Material atau logam memiliki sifat tertentu, untuk logam yang sama dapat saja mempunyai sifat yang berbeda.
Ditinjau secara fisik, sifat logam berkaitan erat dengan Struktur Mikro.
Untuk logam dari jenis yang sama, sifatnya bisa berbeda dengan merubah struktur mikro.
Merubah struktur mikro dapat diklasifikasikan menjadi 3 bagian :
- Secara Kimia : merubah komposisi kimia
- Secara Mekanik : konfigurasi berubah dan komposisi kimia tetap
- Secara Perlakuan Panas : fasa berubah dengan komposisi kimia tetap atau berubah.
Cara yang biasa digunakan untuk merubah struktur mikro dilakukan melalui proses Perlakuan Panas (Heat Treatment).
Perubahan sifat logam dapat mencakup :
Ø Keseluruhan dari logam
Ø Hanya sebagian dari logam (misal permukaannya saja)
Definisi :
Perlakuan Panas adalah suatu proses mengubah sifat logam dengan jalan mengubah struktur mikro melalui proses pemanasan dan pengaturan kecepatan pendinginan dengan tanpa atau merubah komposisi kimia logam yang bersangkutan.
Tujuan :
Untuk mendapatkan sifat-sifat yang diinginkan sesuai dengan yang direncanakan (dalam batas-batasnya).
Prinsip proses Perlakuan Panas adalah setiap proses pada logam tujuannya untuk memperbaiki sifat.
Baja (paduan Fe dan C) merupakan logam yang paling banyak di proses dengan perlakuan panas.
Sifat alotropik dari besi menyebabkan timbulnya variasi struktur mikro dari berbagai jenis baja.
Alotropik adalah adanya transformasi dari satu bentuk susunan atom (sel satuan) ke bentuk susunan atom yang lain.
Besi stabil pada temperature di bawah 910 0C : besi alfa (Feα)
Temperatur antara 910 dan 1392 0C : besi gama (Feγ)
Tempertaur diatas 1392 0C : besi delta (Feδ)
Sel Satuan :
Pada temperatur di bawah 910 0C : BCC (KPB)
Temperatur antara 910 dan 1392 0C : FCC (KPM)
Tempertaur diatas 1392 0C : BCC (KPB)
(BCC=Body Center
(FCC=Face Center
Betuk sel satuan BCC dan FCC : (lihat ref)
Beberapa baja memiliki sifat-sifat tertentu sebagai akibat penambahan Unsur Paduan. Salah satu unsur paduan yang dapat mengontrol sifat baja adalah karbon (C).
Transformasi yang terjadi pada rentang temperatur tertentu erat hubungannya dengan kandungan karbon.
Baja yang hanya mempunyai karbon tidak akan memiliki sifat seperti yang diinginkan
Karbon berada didalam besi dapat bentuk larutan atau berkombinasi dengan besi menbentuk Karbida besi (Fe3C).
Diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur di mana terjadi perubahan fasa selama proses perlakuan pamanasan dan pendinginan lambat dengan kadar karbon di sebut Diagram fasa.
Diagram Fasa Fe-Fe3C (Fe-C)
Diagram besi-besi karbida terbagi atas beberapa fasa yaitu : fasa ferit, fasa perlit, fasa sementi dan fasa austenit.
Gambar diagram fasa menggambarkan diagram fasa besi-karbon untuk seluruh rentang paduan besi dengan karbon yang mencakup baja dan besi cor.
Baja mempunyai bemacam-macm jenis disesuaikan dengan kebutuhan
Klasifikasi Baja :
STEEL
:
:- CARBON STEEL : Low Carbon, Medium Carbon, High Carbon
- ALLOY STEEL : High Alloy, Low Alloy Steel, Quench & Temper Structural,
Maraging
- TOOL STEEL
- STAINLESS STEEL
- OTHERS STEEL : Spring Steel, Electrical Specials, Corrosion Resistant Specials
Baja yang hanya mempunyai karbon tidak akan memiliki sifat seperti yang diinginkan.
Penambahan unsur-unsur paduan seperti Mn, Ni, Cr, Mo, V, W, dst baik masing-masing maupun secara kombinasi dapat menolong untuk mencapai sifat-sifat yang diinginkan.
Pengaruh Unsur-Unsur Paduan dalam Baja :
- Karbon merupakan paduan utama dan pengaruhnya sangat besar pada baja dengan membentuk karbida Fe3C / sementit yang keras.
- Penambahan karbon akan meningkatkan kekerasan dam kekuatan baja. Tetapi sifat elastisitas, kemampuan untuk di tempa, di las dan di mesin akan menurun.
- Biasa berdampingan dengan Si, Mn, S dan P sebagai akibat dari bijih dan proses pembuatannya.
- Kadar karbon tidak mempengaruhi kepada daya tahap korosi terhadap air, asam maupun gas.
Mangan (Mn)
- Berperan meningkatkan kekuatan dan kekerasan
- Menurunkan laju pendinginan kritik
- Meningkatkan ketahanan abrasi
- Memperbaiki kualitas permukaan
- Mengikat Sulfur (S) sehingga memperkecil terbentuknya sulfide besi (
Posfor (P)
- Pada baja sangat merugikan, oleh karena itu pada baja kualitas tinggi selalu diusahakan maksimum :0,03-0,05%.
Sulfur (S)
- Unsur belerang dapat menyebabkan baja menjadi getas, oleh karena itu hanya diperkenankan kadarnya antara 0,025-0,030%.
Silikon (Si)
- Seperti halnya Mn, Si ini selalu akan terdapat dalam baja, karena bijih besi selalu mengandung Mn dan Si
- Pada baja maksimum 0,35%
- Menaikkan sifat mekanik
- Menaikkan ketahanan terhadap larutan kimia (14% S) tetapi sifatnya menjadi kaku.
Krom (Cr)
- Membentuk karbida (tergantung jenis perlakuan dan kadarnyai)
- Meningkatkan temperatur austenisasi
- Meningkatkan ketahann korosi
- Meningkatkan mampu keras
- Meningkatkan kekuaatna dan kekerasan
- Meningkatkan ketahanan aus
Molibden (Mo)
- Sangat besar pengaruhnya terhadap sifat mampu keras dibanding unsur lain
- Menaikkan kekuatan, kekerasan
- Dikombinasikan dengan krom dan nikel akan menghasilkan titik luluh dan kekuatan tarik yang tinggi
- Mempunyai kecenderungan yang tinggi untuk membentuk karbida
- Menurunkan kepekaaan terhadap temper embrittlement.
Vanadium (V)
- Menaikkan titik luluh dan kekuatan
- Pembentuk karbida yang kuat dan stabil
- Penambahan sedikit Vanadium menaikkan kekerasan pada tempertaur tinggi dan mengurangi pertumbuhann butir.
Nikel (Ni)
- Menaikkan kekuatan
- Menaikkan ketangguhan
- Meningkatkan ketahanan korosi
C, Mn dan Ni merupakan unsur-unsur penyetabil austenit
Si, Cr, Mo,W dan Al merupakan unsur-unsur penyetabil ferit
Ti, Nb, Cr, W, Mo, V, Ta, Zr merupakan unsur-unsur pembentuk karbida
Proses perlakuan panas yang berbeda akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda pula
Struktur mikro yang akan ada pada baja akibat proses perlakuan panas adalah ferit, sementit, perlit, bainit, martensit dan karbida.
- Terbentuk dari proses pendinginan yang lambat dari austenit (baja hypoeutectoid)
- Bersifat lunak dan ulet
- Mempunyai konduktivitas panas yang tinggi.
- Senyawa besi dan karbon (Fe3C)
- Bersifat keras
- Pada pendinginan lambat bentuknya lamellar.
- Campuran antara ferit dan sementit
- Pada 0,8% karbon perlit yang tebentuk berupa campuran ferit dan sementit yang tampak seperti pelat-pelat yang tersusun secara bergantian.
Bainit
- Merupakan fasa yang kurang stabil (metastabil)
- Diperolah dari austenit pada temperatur yang lebih dari temperatur transformasi ke perlit dan lebih tinggi dari temperatur transformasi ke martensit
- Hasil transformasi berupa struktur yang terdiri dari ferit dan sementit (tetapi bukan perlit).
- Kekerasan bervariasi tergantung pada temperatur transformasinya
- Jika terbentuk pada temperatur yang relatif tinggi disebut upper bainit (strukturnya seperti perlit yang sangat halus).
- Jika terbentuk pada temperatur yang relatif rendah disebut lower bainit (strukturnya menyerupai martensit temper).
- Merupakan fasa yang terbentuk akibat karbon larut lewat jenuh pada besi alfa
- Terjadi dengan pendinginan yang cepat
- Sel satuannya Body Center Tetragonal (BCT)
- Atom karbon dianggap menggeser latis kubus menjadi tetragonal
- Makin tinggi konsentrasi karbon, makin banyak posisi interstisi yang terisi sehingga efek tetragonalitasnya makin besar.
- Unsur-unsur paduan banyak digunakan untuk baja-baja perkakas (misalnya hot work tool steel, cold work tool steel, HSS)
- Meningkatkan ketahanan aus dan memelihara kestabilan pada temperatur tinggi
- Keberadaan unsur paduan pada baja akan menimbulkan terbentuknya karbida seperti M3C, M23C6, M6C, M7C3
- Karbida mempunyai kekerasan yang tinggi
- Banyaknya karbida yang terbentuk sangat dipengaruhi oleh persentase karbon dan unsur paduan serta tergantung jenis karbida yang akan terbentuk.
Adanya perbedaan kecepatan pendinginan pada proses perlakuan panas menyebabkan perbadaan struktur mikro yang terjadi.
Diagram fasa tidak dapat memberikan informasi struktur mikro yang terjadi jika kecepatan pendinginan berbeda (dalam kondisi tidak setimbang).
sumber : Jurusan Teknik Metalurgi_UNJANI Bandung
Tidak ada komentar:
Posting Komentar