Mengapa Stainless Steel tidak berkarat

stainless steel

baja

Stainless steel dapat bertahan dari serangan karat berkat interaksi bahan-bahan campurannya dengan alam. Stainless steel terdiri dari besi, krom, mangan, silikon, karbon dan seringkali nikel dan molibdenum dalam jumlah yang cukup banyak.

Elemen-elemen ini bereaksi dengan oksigen yang ada di air dan udara membentuk sebuah lapisan yang sangat tipis dan stabil yang mengandung produk dari proses karat/korosi yaitu metal oksida dan hidroksida. Krom, bereaksi dengan oksigen, memegang peranan penting dalam pembentukan lapisan korosi ini. Pada kenyataannya, semua stainless steel mengandung paling sedikit 10% krom.

Keberadaan lapisan korosi yang tipis ini mencegah proses korosi berikutnya dengan berlaku sebagai tembok yang menghalangi oksigen dan air bersentuhan dengan permukaan logam. Hanya beberapa lapisan atom saja cukup untuk mengurangi kecepatan proses karat selambat mungkin karena lapisan korosi tersebut terbentuk dengan sangat rapat. Lapisan korosi ini lebih tipis dari panjang gelombang cahaya sehingga tidak mungkin untuk melihatnya tanpa bantuan instrumen modern.

Besi biasa, berbeda dengan stainless steel, permukaannya tidak dilindungi apapun sehingga mudah bereaksi dengan oksigen dan membentuk lapisan Fe₂O₃ atau hidroksida yang terus menerus bertambah seiring dengan berjalannya waktu. Lapisan korosi ini makin lama makin menebal dan kita kenal sebagai ‘karat’.

Stainless steel, dapat bertahan ‘stainless’ atau ‘tidak bernoda’ justru karena dilindungi oleh lapisan karat dalam skala atomik. (SI)

sumber: Diterjemahkan dan disadur bebas dari: Scientific American’s ASK THE EXPERT

http://www.chem-is-try.org/tanya_pakar/mengapa_stainless_steel_tidak_berkarat/

Seminar Nasional

Publication of seminar :

Happyn Riyono, Leni Juwita, Bambang Widyanto, Studi Ketahanan Korosi Baja Galvanis Celup Panas Dalam Media HCI dan NaOH,  Seminar Nasional IV Rekayasa dan Aplikasi Teknik Mesin di Industri, ITENAS,ISSN 1693-3168, 27 September,   Bandung,   Indonesia,   2005


http://sdm.ftmd.itb.ac.id/sdm/staf_view.php?nopeg=131126172

Stainless Steel

Karat merupakan hasil korosi, yaitu oksidasi suatu logam. Besi yang mengalami korosi membentuk karat dengan rumus Fe₂O₃.xH₂O. Korosi atau proses pengaratan merupakan proses elektro kimia. Pada proses pengaratan, besi (Fe) bertindak sebagai pereduksi dan oksigen (O2) yang terlarut dalam air bertindak sebagai pengoksidasi. Persamaan reaksi pembentukan karat sebagai berikut:

Anoda: Fe(s) → Fe₂₊(aq) ) 2e_-

Katoda: O₂(g) + 4H₊(aq) + 4e_- → 2H₂O(l)

Autokatalis

Karat yang terbentuk pada logam akan mempercepat proses pengaratan berikutnya. Oleh sebab itu, karat disebut juga dengan autokatalis. Mekanisme terjadinya korosi adalah logam besi yang letaknya jauh dari permukaan kontak dengan udara akan dioksidasi oleh ion Fe²⁺. Ion ini larut dalam tetesan air. Tempat terjadinya reaksi oksidasi di salah satu ujung tetesan air ini disebut anode. Ion Fe²⁺ yang terbentuk bergerak dari anode ke katode melalui logam. Elektron ini selanjutnya mereduksi oksigen dari udara dan menghasilkan air. Ujung tetesan air tempat terjadinya reaksi reduksi ini disebut katode. Sebagian oksigen dari udara larut dalam tetesan air dan mengoksidasi Fe²⁺ menjadiFe³⁺ yang membentuk karat besi (Fe₂O₃.H₂O). Baja tahan karat adalah senyawabesi yang mengandung setidaknya 10,5% Kromium untuk mencegah proses pengaratan. Kemampuan tahan karat diperoleh dari terbentuknya lapisan film oksida Kromium, dimana lapisan oksida ini menghalangi proses oksidasi besi (Ferum).

Kerugian

Besi atau logam yang berkarat bersifat rapuh, mudah larut, dan bercampur dengan logam lain, serta bersifatracun. Hal ini tentu berbahaya dan merugikan. Jika berkarat, besi yang digunakan sebagai pondasi alau penyangga jembatan menjadi rapuh sehingga mudah ambruk. Alat-alat produksi dalam industri makanan danfarmasi tidak boleh menggunakan menggunakan logam yang mudah berkarat. Hal ini disebabkan karat yang terbentuk mudah larut dalam makanan, obat-obatan, atau senyawa kimia yang diproduksi. Oleh sebab itu, untuk kepentingan industri biasanya menggunakan peralatan stainless yang antikarat.

Pencegahan

Kerugian yang cukup besar akibat proses pengaratan mengharuskan adanya upaya-upaya pencegahan terjadinya karat. Prinsip pencegahan nya dengan cara melindungi besi dan penyebab terjadinya karat. dilihat dari faktor-faktor yang memengaruhi proses pengaratan besi, banyak cara pencegahan yang dapat dilakukan, seperti modifikasi lingkungan, modifikasi besi, proteksi katodik, dan pelapisan.

• Cara modifikasi lingkungan.

Oksigen (O₂) dan kelembaban udara merupakan faktor penting dalam proses pengaratan, mengurangi kadar oksigen atau menurunkan kelembaban udara dapat memperlambat proses pengantaraan. Sebagai contoh, kelembaban di dalam gudang dapat dikurangi dengan mendinginkan gudang menggunakan pengondisi udara (Air Conditioner / AC).

• Cara modifikasi besi.

Ketika besi membentuk aloi (logam campuran) dengan unsur-unsur tertentu, besi akan lebih tahan terhadap pengaratan. Baja (aloi dari besi) mengandung sebelas persen hingga dua belas persen kromium dan sedikit mengandung karbon, disebut stainless steel. Baja ini ini tahan karat dan sering digunakan dalam industri, untuk bahan kimia, dan di rumh tangga.

• Cara proteksi katodik.

Jika logam besi dihubungkan dengan seng, besi tersebut akan sukar mengalami korosi. Hal ini disebabkan seng lebih mudah teroksidasi dibandingkan dengan besi. Potensi reduksi besi adalah E°_Zn²⁺_|Zn = -0.76V, lebih negatif dari pada potensi reduksi besi, yaitu sebesar E°Fe²⁺|Fe = -0.44V. Seng akan beraksi dengan oksigen dan air dalam lingkungan yang mengandung karbon dioksida. Seng karbonat yang terbentuk berfungsi melindungi seng itu sendiri dari korosi. Cara perlindungan logam seperti ini disebut cara proteksi katodik (Katode Pelindung). Selain seng (Zn), logam magnesium (Mg) yang termasuk alkali tanah, banyak digunakan untuk keperluan ini.

• Cara pelapisan.

Jika logam besi dilapisi tembaga atau timah, besi akan terlindung dari korosi. Sebab logam Cu (E°_Cu²⁺_|Cu = +0.34V) dan Sn( E°_Sn²⁺_|Sn =-0.14V) memiliki potensi reduksi yang lebih positif dari pada besi (E°Fe²⁺|Fe = -0.44V). Namun, bila lapisan ini bocor, sehingga lapisan tembaga atau timah terbuka, besi akan mengalami korosi yang lebih cepat. Selain dengan tembaga dan timah, besi juga dapat dilapisi dengan logam lain yang sulit teroksidasi. Logam yang dapat digunakan adalah yang memiliki potensial reduksi lebih positif dibandingkan besi, seperti perak, emas, nikel, timah, tembaga, dan platina. Selain senyawa logam, pelapisan dapat pula menggunakan senyawa nonlogam. Proses pelapisan logam besi ini dapat dengan cara membersihkan besi terlebih dahulu, kemudian melapis dengan suatu zat yang sukar ditembus oleh oksigen, misalnya cat, gelas,plastik, atau vaselin (gemuk). Perlu diperhatikan, seluruh permukaan besi harus terlapis sempurna untuk menghindarkan kontak dengan oksigen. Proses pelapisan yang tidak sempurna dapat lebih berbahaya dibandingkan besi tanpa pelapis. Pengaratan dapat terjadi pada bagian yang tertutup sehingga tidak terdeteksi.

sumber:

http://wartawarga.gunadarma.ac.id/2009/10/baja-tahan-karat/

TAHAPAN DALAM FAILURE ANALYSIS

1. Pengumpulan Data
2. Pemeriksaan Awal
3. Pengambilan dan Pengamatan Sampel
4. Fraktografi
5. Pengujian dan Pemeriksaan di Laboratorium
6. Analisa Tegangan
7. Simulasi
8. Analisa secara Komprehensif
9. Formulasi Kesimpulan
10. Penulisan Laporan 

1.      PENGUMPULAN DATA

-         Mencatat bukti temuan secara rinci dan tertulis akan sangat membantu mengungkapkan penyebab kegagalan/kerusakan yang terjadi pada komponen/mesin.

-         Pemeriksaan dan pengbongkaran alat di lapangan harus diketahui oleh semua pihak yang terlibat dan disertai dengan dokumentasi tertulis.

1. Review Parameter Perancangan (Design Parameter)

-          Nama alat dan fungsinya

-          Detail gambar teknis teknis (stress riser)

-          Detail gambar pemasangan (assembly drawings)

-          Material : spesifikasi dan standarisasi

-          Material Testing : sertifikat, lokasi sampel, kondisi pengujian material.

-          Perlakuan pada material : Heat Treatment, Coating, Shot peening.

-          NDT

-          Manufacturer maintenance Procedures.

2. Review Data Fabrikasi Komponen

-          Tanggal pembuatan

-          Pemasok material, nomor heat, nomor lot

-          Purchase orders

-          Metoda inspeksi ( destructive or NDT)

3. Sejarah Kondisi Kerja (Service History)

-          Tanggal instalasi

-          Lingkungan kerja (didalam dan diluar)

ü      Temperatur : maksimum, minimum

ü      Jenis fluida : komposisi, konsentrasi pH, pengotor

ü      Kecepatan fluida, deaerasi

ü      Kecepatan putaran

ü      Prosedur start-up, prosedur shut down

ü      Maintenance : procedure

4. Ketidaknormalan Kerja Alat/Mesin sesaat sebelum terjadi kegagalan

-     Tanggal, waktu kejadian

-     Operator yang bertugas

-     Putaran

-     Tekanan pelumas

-     Timbulnya getaran berlebih

-     Timbulnya panas berlebih

-     Adanya asap

-     Timbulnya oli yang terbakar

-     Suara yang tak wajar

-     dst

2.      PEMERIKSAAN AWAL

a.      Pemeriksaan Visual dilapangan

-          Dokumentasi (fotografi) :

ü      Lokasi dan hubungan alat yang rusak dengan alat lainnya

ü      Lokasi setiap komponen saat ditemukan (sebelum dibongkar), dibuat sistematika tanda lokasi penemuan.

ü      Gunakan referensi pembesaran, misalnya penggaris, orang,dsb.

ü      Kumpulkan komponen yang rusak ditempat kering dan terlindung dari hujan.

-     Penting : Komponen sebaiknya TIDAK dibersihkan.

b.     Pemeriksaan Visual terhadap komponen yang patah

-          Jangan pernah berusaha untuk menyatukan dua permukaan komponen yang patah.

-          Lindungi permukaan patahan dari goresan, pembersihan, dan sentuhan jari.

-          Dibuat sistematika kode komponen yang rusak.

3.      PENGAMBILAN DAN PENGAMANAN SAMPEL

Secara lengkap teknik pengambilan sampel akan dibahas pada bab teknik pengambilan dan pengamanan sampel.

4.      FRAKTOGRAFI PERMUKAAN PATAHAN

-          Klasifikasi jenis patahan ; patah ulet, patah getas, patah fatique, awal retakan.

-          Klasifikasi jenis material ikutan (debris). 

5.      PENGUJIAN DAN PEMERIKSAAN DI LABORATORIUM

-          Pengujian Mekanik

ü      Uji Kekerasan makro dan mikro

ü      Uji Impak

ü      Uji Tarik

-          Pemeriksaan NDT

ü      XRD

ü      Ultrasonik

ü      Dye Penetrant

-          Pemeriksaan Metalografi Optik

      Informasi yang diperoleh antara lain :

ü      Inklusi : bentuk dan ukuran

ü      Adanya perubahan fasa

ü      Fasa yang getas

-         Pemeriksaan dengan SEM (scaning electron microscope) dilengkapi dengan EDS (energy dispersive spectrometry).

-          Pemeriksaan Komposisi Kimia

ü      Logam induk (bulk material)

ü      Deposit

ü      Inklusi

ü      Fasa asing

6.      ANALISA TEGANGAN

7.      SIMULASI

      Simulasi terhadap pembebanan, temperatur kerja, kondisi lingkungan kerja diperlukan untuk membuktikan penyebab kegagalan.

8.      ANALISA SECARA KOMPREHENSIF

Analisa dilakukan dengan menggunakan semua bukti temuan dilapangan dan data laboratorium.

-          Diskusi dengan pihak pengguna alat (industri)

-          Presentasi hasil analisa

9.      FORMULASI KESIMPULAN

Kesimpulan harus mengungkapakan :

-          Penyebab utama (root cause) rusaknya alat

-          Saran perbaikan dan pencegahan patah di masa datang.

10. PENULISAN LAPORAN

-          Executive Summary

-          Background kejadian

-          Data pendukung : material, proses, lingkungan

-          Hasil pemeriksaan di lapangan

-          Hasil pemeriksaan di laboratorium

-          Analisa

-          Kesimpulan

-          Tindak lanjut dan saran.

Sumber : 

Dr.Ir Slameto Wiryolukito, “tahapan dalam analisa kegagalan pada komponen peralatan industri dan studi kasus”. Laboratorium Metalurgi Jurusan Teknik Mesin, ITB.

BAJA KARBON

Baja karbon merupakan paduan antara besi (Fe) dan karbon (C) dengan sedikit unsur tambahan berupa belerang, fosfor, mangan dan silicon.

Baja karbon mempunyai kandungan karbon maksimal sebesar 1,7%. Sifat baja karbon tergantung pada besarnya kadar karbon, semakin tinggi kadar karbonnya maka kekuatan dan kekerasannya akan semakin tinggi, karena itu baja ini dapat di kelompokkan berdasarkan kadar karbonnya.

1)     Low carbon steel (C<0,3%)

2)     Medium carbon steel (0,3<0,7%)

3)     High carbon steel (0,7

Selain itu baja karbon juga dapat dikelompokkan menjadi :

1)     Baja Hypoeutektoid

Adalah baja karbon yang mengadung kadar karbon <0,8%. Pada temperatur kamar baja ini mempunyai fasa ferit dan fasa perlit.

2)     Baja Eutektoid

Adalah baja karbon dengan kandungan karbon sebesar 0,8%. Pada tempertaur kamar baja ini memiliki fasa 100% perlit.

3)     Baja Hypereutektoid

Adalah baja dengan kandungan karbon >0,8%. Baja ini memiliki fasa perlit dan sementit.

Penggunaan baja khususnya baja karbon dalam kehidupan sehari-hari sangat dominan, hal ini dikarenakan :

Ø      Baja relatif tangguh dan ulet

Ø      Baja relatif mudah dibentuk baik dalam keadaan panas maupun dalam keadaan dingin.

Ø      Baja relatif mudah diproses

Ø      Sifat-sifatnya dapat berubah dengan mengubah kandungan karbonnnya.

Ø      Sifat-sifatnya dapat diubah melalui proses perlakuan panas.

sumber : Jurusan Teknik Metalurgi _UNJANI Bandung

Failure Analysis (1)

  

I. PENDAHULUAN

Pada saat suatu logam yang dijadikan bahan untuk membuat suatu komponen, dipajan (di expose) ke lingkungannya maka akan terjadi interaksi diantara keduanya. Lazimnya, karakteristik interaksi sudah diperhitungkan pada saat komponen tersebut dirancang untuk rentang waktu tertentu yang lazim dikenal dengan istilah “umur perancangan’ (design life time). Namun dalam praktek, tidak jarang komponen tersebut mengalami kerusakan / kegagalan jauh sebelum waktunya. Dari tabel 1 dapat dilihat penyebab kegagalan pada 350 industri kimia, pertambangan dan manufaktur yang paling dominan adalah yang berkaitan dengan kekeliruan dalam pemilihan bahan.

Tabel 1 : Penyebab kegagalan pada berbagai industri

NO	PENYEBAB KEGAGALAN	%
1	Kekeliruan dalam pemilihan material	40
2	Cacat fabrikasi	15
3	Kesalahan pelakuan panas	15
4	Kekeliruan dalam perencanaan mekanik	11
5	Kondisi operasi yang tidak terduga	8
6	Pengontrolan lingkungan yang tidak cermat	6
7	Kontrol kualitas dan inspeksi yang kurang	5

Dari tabel 2 dapat dilihat bahwa mekanisme kegagalannya yang paling dominan adalah yang berkaitan dengan masalah korosi. Padahal masalah korosi adalah masalah yang berkaitan dengan interaksi antara logam dengan lingkungannya.

Dengan demikian jelaslah bahwa faktor pemilihan logam yang tepat dan upaya untuk melindungi (memproteksi) logam merupakan upaya yang sangat penting yang lazim dilakukan oleh para disainer (perancang) pada saat merancang suatu komponen.

Tabel 2 : Mekanisme kegagalan pada beberapa industri

NO	MEKANISME KEGAGALAN	%
1	Korosi	29
2	Fatique	25
3	Patah getas	16
4	Overload	11
5	Korosi temperature tinggi	7
6	Stress Corrosion Cracking	6
7	Creep (stress Rupture)	3
8	Aus (wear)	3

Sumber : Rochim Suratman, ‘teknologi perlindungan logam’ , disampaikan pada seminar nasional oleh jurusan Teknik metalurgi UNJANI -bandung 2005.