan temperatur 200°C, 400°C serta

600°C dapat dilihat pada gambar 7 sampai dengan gambar 11.

Gambar 7. Diagram P - ∆ L baja AISI 4140 logam induk.

Gambar 8. Diagram P-∆ L baja AISI 4140 proses hardening



Gambar 9. Diagram P-∆ L baja AISI 4140, tempering 200°C

Gambar 10. Diagram P-∆

L baja AISI 4140, tempering 400°

C

Gambar 11. Diagram P-∆ L baja AISI 4140, tempering 600°C.

Data Hasil Pengujian Metalografi Baja AISI 4140

Hasil foto struktur mikro baja AISI 4140 untuk masing-masing spesimen yaitu spesimen

induk, spesimen hasil proses hardening, serta spesimen hasil proses tempering dengan

temperatur 200°C, temperatur 400°C dan temperatur 600°C. Setiap kondisi difoto dengan

menggunakan pembesaran 1000X dapat dilihat pada gambar 12 sampai dengan 16.



Gambar 12. Foto struktur mikro baja AISI 4140 spesimen induk pembesaran 1000X

Gambar 13. Foto struktur mikro baja AISI 4140 proses hardening pembesaran 1000X

Gambar 14. Foto struktur mikro baja AISI 4140 proses tempering dengan temperatur

200°C pembesaran 1000X

Gambar 15. Foto struktur mikro baja AISI 4140 proses tempering dengan temperatur 400°C pembesaran 1000X



Gambar 16. Foto mikro baja AISI 4140 proses tempering dengan temperatur 600°C

pembesaran 1000X

4. Analisa Data

Logam Induk

Baja AISI 4140 merupakan baja paduan nikel dan chrom. Penambahan unsur paduan inimenyebabkan baja mempunyai angka kekerasan yang lebih tinggi jika dibandingkan

dengan baja karbon AISI 4140. Pada baja induk angka kekerasan rata-ratanya sebesar

28,99 HRC. Baja AISI 4140 untuk logam induk diketahui besarnya kekuatan tarik adalah

54,56 kgf/mm2 dan prosentase pertambahan panjang sebesar 18,75% pada gauge length 60.

Pada baja AISI 4140 spesimen induk terlihat bahwa struktur mikro awal terdiri dari ferrit

yang berwarna terang dan perlit yang berwarna gelap, dapat dilihat pada gambar 12.

Hasil Proses Hardening

Setelah dilakukan proses hardening angka kekerasan baja AISI 4140 meningkat menjadi

56,02 HRC. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi peningkatan angka kekerasan yang cukup

besar yaitu sekitar 93,24 %. Proses hardening menyebabkan kekuatan tariknya meningkat

menjadi 88,98 kgf/mm2 atau naik sebesar 63,09%. Sedangkan prosentase pertambahan panjang menjadi 1,33% pada gauge length 60 atau terjadi penurunan sebesar 92,9%.

Angka kekerasan pada baja AISI 4140 lebih tinggi dan keuletannya lebih rendah jika

dibandingkan dengan baja AISI 4140.

Setelah baja AISI 4140 diproses hardening maka struktur mikronya menjadi berubah.

Struktur mikro yang awalnya terdiri dari ferrit dan perlit, seperti yang tampak pada

gambar 9 dan 10 berubah menjadi martensit. Perubahan struktur ini disebabkan karena

proses pemanasan dengan temperatur yang cukup tinggi kemudian didinginkan dengan laju

pendinginan yang cepat. Foto struktur mikro ditunjukkan pada gambar 13.

Proses Tempering Dengan Temperatur 200°C

Proses tempering dengan temperatur 200°C dan waktu penahanan 60 menit, menghasilkanangka kekerasan sebesar 51,46 HRC. Hal ini apabila dibandingkan dengan kondisi awal

logam maka terjadi kenaikan angka kekerasan sebesar 77,51 %. Sedangkan apabila

dibandingkan dengan angka kekerasan hasil proses hardening maka terjadi penurunan

sebesar 8,14 %. Penurunan ini tidak terlalu besar karena temperatur tempering yang

digunakan tidak terlalu tinggi.

Untuk proses tempering dengan menggunakan temperatur 200°C, menghasilkan kekuatan

tarik sebesar 62,24 kgf/mm2 serta menghasilkan prosentase pertambahan panjang sebesar

7,19 % pada gauge length 60. Hal ini apabila dibandingkan dengan kondisi logam induk

maka terjadi peningkatan kekuatan tarik sebesar 14,07% dan penurunan prosentase

pertambahan panjang sebesar 61,65%. Apabila dibandingkan dengan spesimen hasil proses

hardening maka terjadi penurunan kekuatan tarik sebesar 30,05% dan peningkatankeuletan sebesar 440,60%.



Proses tempering dengan temperatur 200°C yang dilakukan pada baja AISI 4140 dapat

merubah struktur mikro yang sebelumnya adalah martensit berubah menjadi black

martensit yang berwarna gelap seperti yang terlihat pada gambar 14. Martensit masih

terlihat tetapi mulai berkurang tetragonalnya dan mulai terbentuk presipitat karbida besi

yang sangat halus.

Proses Tempering Dengan Temperatur 400°CProses tempering dengan temperatur 400°C menunjukkan angka kekerasan sebesar 48,47

HRC. Hal ini apabila dibandingkan dengan kekerasan logam induk maka terjadi

peningkatan angka kekerasan sebesar 67,19 %. Kenaikan angka kekerasannya masih cukup

tinggi. Apabila dibandingkan dengan angka kekerasan pada proses hardening maka terjadi

penurunan angka kekerasan sebesar 13,48 % dan apabila dibandingkan dengan angka

kekerasan pada proses tempering dengan temperatur 200° C maka terjadi penurunan

angka kekerasan sebesar 5,81 %. Penurunan angka kekerasan ini terlihat tidak terlalu

besar.

Proses tempering dengan temperatur 400°C menghasilkan kekuatan tarik sebesar 58,73

kgf/mm

2

dan prosentase pertambahan panjang yang didapatkan adalah sebesar 13,63% pada gauge length 60. Kondisi ini apabila dibandingkan dengan logam induk maka terjadi

kenaikan kekuatan tarik sebesar 7,64% dan prosentase pertambahan panjang mengalami

penurunan sebesar 27,31%. Apabila dibandingkan dengan kondisi spesimen hasil proses

hardening maka terjadi penurunan kekuatan tarik sebesar 33,99% dan peningkatan

keuletan sebesar 924,81%. Sedangkan apabila dibandingkan dengan spesimen hasil proses

tempering dengan temperatur 200°C maka terjadi penurunan kekuatan tarik sebesar 5,64%

dan terjadi peningkatan keuletan sebesar 89,57%.

Tempering dengan temperatur 400°C menyebabkan epsilon carbide bertransformasi

menjadi sementit, low-carbon martensit menjadi ferrit, sedangkan austenit sisa menjadi

bainit bawah. Sementit yang terbentuk pada proses ini terlihat masih sangat halus. Foto

struktur mikro ditunjukkan pada gambar 15.Proses Tempering Dengan Temperatur 600°C

Angka kekerasan pada spesimen yang mengalami proses tempering dengan temperatur

600° C adalah sebesar 41,65 HRC. Angka kekerasan ini apabila dibandingkan dengan

angka kekerasan logam induk, terjadi kenaikan sebesar 43,67%. Kenaikan angka kekerasan

ini masih cukup besar. Apabila dibandingkan dengan angka kekerasan pada proses

hardening maka terjadi penurunan sebesar 34,5 %. Penurunan ini paling besar apabila

dibandingkan dengan proses tempering yang lain. Hal ini dikarenakan temperatur

tempering yang digunakan adalah yang paling tinggi. Angka kekerasan pada proses ini

apabila dibandingkan dengan angka kekerasan pada proses tempering dengan temperatur

200°C maka terjadi penurunan sebesar 23,55 %. Sedangkan apabila dibandingkan dengan

angka kekerasan pada proses tempering dengan temperatur 400°C maka terjadi penurunan

angka kekerasan sebesar 16,37 %. Angka kekerasan yang dimiliki baja paduan jenis ini

lebih tinggi jika dibandingkan dengan angka kekerasan baja karbon.

Tempering dengan menggunakan temperatur 600°C menghasilkan kekuatan tarik sebesar

56,81 kgf/mm2 dan prosentase pertambahan panjang sebesar 15,28% pada gauge length

60. Hal ini apabila dibandingkan dengan kondisi awal logam induk maka kekuatan tarik

terjadi kenaikan sebesar 4,12 % dan prosentase pertambahan panjang mengalami

penurunan sebesar 18,5%. Jika dibandingkan dengan spesimen yang mengalami proses

hardening maka kekuatan tarik mengalami penurunan sebesar 36,15% dan keuletan

mengalami peningkatan sebesar 1048,87%. Sedangkan apabila dibandingkan dengan

spesimen hasil tempering dengan temperatur 200°C maka kekuatan tarik mengalami penurunan sebesar 8,72% dan keuletan mengalami peningkatan sebesar 112,52%. Apabila



dibandingkan dengan spesimen hasil proses tempering dengan temperatur 400°C maka

kekuatan tarik mengalami penurunan sebesar 3,27% dan keuletan mengalami peningkatan

sebesar 12,11%. Kekuatan tarik baja AISI 4140 lebih tinggi jika dibandingkan dengan

AISI 4140, tetapi keuletan AISI 4140 lebih rendah jika dibandingkan AISI 4140.

Proses tempering dengan temperatur yang paling tinggi yaitu 600°C akan menyebabkan

partikel sementit tumbuh menjadi lebih besar dan ferrit mulai tampak lebih cerah. Struktur yang demikian juga sering disebut dengan sorbite. Foto struktur mikro dapat dilihat pada

gambar 16.

5. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah diilakukan, proses tempering dapat mengubah

struktur mikro baja AISI 4140, dengan berubahnya struktur mikro maka sifat mekanisnya

juga akan mengalami perubahan. Proses tempering dapat menaikkan angka kekerasan AISI

4140. Setelah akhir proses penelitian kenaikan angka kekerasan baja AISI 4140 mengalami

kenaikan angka kekerasan 43,67% dari logam induk. Proses tempering dapat menaikkan

kekuatan tarik baja AISI 4140. Pada akhir proses penelitian kenaikan kekuatan tarik AISI

4140 sebesar 4,12% dari logam induk. Proses tempering dapat menurunkan keuletan bajaAISI 4140. Pada akhir proses penelitian penurunan keuletan baja AISI 4140 sebesar 18,5%

dari logam induk.

Proses perlakuan panas dengan optimasi proses Tempering dari bahan roller cyclo speed

reducer AISI 4140 terbukti dapat digunakan sebagai solusi dalam mengatasi masalah sifat

mekanik yang dihadapi dari roller cyclo speed reducer AISI 4140.

6. Daftar Pustaka

1. Callister, W.D, 1997, “Materials Science and Engineering An Introduction”, 4th,

Canada, John Wiley & Sons, Inc.

2.

Cahyono, A.D, 2005, ”Analisa Pengaruh Temperatur Pada Proses TemperingTerhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro Baja AISI 1045 dan AISI 4140”, Tugas

Akhir Teknik Mesin, Universitas Kristen Petra.

3. Kartikasari, R, “Studi Pengaruh Proses Flame Hardening Terhadap Sifat Mekanik dan

Ketahanan Korosi Baja S45C dalam media Asam Klorida”, Prosiding Seminar

Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi Di Bidang Material dan Proses ke 2

Perkembangan Riset dan Teknologi Di Bidang Industri Ke 12, Gadjah MadaUniversity, Indonesia, 27 Juni 2006, Universitas Gadjah Mada, Indonesia.

4. Keyser, C.A, 1986. “Materials Science in Engineering”, 4th, Ohio, Charles E. Merril

Publishing Co.

5. Masrukan, 2006, “Pengaruh Temperatur dan Waktu Pemanasan Bahan Baku

Kelongsong AlMgSil Terhadap Kekerasan dan Struktur Mikronya”, Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi Di Bidang Material dan Proses ke 2

Perkembangan Riset dan Teknologi Di Bidang Industri Ke 12, Gadjah MadaUniversity, Indonesia, 27 Juni 2006, Universitas Gadjah Mada, Indonesia.

6. Pollack, H.W, 1988 “Materials Science and Metallurgy”, 4th, New Jersey, Prentice

Hall.

7. Smith, W.F,1990, “Principles of Materials Science and Engineering”, 2nd, Singapore,

McGraw-Hill.

8. Shackelford., J.F, 1992, “ Introduction to Materials Science for Engineers”, 3rd, USA,

Macmillan Publishing Company.

9. Van Vlack, L.H, 1982, “Material For Engineering”, USA, Addison-Wesley Publishing

Company, Inc.



Documents

Makalah 1 Agustus08