metalurgi fisik

metalurgi fisik

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

  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

  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.

  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

Terbentuk

pada

martensit

pada 250-

400oC atau

Hingga 500 Keras agak

ulet magnetik

Lebih

kerastrooslite

yang tersebar

antara ferit dan

karbida

pendinginan

lambat

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%) 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%) 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%) 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