Perkembangan teknologi pada masa kini berkembang dengan pesatnya seiring
dengan ilmu pengetahuan yang bertujuan untuk memenuhi kebutuhan manusia semakin
meningkat pula. Dengan semakin meningkatnya kebutuhan manusia dibidang indutri
yang merupakan sector sentral dalam pemenuhan kebutuhan manusia dituntut bergerak untuk semakin kuantitatif
dalam pemenuhan kebutuhan tersebut.
bidang mekanik dan permesinan secara tidak
langsung juga dituntut untuk beekembang pula untuk mengimbangi dunia industry
yang semakin maju. Hal ini tidak lepas dari tujuan utama yaitu menghasilkan
barang berkualitas seefisien mungkin untuk pemenuhan kebutuhan manusia.
Salah satu bentuk peningkatan kualitas
ialah rekayasa material bahan untuk mendapatkan hasil yang diharapkan Dari suatu material. Hal ini bertujuan untuk
meningkatkan daya tahan material agar sesuai dengan kinerja mesin yang diharapkan.
Karena itu perlu diadakannya pengujian
terhadap material agar diketahui karakter masing masing material serta metode
apa yang akan dilakukan ubtuk memperlakuakn material agar didapat material yang
sesuai harapn.
Tujuan dari pengujian juga mengetahui
perlakuan yang digunakan untuk menghilangkan keburukan material yang dipakai.
Dalam proses pengujian bahan ada dua macam
jika ditinjau berdasarkan sifat dari pengujian tersebut yaitu:
A. Pengujian Destruktif
Sesuai
dengan namanya pengujian ini bersifta merusak bahan yang diuji sehingga bahan
yang diuji akan rusak atau cacat. Bahan yang diuji adalah bahan yang telah
memenuhi bentuk dan jenis secara internasional .
umumnya
ada beberapa pengujian destruktif yaitu:
-
Pengujian
Kekerasan
Pengujian ini dilakukan dengan dua pertimbanagn yaitu untuk
mengetahui karakteristik suatu material baru dan melihat mutu untuk memastikan
suatu material memiliki spesifikasi kualitas tertentu. Berdasarkan pemakaianya
dibagi menjadi:
1.
Pengujian
kekerasan dengan penekanan(indentation
test)
Pengujian
ini dilakukan merupakan pengujian kekerasan terha-dap bahan logam dimana dalam menentukan
kekerasaannya deilakukan dengan cara menganalisis indentasi atau bekas
penekanan pada benda uji sebagai reaksi dari pembebanan tekan
2.
Pengujian
kekerasan dengan goresan(sratch test)
Merupakan
pengujian kekerasan terhadap benda (logam) dimana dalam menentukan kekerasannya
dilakukan dengan mencari perban-dingan
dari bahan yang menjadi standart. Contohnya adalah pengujian metode MOH’S
3.
Pengujian kekerasan dengan cara dinamik(dynamic test)
Merupakan pengujian kekerasan dengan mengukur tinggi pantu-lan dari bola baja atau intan(hammer)yang dijatuhkan dari ketinggian
tertentu
-
Pengujian Tarik
Pengujian ini merupakan proses
pengujian yang biasa dilakukan karena pengujian tarik dapat menunjukkan
perilaku bahan selama proses pembebanan. Pada uji tarik , benda uji diberi
beban gaya tarik , yang bertambah secara kontinyu, bersamaan dengan itu dilakukan
pengamatan terhadap perpanjangan yang dialami benda uji.
-
Pengujian lengkung
Pengujian ini merupakan salah satu pengujian sifat mekanik
bahan yang diletakkan terhadap specimen dan bahan, baik bahan yang akan
digunakan pada kontraksi atau komponen yang akan menerima pembebanan terhadap
suatu bahan pada satu titik tengah dari bahan yang ditahan diatas dua tumpuan
-
Uji impact
Uji impact dilakukan untuk menentukan kekuatan material
sebagai sebuah metode uji impct digunakan dalam dunia industry khususnya uji impact
charpy dan uji impact izod. Dasar pengujian ini adalah penyerapan energy
potensial dari pendulum beban yang
mengayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk material uji sehingga terjadi deformasi.
-
Uji struktur
Uji struktur mempelajari struktur material
logam untuk keperluan pengujian material logam dipotong-potong kemudian
potongan diletakkan dibawah dan dikikisdengan material alat penggores yang
sesuai. Untuk pemeriaksaan =nya dilakuakan dengan alat pembesar ataupun
mikroskop elektronik.
-
Pengujian dengan larutan ETSA
Tujuan dari pengujian ini adalah untuk memeperjelas batas
butir yang ada pada suatu material karena larutan etsa akan memeberi warna
tambahan pada batas butir. Namun larutan ini dapat merusak batas butir
tersebut.
B.
Pengujian non-destruktif
Pengujian ini tidak merusak dan merupakan bagian dari
pengujian bahan. Berainana dengan pengujian destruktif pengujian nendstruktif
terdiri dari:
-
Penetrant
testing
Yaitu pengujian yang digunakan untuk melihat keretakan dan
perositas dari suatu bahan. Pengujian dengan penetrant terdiri dari 4 tahap
yaitu pembersihan awal, pemberian penetrant,
pembersihan penetrant, dan pemberian developer. Pengujian ini memiliki
keuntungan yaitu murah dan cepat dilaksanakan.
-
Magnetic
particle testing
Pengujian yang juga biasa disebut dengan pengujian menggu-nakan partikel magnetic ini
digunakan untuk diskontinuitas yang ada dipermukaan dan dekat permukaan.
Pengujian ini dapat kita lakukan un-
tuk melihat
keretakan permukaan pada semua logam induk maupun ion, laminasi fusi yang tidak
sempurna, undercut, dan subsurface crack. Jika dibandingkan
dengan uji penetrant, pengujian ini dilakuakn untuk diskontinuitas yang lebih
dalam.
-
Ultrasonic
testing
Pengujian ini menggunakan metode gelombang suara dengan
frekuensi tinggi. Keuntungan dari pengujian ini yaitu dapat dilakukan pada
semua bahan dan lebih dalam jika dibandingkan dengan uji magnetic dan uji
penetrasi karena menggunakan pantulan gelombang.
-
Radiography
Yaitu pengujian dengan menggunakan x-ray untuk mendapatkan
gambar dari material. Prinsipnya sama denagn penggunaan pada tubuh material
hanya saja menggunakan gelombang yang lebih pendek.
-eddy
currentmemiliki prisnsip dasar yang hamper sama dengan teknik medan magnet
tetapi disini medan listrik yang dipancarkan adalah arus bolak-balik.
Prisnsipnya hamper sama denggan impedensi
.
-
Eddy
Current
Memiliki prinsip dasar yang hampir sama dengan teknik medan magnet tetapi
disini medan listrik yang dipancarkan dari arus bolak balik. Prinsipnya hampir
sama dengan impedansi.
Sifat Mekanik Logam
Sifat mekanik logam
merupakan sifat yang menyatakan kamampuan suatu logam dalam menerima suatu
beban atau gaya tanpa mengalami
kerusakan pada logam tersebut. Sifat-sifat mekanik logam antara lain:
1.
Kekuatan (strength)
Yaitu kemampuan material logam dalam menerima gaya berupa
tegangan tanpa mengalami patah. Ada beberapa jenis kekuatan tergantung jenis
bahan yang dipakai diantaranya: kekuatan tekan, tarik, kerja dan geser.
2.
Kekerasan(hardness)
Yaitu kemampuan material logam dalam menerima gaya berupa
penetrasi.pengikisan dan pergeseran sifat ini berhubungan dengan sifat
ketahanan aus.
3.
Kekakuan(stiffness)
Kemampuan material dalam mempertahankan bentuk setelah
mendapat gaya dari arah tertentu.
4.
Ketangguhan(toughtness)
Merupakan sifat yang menyatakan kemampuan bahan dalam
menyerap gaya yang diberikan.
5.
Kelenturan(elasticity)
Menyatakan kemempuan material kembali kebentuk asal setelah
gaya dihilangkan. Hal ini terjadi sebelum masuk wilayah plastis.
6.
Plastisitas(plasticity)
Kemampuan bahan dalam mengalami sjumlah deformasi
permanen sebelum terjadi patah, hal ini
setelah masuk wilayah plastis.
7.
Mulur (creep)
Meyatakan kecenderunngan logam
mengalami deformasi plastis apabila diberi gaya dalam jangka waktu tertentu.
8.
Kelelahan(fatigue)
Merupakan kemampuan material dalam menahan beban secara terus menerus
Adapun
faktor-faktor yang
mempengaruhi sifat material
1.
Ukuran Butir.
Ukuran butir mempengaruhi faktor kekerasan , keuletan, kege-tasan material, semakin kecil
material semakin keras dan getas material, semakin besar
butiran material makin ulet material.
2.
Tegangan Dalam
Tegangan dalam merupakan tegangan yang ada pada material
karena desakan antar butiran material untuk memperkeras material hendaknya
memperbesar tegangan dalam material
3.
Heat Treatment
Perlakuan panas berfungsi mendapatkan struktur Kristal dan
fasa material yang diinginkan baik untuk mengeraskan maupun mengu-letkan material.
4.
Unsur paduan
Penambahan unsur paduan ialah untuk menutupi kekurangan suatu
material dengan sifat yang dimiliki oleh unsur paduan, dian-taranya unsur paduan yang biasa dipakai
adalah:
a.
Karbon (C)
Karbon berfungsi untuk mengeraskan material
b.
Silicon(Si)
Berfungsi untuk menambah keuletan material
c.
Nikel(Ni)
Meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus
d.
Crommium(cr)
Meningkatkan kekerasan dan ketahanan korosi
e.
Molybdenum(Mb)
Meningkatkan kekuatan dalam
f.
Vanadium (Vn)
Fungsinya
menaikkan kekerasan dan kekuatan baja, bila dicampur Cr menjadi baja
tahan aus.
g.
Cobalt(Co)
Fungsinya meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus.
h.
Boron(Br)
Fungsinya
menaikkan kekerasan bila kadar karbon
kurang 0,6% dapat menyebabkan rapuh
i.
Titanium(Ti)
Fungsinya
sebagai deoksidasi elektrik dalam menambah partum-buhan butiran, serta meningkatkan
kekerasan baja.
5.
Cacat pada material
Cacat pada material berpengaruh pada sifat – sifat mekanik dari material. Jenis-jenis
dari cacat diantaranya: cacat titik, cacat garis, dislokasi, twinning dll.
Perlakuan Panas
Proses pemanasan dan pendinginana yang
terkontrol dengan maksud mengubah sifat fisik dan mekanik dari spesimen (baja)
Macam-macam pelakuan panas:
1.
Hardening
Perlakuan
panas yang bertujuan untuk memperoleh kekerasan maksimum logam baja. Untuk baja
eutectoid dipanaskan sampai (20oC-30oC) diatas AC3
dan untuk hypoeutectoid dan hyper eutectoid sampai (20oC-30oC)
diatas AC, kemudian didinginkan secara cepat didalam air atau komponen kimia bentuk dan dimensinya,
kecepatan pendinginan harus sesuai agar
terjadi transformasi yang sempurna dari austenite menjadi martensit. Kekerasan
maksimum yang dicapai tergantung dari kadar karbon, semakin tinggi kadar
karbon, semakin tinggi kekerasan yang didapat.
2.
Anealling
Perlakuan panas yang digunakan untuk meningkatkan keuletan ,
menghilangkan tegangan dalam, menghaluskan permukaan butir, meningkatkan sifat
mampu mesin. Prosesnya adalah dengan memanaskan material sampai suhu tertentu
lalu didinginkan perlahan dalam dapur pemanas atau dalam ruang terisolasi.
a. Full anealling
Adalah satu proses anil yang mampu digunakan untuk
meningkatkan keuletan. Jenis baja yang digunakan pada proses ini adalah baja hypereutectoid dan baja karbon rendah .
proses panasnya pada temperature sekitar AC3+(20oC+30oC)
dan AC2 + (20oC+30oC)
Sedangkan untuk rata-ratapendinginan dibawah (500oC-600oc)
adalah(50-100oC) perjam untuk baja karbon dan (20oC-60oC)
untuk baja
b. Bright anealling
Dalam beberapa kasus pencerahan permukaan komponen sangat
penting pada proses seperti ini. Proses pemanasan dilakukan dihadapan media
inert sehingga mencegah oksidasi permukaan logam. Secara umum bahan yang
digunakan untuk menyediakan lingkungan lembam di seluruh bagian baik argon atsu
nitrogen, selain mengurangi tindakan media sebagai perisai pelindung disekitar objek . dalam proses ini
mempertahankan warna permukaan.
c. Box annealing
Proses anil
dapat disebut dengan berbagai nama seperti anil hitam, anil panas. Dalam proses
menjaga baja yang akan dikeraskan dalam nedia tertutup membawa proses anil . Ling-kungan dari bahan baja yang ditutupi dengan chip, besi cor, pasir
dan arang, proses anil akhir adalah sama dengan anil penuh, tetapi satu-satunya
perbedaan adalah sarana yang digunakan untuk proses ini. Latar belakang dan
proses ini adalah untuk mencegah oksidasi dari logam baja.
d. Isothermal Anealling
Proses ini disebut
siklus anealling . dalam proses ini , material dipanaskan sampai diatas suhu A3
dan kemudian didinginkan secara lambat . keuntungan dari proses ini adalah:
1.
Tingkat homogenitas tinggi
2.
Sifat mampu mesinnya tinggi
Secara umum proses
isothermal anealling ini digunakan untuk karbon menengah dan rendah . proses
ini bahkan digunakan untuk baja paduan agar sifat mampu mesinnya meningkat.
Peningkatan dalam machinability adalah karena pembentukan struktur sphorozoid.
e. Spheraidized Anealling
Jika baja
berisi gelembung-gelembung cementit, dalam matrik ferit itu sudah disebut benda
yang bulat atau padat, secara umum, mikro ini dibentuk oleh beberapa cara
yaitu:
1.
Hardening dengan suhu ringan
2.
Dilakukan dengan suhu dibawah A1
f.
Subkritis Anealling
Dalam proses ini baja dipanaskan hingga suhu dibawah suhu
kritisnya. Secara umum prosesnya dilakukan untuk:
1.
Mengurangi tegangan dalam
2.
Memperbaiki struktur butir
3.
Meningkatkan kekuatan material
Anealling jenis
ini dilakukan melalui tiga tahap yaitu:
1.
Strees reliefing anealling
2.
Proses krstalisasi
3.
Anealling luber mediato
g. Strees Reliefing Anealling
Dalam proses ini, baja dipanaskan hingga mencapai suhu
525oC, yaitu tepat dibawah temperature rekristalisasi, jadi
dengan proses pemanasan ini tidak terjadi perubahan dalam struktur mikro baja
dimana suhunya ditahan 2-3 jam dan kemudian didinginkan melalui media
pendinginana udara. Karena tidak terjadi perubahan struktur mikro. Proses ini
tidak mempengaruhi kekerasan dan keuletan bahan. Proses ini mengurangi
deformasi material.
h. Rekristalisasi
anealling
Baja dipanaskan hingga temperatur A1, yaitu sekitar 625-659oC.
Selama proses pemanasan cementit mengubah steroid hingga kemam-puan material untuk menjadi ductile
diperoleh. Proses ini juga mengurangi tegangan dalam.
3. Normalizing
Perlakuan panas yang
dilakukan untuk memperhalus struktur butiran yang mengalami pemanasan
berlabihan (overheated).
Menghilangkan tegangan dalam, meningkatkan kemampuan permesinana dan
memeperbaiki sifat mekanik material, prosesnya dengan pemanasan sama (30oC-50oC) diatas AC3 dan didinginkan pada udara
sampai temperatur ruang. Pendinginan disini lebih cepat disbanding full
anealling sehingga pearlite yang terbentuk lebih halus dank eras disbanding
yang diperoleh anealling. Normalizing juga menghasilkan struktur kimia yang
lebih homogen sehingga akan memberikan respon yang lebih baik terhadap proses
pengerasan (hardening) karena itu baja yang dikeraskan perlu dinormalizing terlabih dahulu. Pada
normalizing hendaknya tidak dilakukan pemanasan yang telalu tinggi karena butir
Kristal austenite yang akan terjadi terlalu besar sehingga pendinginan lambat
dan diperoleh butri-butir pearlite atau ferit kasar dan mengakibatkan
berkurangnya keuletan dan ketangguhan.
4.
Tempering
Digunakan untuk mengurangi tegangan sisa, melunakan bahan
setelah dihardening dan meningkatkan keuletan, hal ini karena baja yang
dikeraskan dengan pembentukan martensit
biasanya sangat getas sehingga tidak cukup untuk berbagai pemakaian. Pembentukan
martensite juga meninggalkan tegangan sisa yang sangat tinggi dan kurang
menguntungkan. Karena itu biasanya setelah pengerasan diikuti tempering.
Prosesnya adalah dengan memanasakan baja sampai diatas suhu kritis, ditahan
kemudian didinginkan dengan kecepatan tinggi untuk menghasilkan martensit,
kemudian untuk melunakkan martensit dengan mengubah strukturnya menjadi besi
karbid dan ferit.
Macam-macam tempering yaitu
a.
Martempering
Merupakan perbaikan dari prosedur quenching dan digunakan
untuk mengurangi distorsi dan cracking selama pendinginan. Jadi pendinginan
akhir yang dihasilkan martensit temper.
b.
Austempering
Tujuannya adalah meningkatkan ductility, ketahanan impact dan mengurangi distorsi struktutral
yang dihasilkan adalah bainit, austempering adalah proses perlakuan panas yang
dikembangkan langsung dari diagram trnsformasi isothermal untuk memperoleh
struktur yang seluruhnya bainit. Pendinginan dilakukan dengan quenching sampai
temperature diatas Ms dan dibiarkan demikian sampai transformasi menjadi bainit
selesai.
Proses perlakuan panas ada 3 tahap uji:
-
Heating
Proses perlakuan panas pada suhu
tertentu dan dalam waktu tertentu untuk mencapai struktur tertentu.
-
Holding
Proses
perlakuan panas dengan suhu tetap yang telah diterapkan dan dalam waktu
tertentu agar memperoleh struktur atom yang seragam
-
Colling
Proses pendinginan yang dilakukan agar struktur atom yang diinginkan
tetap
b.
Perlakuan panas kimiawi
1.
Carburizing
Suatu proses penjenuhan lapisan
permukaan baja dengan karbon baja yang diikuti dengan hardening akan
mendapatkan kekerasan permukaan yang sangat tinggi sedangkan bagian tengahnya
tetap lunak.
a. Pack carburizing
Prosesnya material dimasukan dalam kotak yang berisi
medium kimia aktif pada kotak tersebut dipanaskan sampai 900o-950oC
waktu total ditentukan kedalaman kekerasan yang rendah dicapai.
b. Paste carburizing
Medium
kimia yang digunakan berbentuk pasata prosesnya yaitu bagian yang dikeraskan
ditutup dengan pasta, dengan ketebalan 3-4mm kemudian dikeringkan dan
dimasukkan dalam kotak, prosesnya dilakukan pada suhu 900o-950oC
2.
Nitriding
Proses ini merupakan proses
penjenuhan permukaan baja dengan nitrogen yaitu dengan cara melakukan holding
dalam waktu yang agak lama pada temperature 480o-650oC
dalam lingkungan amoniak(NH3) macam-macamnya:
a.
Straight nitriding
Digunakan untuk
meningkatkan kekerasan, ketahanan gesek dan fatigue.
b.
Anti corrotion nitriding.
Bahan yang digunakan biasanya besi tuang dan baja
paduan. Derajat kelaruatn yang dapat dicapai adalah 30o-70oC
3. Colorizing
Proses ini merupakan proses pelapisan baja dengan pemanasan alumunium bubuk dalam
ruang tertutup. Untuk alumunium paduan pada permukaan baja dan untuk lapisan
pelindung terhadap oksidasi dilakukan pada suhu 800o-1000oC
Kelebihan colorizing:
a. Penambahan
alumunium pada baja karbon untuk
alumunium pada baja karbon untuk ketahanan korosi yang juga mem-perbaiki sifat mekanik baja agar
kebih baik.
b.
Carburizing tidak menghasilkan racun.
4. Cyaniding
Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja dengan
unsur karbon dan nitrogen, bertujuan untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan
gesek dan kelelahan , bila proses ini dilakukan diudara disebut denagn karbon nitriding.
Macamnya:
a. High temperature liquid cyaniding
b. High temperature gas cyaniding
c. Low
temperature liquid cyaniding
d. Low
temperature gas cyaniding
e. Low
temperature solid cyaniding
5.
Sulphating
perlakuan panas yang digunakan untuk
meningkatkan ketahanan bagian-bagian mesin maupun alat-alat tertentu dari bahan
HSS dengan jalan penjenuhan permukaan sulfur.
C.
Perlakuan
Panas Permukaan
1. Flame
hardening
prosesnya
dengan pemanasan cepat permukaan baja diatas temperature kritisnya dengan
menggunakan gas oksigen etilen, selanjutnya diikuti dengan pendinginan.
2. Induction surface hardening.
Pemanasan
yang digunakan dengan menggunakan arus listrik frekuensi tinggi. Logam yang
berbentuk silindris diletakkan pada indicator ini jadi pemanasan permukaan
dipengaruhi frekuensi dan waktu pemanasan. Pendinginan dengan penyemprotan air
setelah proses pemanasan selesai.
Keterangan diagram Fe-Fe3C :
0,008%C :
batas kelarutan minimum karbon pada ferit pada temperature kamar
0,025%C :
batas kelarutan maksimum karbon pada ferit padatemperatur 723oC
0,083%C :
titik eutectoid
2%C :
batas kelarutan pada besi delta pada temperature 1130oC
4,3%C :
titik eutectoid
18%C :
batas kelarutan pada besi delta pada temperature 1439oC
Garis A0 :garis
temperature dimana terjadi transformasi magnetic dari sementit
Garis A1 : garis temperature dimana terjadi
austenite (gamma) menjadi ferrit dalam
pendinginan
Garis A2 :
garis termperatur dimana terjadi transformasi magnetic pada ferit
Garis A3 : garis temperature dimana terjadi
perubahan ferit menjadi austenite(gamma) pada pemanasan
Garis A : garis yang menunjukan kandungan
karbon dan transformasi baja hypoeutectoid
Garis E :
garis yang menunjukan transformasi baja eutectoid
Garis B : garis yang menunjukkan
kandungan karbon dari baja transformasi baja hypoeutectoid
Garis liquidus:
garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan(pembekuan)
Garis solidus:
garis yang menunjukan batas antara austenite solid dan austenite liquid.
A.
Transformasi
pada diagram fasa Fe-Fe3C
Diagram kesetimbangan fasa Fe-Fe3C adalah alat penting untuk
memahami struktur mikro dan sifat-sifat baja karbon. Suatu jenis logam paduan
besi (Fe) dan karbon (C). diagram fasa Fe-Fe3C juga merupakan dasar pembuatan
baja dan besi cor dalam pembuatan logam. Karbon larut didalam besi dalam bentuk
larutan padat(solid solution) hingga 0,05% berat pada temperature ruangan. Pada
kadar karbon lebih dari 0,055 akan terbentuk endapan karbon dalam bentuk
hard intermetallic stoichiomater
compound(Fe3C)yang lebih dikenal sebagai
cementi atau karbid. Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh
informasi-informasi penting lain antara lain:
1. Fasa
yang terjadi pada komposisi dan
temperature yang berbeda dengan pendinginan lambat.
2. Temperature
pembekuan dan daerah daerah pembekuan paduan Fe-C bisa dilakukan pendinginan
lambat
3. Temperature
cair masing-masing paduan
4. Batas-batas
kelarutan atau atau batas kesetimbangan dari unsur karbon fasa tertentu.
5. Reaksi
– reaksi metalurgi yang terbentuk.
Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat
allotropi, sifat allotropi dimiliki besi sendiri ada 3 yaitu:
1.
Delta iron(δ)mampu
melarutkan karbon max 0,1% pada 1500oC
2.
Gamma iron(γ)mampu
melarutkan karbon max 2% pada 1130oC
3.
Alpha iron(α)
mampu melarutkan karbon max 0,025% pada 723oC
Transformasi allotropic
pada besi, Fe(δ), Fe(γ) dan Fe(α) terjadi secara difusi sehingga membutuhkan waktu tertentu pada
temperature konstan Karena reaksi mengeluarkan panas laten.
Diagram fasa
besi karbon.
Dalam kondisi cair karbon dapat
larut dalam besi. Dalam kondisi padat besi dan karbon dapat membentuk:
·
Larutan padat (solid solution)
·
Senyawaw interstitial(interstitial compound)
·
Eitectid mixture : campuran antara ferrite (α) dan cementit (Fe3C)
·
Grafit : karbon bebas , tidak membentuk larutan
ataupun berikatan membentuk senyawa Fe
Beberapa istilah dalam diagram kesetimbangan Fe-Fe3C dan fasa-fasa yang
terdapat didalamnya akan dijelaskan dibawah ini. Berikut adalah batas-batas
temperatue kritis pada diagram Fe-Fe3C
·
A1 adalah temperature reaksi eutectoid
yaitu prubahan fasa γ menjadi α+ Fe3C(pearlit) untuk baja hypo
eutectoid
·
A2 adalah titik currit ( pada temperature 769oC)
dimana sifat magnetic besi berubah dari feromagnetik menjadi para magnetic.
·
A3 adalah temperature transformasi dari fasa γ
menjadi fasa α(ferit) yang ditandai pula naiknya batas kelarutan karbon seeiring dengan turunnya temperature
·
ACM adalah temperature transformasi dari fasa γ
mendai Fe3C (cementit) yang ditandai pula dengan penurunan batas kelarutan
karbon seiring dengan turunnya
temperature .
·
A13 adalah termeratur transformasi γ menjadi α +
Fe3C(pearlite) untuk baja eutectoid
Diagram fasa ini juga disebut dengan diagram kesetimbangan.
Pada diagram ini juga ditunjukan perubahan. Perubahan fasa yang terjadi pada
campuran besi karbon sebagai berikut
1.
Fertit :
Larutan padat karbon yang memiliki struktur Kristal BCC(Body
Cen-tered Cubic )
o
Stabil dibawah suhu 98oC
o
Tidak dapat dikeraskan karena kandungan
karbonnya sedikit, kandungan karbonya maksimum 0,0255 yaitu pada suhu kritis.
o
Lunak liat dan tahan karat
o
BHN = 60-100
2.
Austenite:
Larutan padat karbon
yang memiliki struktur Kristal FCC (Face Centered Cubic ) sifat- sifat
austenite
oStabil disuhu sekitr 1350oC
oDapat dikeraskan dengan 2%
karbon
oDapat deitempa dimana tegangan
tariknya sekitar 50000 psi
oSpesifik volumenya rendah
dibandingkan mikrostruktur lain
oLunak non magnetis marliable
tidak ductile
oBHN=170 - 200
3.
Cementit :
Senyawa besi dan
karbon 6,67% disebut juga karbida
besi. Sifat-sifat cementit
oStabil dibawah 150oC
oBHN =
820
oRapuh magnetis
oCampuran sementit dan
austenite didebut ledeburit
oCampuran sementit dan pearlite
disebut perlit
4.
Martensite :
Larutan padat karbon dan besi terbentuk dari pendinginan yang sangat
cepat(quenching ) dari austenite system Kristal BCT(Body centered tetragonal)
Sifat sifat
martensit:
oStabil dibawah suhu 1500oC
oKeras rapuh magnetis
oKandungan karbin > 0,2%
oKonduktor panas dan listrik
yang lemah
oBHN = 850 – 700
5.
Ledeburit:
Disebut juga besi eutectoid dengan
kandungan karbon 0,3% terjadi dibawah suhu 723oC
Sifat-sifat
ledeburit :
oRapuh
oKeras
oGetas
oBHN :700
6.
Pearlite :
Baja eutectoid yang tersusun atas dua fasa
yaitu ferit dan cementit dengan
kandungan karbon 0,83%
Sifat-sifat
pearlite
oKeras
oTidak tahan karat
oBHN 160-200
7.
Besi Delta
Terjadi
pada suhu 1400oC -1500oC, kandungan
karbonnya0,1%,
Sifat-sifatnya :
oLunak
oDapat ditempa
8.
Trosslite:
Campuran ferit dan
karbida dibentuk pada pemanasan martensit padasuhu 250-400oC
atau pendinginan lambat dari austenite stabil diatas suhu 400oc
sifatnya:
oMagnetic
oTidak kuat
oUlet
9.
Karbide:
Campuran metana antara ferrite dan sementil
dengan proses pembentukan martesit pada suhu 250oc-400oc dengan
pendinginan yang lambat sifatnya:
oulet
oSedikit lebih kuat dan lebih
keras dari trooslite magnetic
ü
Trasformasi
baja hypoeutectoid
Pada baja jenis ini apabila
suhu dinaikan maka akan menjadi austenite lalu bila didinginkan lagi maka
kosentrasi akan semakin jenuh . jadihasil akhir dari pendinginan transformasi
baja hypoeutectoid adalah ferite dan pearlite
ü
Transformasi
baja eutectoid
Pada baja jenis ini besi
ferrite dapat berubah menjadi austerit pada suhu terendah yaitu 723 o C-1333oC. Fase
ferrite setelah dinaikan suhunya dapat berubah fase menjadi ferit dan menjadi
perlit bila didinginkan . jadi hasil akhir dari pendinginingan transformasi
baja eutectoid adalah perlit.
ü
Transformasi baja hypereutectoid
Pada transformasi ini batas butir yang terbentuk apabila diinginkan
adalah cemeutites semakin dingin maka kosentrasi dibatas butir semakin
bertambah dan bila dibawah suhu austenite maka terbentuk pula perlite. Sehingga
hasil akhir dari pendinginan transformasi baja hypoercelitectoid adalah
pearlite.
Tabel 1.1 Perubahan Fasa
Struktur
|
Definisi
|
Kondisi
pembentukan
|
Stabil
pada suhu(oC)
|
Ciri-ciri
fisik
|
Brinnel
hardness number
|
Austenite
|
Larutan
padat antara karbon dan unsur lain pada besi dengan kadar karbo 2%
|
Pemanasan
diatas suhu kritis
|
Diatas
ACm,AC
|
Lunak
non magnetic dapat ditempa, ulet tahan listrik tegangan tinggi
|
170-200
|
Ferrite
|
Larutan
padat antara karbon dan unsur lain
|
Pendinginan
lambat larutan unsur dan padat
|
Dibawah
A3
|
Keras,
rapuh non magnetis sampai suhu 210oC dan magnetis diatas suhu 210oC
|
60-100
|
Sementit
|
Kombinasi
kimai daei besi dan karbon dari karbida mengandung 6,67 karbon
|
Pendinginan
lambat larutan unsur dan padat
|
Dibawah
723oC
|
Keras,
rapuh non magnetis sampai suhu 210oC dan magnetis diatas suhu 210oC
|
820
|
Pearlite
|
Campuran
antara cementit dan ferit
|
Terbentuk
pada kerusakan austenite
|
Dibawah
150
|
Lebih
kuat dan keras dari ferit tapi lebih ulet dan magnetis
|
160-200
|
Martensit
|
Larutan
padat antara karbon dan unsur lain pada distorsi berkisicampuran yang
tersebar antara ferit dan karbida
|
Terbentuk
pada pendinginan garis yang sangat konstan pada austenite diatas suhu kritis
|
+/-
400
|
Konduktivitas
magnet, panas, dan listrik rapuh, kekerasan bergantung kandungan karbon
|
650-700
|
Trooslite
|
Larutan
padat antara karbon dan unsur lain pada distorsi berkisi campuran yang
tersebar antara ferit dan karbida
|
Terbentuk
pada martensit pada 250-400oC atau pendinginan lambat
|
Hingga
500
|
Keras
agak ulet magnetik
|
Lebih
kerastrooslite
|
Sarbite
|
Campuran
merata antara ferit dan sementit
|
Pada
austenite terbentuk pada pengerasan mastensit pada suhu 350o-400oC
atau pendinginan austenite sangat lambat
|
Hingga
Ac
|
Ulet
dan kenyal sedikit lebih keras dan kuat disbanding trooslite magnetik
|
270-300
|
Dirangkum dari mata kuliah ilmu dan teknik material
Fe3C dibagi menjadi
1. Terkandung
karbon 0,008% disebut besi murni
2.
Kandungan karbon 0,008%-0,83% disebut baja hypoeutectoid
3.
Kandungan karbon 0,83% disebut baja eurtectoid
4.
Kandungan karbon 0,83%-2% disebut baja hyper euctoid
5. Kandungan
karbon > 2% disebuut besi cor
C.
Reaksi yang terjadi pada diagram Fe-Fe3C
1. Reaksi peritektit, terjadi pada
temperature 1495oC dimana logam cair (liquid) dengan kandungan
0,53% bergabung dengan delta iron (δ) kandungan 0,09% bertranformasi jadi
austenite(γ) dengan
kandungan 0,17% delta iron(δ) adalah fasa padat pada temperature tinggi dan
kurang berarti untuk proses perlakuan panas yang berlangsung pada temperature
rendah
o
liquid (=0,53%) + delta (δ) (C=0,09%) à
austenit (γ)(C=0,17%)
2.
Reaksi
eutektik reaksi ini terjadi pada temperature 1148oC , dlam hal
ini logam cair dengan kandungan 4,3%C membentuk austenite (γ)dengan 2%C dan senyawa sementit
(Fe3C) yang mengandung 6,67%C
o
liquid (C=4,3%) à austenite (γ) (C=2,11%) + Fe3C(C6,67%)
3.
Reaksi
eutectid. Reaksi ini berlangsung pada temperature 723oC,
austenite V padat dengan kandungan 0,8%C menghasilkan ferit (α) dengan kandungan 0,025%C
o
austenite
(γ) (C=0,8%) à ferrit (α) (C=0,025%)=Fe3C (C=6,67%)
o
reaksi
ini merupakan fasa padat yang mempunyai peran cukup penting pada proses
perlakun panas baja karbon
D.
Solid
Solution
Solid
sollution adalah larutan padat yang terdiri dari dua atau lebih
jenis atom yang berkombinasi dalam satu jenis space lattice.
Solid tidak terjadi pada
sutau temperatur tertentu, biasanya pembekuaan terjadi pada suatu range
temperatur tertentu .pembekuan biasanya terjadi bers-amaan dengan penurunan temperatur.
Ada 3 kondisi larutan :
1.
Larutan
Tak Jenuh (unsaturated)
Bila jumlah solute yang terlarut mesih
lebih sedikit disbanding solvent pada temperature dan tekanan tertentu.
2.
Larutan
jenuh (saturated)
Bila solute yang
terlarut tepat mencapai batas kelarutan dalam solvent
3.
Larutan
lewat jenuh (supersaturated)
Bila solute yang terlarut melewati batas
kelarutan dalam solvent. Pada temperature dan tekanan tertentu, larutan ini
dalam konsidi tidak setimbang. Dalam waktu lama atau dengan penambahan sedikit
saja energy cenderung akan menjadi stabil dengan terjadinya pengendapan sehingga menjadi larutan jenuh.
Solid
solution ada dua macam yaitu.
1.
Subtitusion solid solution
Pada larutan ini atom solute akan
mengisi tempat atom solvent pada struktur lattice solvent.
2.
Interstitial solid solution
Pada larutan ini atom solute yang
kecil menyisip dirongga atom pada struktur lattice dari solvent.
1.2.5. Diagram Pendinginan Besi Murni
Kalau besi dalam keadaan
lebar didinginkan mula-mula pada suhu konstan 1530oC akan terbentuk Kristal besi dengan tata ruang
besi , kalau besi telah membeku ini didinginkan terus pada suhu konstan yaitu
1400oC akan terbentuk Kristal besi δ berubah menjadi J dengan
struktur ruang FCC biladilanjutkan terjadi perubahan pada temperature konstan
yaitu 910oC. Besi J sekarang
berubah menjadi J dengan struktur FCC
Tabel 1.2 pendinginan besi murni
Suhu oC
|
Bentuk Kristal
|
Panjang besi
|
Nama besi
|
1535-1590
|
BCC
|
a=2,93
|
δ
|
1390-910
|
FCC
|
a=3,65
|
γ
|
910-768
|
BCC
|
a=2,9
|
β
|
768-suhu ruang
|
BCC
|
a=2,87
|
α
|
Dirangkum dari materi kuliah ilmu
dan teknik material
