Home >Documents >106137091 Bahan Ajar Metalurgi Fisik Unsyiah

106137091 Bahan Ajar Metalurgi Fisik Unsyiah

Date post:02-Jan-2016
Category:
View:465 times
Download:26 times
Share this document with a friend
Description:
,b,n
Transcript:
  • 1

    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

  • 2

    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.

  • 3

    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.

  • 4

    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

  • 5

    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.

  • 6

    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

  • 7

    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.

  • 8

    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,

  • 9

    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 pros