Home >Documents >106137091 Bahan Ajar Metalurgi Fisik Unsyiah 2

106137091 Bahan Ajar Metalurgi Fisik Unsyiah 2

Date post:13-Aug-2015
Category:
View:206 times
Download:25 times
Share this document with a friend
Description:
106137091 Bahan Ajar Metalurgi Fisik Unsyiah 2
Transcript:

I. PENDAHULUAAN

1.1. Definisi Metalurgi adalah sain dan teknologi logam. Metalurgi merupakan cakupan praktek dan sain dari; 1) Pengambilan logam dari bijihnya; 2) Pemurnian logam dari oksida-, sulfidanya; 3) Produksi paduan dan meneliti konstitusinya, strukturnya, dan sifat-sifatnya; 4) hubungan sifat-sifat fisik dan mekanik tehadap perlakuan thermal dan thermo mekanik dari logam dan paduannya.

Hal penting yang perlu diingat dalam mempelajari Metalurgi, bahwa hamper tidak ditemui suatu objek dalam keihidupan sehari-hari yangtidak memerlukan logam untuk membuanya. Perkakas dan Mesin-mesin, dari mesin ketik sampai mesin mobil, dari jam yang kecil sampai pesawat ruang angkasa, semua objek tersebu sebagian besar terbuat dari logam.

1.2. Sejarah Metalurgi Sejak zaman pra-sejarah, perang antar suku disebabkan memperebutkan tambang dan deposit logam. Disebabkan emas ditemukan dalam keadaan murni alam, maka logam emas adalah yang pertama sekali digunakan oleh manusia, tembaga adalh berikutnya. Lagenda cina (2800 B.C) menyebutkan bahwa kekaisaran cina Shen Nung telah menemukan preses pencairan logam.

1.3. Klasifikasi Metalurgi Bidang Metalurgi dapat dikelompokan ke dalam dua kelompok utama: a. Metalurgi Ekstraktif atau metalurgi kimia

1

Ekstraktif metalurgi menyangkut liberasi logam melalui bermacam-macam proses kimia dari bijihnya sehingga diperoleh logam. Metalurgi ekstraktif juga dirubah dengan pemurnian logam menjadi logam murni bahan industri. Metalurgi ekstraktif meliputi penambangan, ekstaksi, pemurnian logam dan paduannya. b. Metalurgi Fisik Metalurgi Fisik menyangkut logam dan paduan yang telah dimurnikan melalui proses metalurgi ekstraktif Lingkup dari metalurgi fisik adalah mempelajari apa itu logam dan sifat apa yang dimiliki dan dapat digunakan sebagai material teknik, dan apa yang dapat dilakukan untuk meghasilkan produk baru atau mengembangkan produk melalui paduan dan perlakuan panas. Metalurgi fisik meliputi sifat-sifat, struktur dan sifat-sifat fisik dari logam dan paduannya sebagaimna juga penggunaannya. Termasuk dalam topik metalurgi Fisik adahah: 1. Komposisi Kimia dan perlakuan kimia paduan 2. Perlakuan mekanik yaitu suatu operasi yang menyebabkan perubahan bentuk seperti rolling; drawing; forming; machining. 3. Pengecoran yaitu pembetukan melalui peleburan 4. Perlakuan Panas yaitu pengaruh temperature dan laju pemanasan dan pendinginan terhadap sifat mekanik 5. Finishing dan metalurgi serbuk.

2

II. SISTEM BESI-KARBON

2.1. Pendahuluan Paduan besi-karbon yang disimbulkan dengan Fe-C, meliputi baja dan besi cor. Paduan dengan karbon hingga 2 % (1,7 % C) disebut baja dan padua dengan karbon diatas 2 % disebut besi cor. Paduan besi-karbo merupakan padua yang sangat pernting dalam industri disebabkan pemakaian yang sangat luas. Oleh karena itu penting sekali system besi karbon dipelajari secara mendetail.

Gambar 2.1. Diagram Fasa Keseimbangan Besi-Karbon.

3

2.2. Besi, Allotrophi Besi mempunyai sifat yang relatif lunak dan ulet, mempunyai titik cair 1539o C, adalah logam allotrophik yaitu terdapat lebih dari satu satuan kisi kristal yang tergantung pada temperature. Pada temperature ruang besi mempunyai sel satuan BCC, sedangkan pada temperature diatas 910o C berubah menjadi FCC, dan kemudian diatas temperature 1400o C berubah kembali menjadi BCC. Salah satu perubahan terjadi pada temperature 770o C disebut dengan Curie point pada temperature tersebut peralihan magnetic menjadi non magnetic. Gambar 2.. memperlihatkan kurva pendinginan besi murni dengan bentuk allotrophi.

Gambar 2.2. Kurva pendinginan besi murni

Besi mencair diatas temperatur 1539oC, dibawah temperature tersebut membeku membentuk besi delta dalam bentuk kisi kristal BCC. Pendinginan lebih lanjut hingga 1400oC perubahan 4

phase terjadi dan atom menyusun kembali membentuk Ghamma-iron dengan kisi kristal FCC. Pendinginan berlanjut perubahan fase terjadi pada temperature 910oC berubah lagi fase menjadi besi Alpha dengan struktur kristal BCC. Akhirnya pada temperature 768oC, besi Alpha BCC mejadi magnetic tanpa perubahan dalam struktur kisi.

2.3. Mikro Struktur Besi dan Baja Jika baja dipanaskan ke temperature Austenit dan diikuti dengan pendinginan dibawah kondisi berbeda (berbeda laju pendinginan), Austenit pada baja bertranformasi keberbagai struktur mikro. (Micro Constituent). Mempelajari struktur mikro adalah penting guna memahami diagram kesetimbangan Fe-C dan diagram TTT. Berbagai micro-constituent adalah: a. Austenite adalah larut padat karbon dan/atau elemen paduan lainnya (contoh:Mn;Ni dll) dalam besi Gamma. Karbon larut padat intersisial sedangkan Mn; Ni; Cr, larut padat subsitusindengan besi. Austenit dapat larut maksimum 2% pada temperature 2066 oF. Austenit secara normal

tidak stabil pada temperature kamar. Pada kondisi tertentu mungkin didapatkan Austenit pada temperatur kama yaitu sebagai Austenit dalam baja austenitic. b. Ferrite adalah Besi alpha (-Fe)dengan phase BCC, kelarutan carbon yang sangat terbatas yaitu 0,025%C pada tenperatur 723 oC dan 0,008 %C pada temperature kamar. Ferrit merupakan struktur yang sangat lunak, liat sangat baik untuk ditempa, seperti terlihat pada diagram Fe-C. Tata Surdia (62, 1970) menyebutkan ferite atau besi alpha merupakan larutan padat sela antara atau interstitial dari atom-atom karbon pada besi murni, dimana atom-atom karbon larut sampai 0,025%. Pada gambar 2.3 ditunjukkan struktur mikro ferrit.

5

Gambar 2.3. Struktur mikro ferrit Sumber : Avner (235, 1987).

c. Cementite disebut juga Karbida-Besi dengan formula Fe3C, mengandung 6,67 %C menurut berat. Struktur yang keras dan getas, cementit mempunyai kekuatan tarik yang rendah yaitu ~ 350 kg/cm2, tetapi mempunyai kuat tekan yang tinggi. Sruktur kristalnya adala orthorhombic. d. Ledeburite adalah eutectic mixture dari austenite dan cementite, mengandung 4,3 %C, pada temperature 1130 oCpada diagram Fe-C. e. Pearlite adalah mikrokonstituen yang dibangun oleh bentuk lamellar dari ferrite dan cementite. Merupakan hasil dari dekomposisi austenite pada daerah reaksi eutectoid. Pearlite juga dikenal sebagai eutectoid mixture yang mengandung 0,8 %C dan terbentuk pada temperature 723 oC.Sifat-sifat besi ini adalah lebih keras dan lebih kuat dari ferit tetapi kurang ulet dan tidak magnetis, Djarifin Sitinjak (22, 1985). Bila austenit didinginkan sampai temperatur kritis A1 maka setelah beberapa saat austenit mulai mengalami transmisi. Untuk baja hipoeutektoid lebih dulu terbentuk ferrit, pada saat itu komposisi austenit merupakan komposisi dari eutektoid, dan

6

temperaturnya dibawah temperatur kritis, austenit tidak stabil, besi gamma cenderung berubah menjadi besi alpha. Untuk itu austenit harus mengeluarkan dulu karbon karena besi alpha tidak mampu melarutkan karbon. Pembentukan perlit di mulai dengan terbentuknya inti sementit di atas butir austenit, gambar 2.4

Gambar 2.4. Pertumbuhan butir (lamel) perlit

Atom karbon dari austenit di sekitar inti sementit tadi akan berdisfusi keluar, bergabung dengan inti sementit yang sudah ada itu, kadar karbon dalam austenit disekitar sementit menjadi sangat rendah dan akan menjadi ferrit. Keluarnya karbon dari austenit berlangsung terus, sehingga akan terbentuk lagi sementit ferrit, sementit dan seterusnya, sehingga diperoleh struktur yang berlapis-lapis (lamelar) yang terjadi lamel-lamel ferrit dan sementit.

7

Menurut Avner, (268, 1987), pada umumnya perlit terbagi lagi dalam beberapa bentuk tetapi pada dasarnya terdiri dari struktut ferrit dan simentit seperti ditunjukkan pada ditunjukkan pada gambar 2.5

Gambar 2.5. Bentuk struktur mikro perlit pada isotermal transformation, (a) struktur mikro perlit, (b) Perlit kasar (coarse perlit), (c) medium pelit, (d) perlit halus (fine perlit) f. Bainite adalah konstituen yang dihasilkan pada baja jika austenit bertransformasi pada temperature dibawah temperature perlite terbentuk dan diatas temperature terbentuk martensit pada diagram TTT. Bainit cendrung dihasilkan melalui Austempering, transformasi isothermal pada temperature dibawah nose TTT-diagram. Bila besi gamma dipaksa berada pada temperatur dibawah temperatur kritis driving force yang akan mendorong atom-atom besi gamma, untuk merubah A1, maka ada posisinya agar menjadi besi alpha. Makin jauh temperaturnya dibawah temperatur kritis A1 makin besar driving force tersebut, sehingga sebagian dari austenit menjadi ferrit,

8

karena austenit tadinya mengandung banyak karbon sedang ferrit tidak mampu melarutkan karbon sebanyak itu, maka karbon yang teperangkap ini secara difusi akan keluar membentuk sementit pada arah/bidang kristalografik tertentu dari ferrit yang dinamakan bainit.

Gambar 2.6. Proses terbentuknya bainit.

DN. Adnyana (105, 1989), Bainit terbentuk bila austenit didinginkan dengan cepat sehingga mencapai temperatur tertentu (sekitar 200-400o C) transformasi bainit ini sebabnya sebagian karena proses difusi dan sebagian lagi karena proses tanpa difusi. Bainit akan terjadi pada transfortasi isothermal dari austenit pada temperatur dibawah hidung. Pada temperatur yang lebih tinggi diperoleh upper bainite (bainit atas) yang sering juga disebut feathery bainite karena terlihat mirip bulu ayam, sedangkan pada temperatur yang lebih rendah diperoleh lower bainit (bainit bawah) atau disebut juga acicular bainit karena bentuknya seperti sekumpulan jarum-jarum yang berserakan. Sebenarnya kedua bainit itu juga terdiri dari ferrit dan sementit walaupun sepintas lalu bainit bawah tampak lebih mirip martensit..

9

Gambar 2.7

Bainit yang terbentuk secara isothermal pada temperatur berbeda (a)

500o C Feathery (upper) bainit, (b) 290o C, Acicular (lower) bainit.

Bainit tidak berbentuk lamellar seperti perlit tetapi berupa semen