KULIAH BAHAN KONSTRUKSI DAN KOROSIDosen : Ir. Ignatius Gunardi, M.T

Materi pendalaman kuliah ke 2 :Jelaskan adanya unsur unsur yg berpengaruh terhadap sifat sifat besi baja ( C, Mn, P, S, Ni, Mo, N dll)Lihat diktat bagian I halaman 15 , jelaskan tentang : komposisi bahan penyusun, penggunaan,sifat / properties, karakteristik utama, untuk stailess steels berikut: SS 304, SS 309, SS 316, SS 446.

BESI-BAJA(kadar karbon 0 4,5 %Umumnya dibagi menjadi 3 gol:Besi dg kadar karbon 0 0,008%Baja dg kadar karbon 0,008 2,0 %Besi cor dg kadar karbon 2,0- 4,5%

Ada juga yg disebut besi tempa, mengandung Si 2%-4%Besi ingot : besi murni

Meskipun banyak bahan yg tahan korosi melebihi besi-baja, aspek biaya mendukung penggunaan besi-baja. Bahan ini masih sering dipakai meskipun diketahui akan ada korosi.

Secara umum cast iron dan carbon steel menunjukan ketahanan korosi yg hampir sama, tetapi bahan ini tidak cocok untuk dipakai untuk asam encer tetapi bisa dipakai untuk as kuat.. (mungkin karena terbentuknya lapisan pelindung yg merupakan hasil korosi?).

Penggunaan besi baja yg paling utama adl : konstruksi baja yg memerlukan keuletan yg tinggi pada temp kamar atau lebih rendah.Karbon adl unsur yg paling utama untuk menguatkan baja,harus ada karbon sampai kadar tertentu. Tetapi kadar karbon yg meningkat dapat meningkatkan temperatur transisi(yg diharapkan selalu lebih rendah)Kalau dilihat mudah / tidaknya untuk di las, kadar karbon harus dikntrol sampai batas tertentu.

Banyak sekali study yg mempelajari ttg pengaruh unsur paduan thd keuletan baja pada temp rendah.Banyak study yg menyimpulkan bahwa :C, P, Mo, V adl unsur yg bisa menurunkan keuletan, sedang Ni dan Mn adalah unsur yg memperbaiki keuletan Besi Baja.(lihat diktat hal II-15)

Mn mengurangi karbida dan menurunkan temperatur transformasi. Perbandingan Mn/C tinggi memperbaiki keuletan pada temperatur rendah

P memperburuk kegetasan pada temperatur rendah dan meningkatkan sesitivitas dari kegetasan, oleh karenanya P harus selalu minimum.

S adl unsur yg membentuk inklusi dan tidak memberikan banyak pengaruh thd temperatur transisi,tetapi menurunkan keuletan

Ni bersama Mn adl unsur yg sangat effektif untuk memperbaiki keuletan pd temp rendah.Study yg banyak dipelajari: Komposisi dasar Ni: 1,5%Ni, 3,5%Ni, 6 %Ni, 9%Ni.Mo adl unsur yg paling effektif untuk mengendalikan kegetasanN meningkatkan sensitivitas thd pengerasn. Seharusnya N rendah, karena menyebabkan kegetasan.

BESI DAN PADUANNYA1. Struktur Besi CorGambar 1. Diagram keseimbangan besi-karbon

BESI DAN PADUANNYAGambar 1 menunjukkan distribusi dari serpih grafit(karbon) dalam besi cor menurut klasifiasi American Casting AssociationDari gambar tersebut dapat diambil keterangan sbb :Titik A adalah struktur dimana besi cor menunjukkan serpih grafit yang mempunyai panjang medium terdistribusikan sekarang.Titik B biasanya terdapat disekitar permukaan coran dimana laju pendinginan agak cepat. Disini pusat dari sel eutektik menyebabkan butir grafit yang halus karena pendinginan super dan disekelilingnya dilanjutkan dengan serpih grafit dan dinamakan struktur bergrafit bunga ros.

BESI DAN PADUANNYATitik C dimana grafit primer mengkristal secara kasar dalam hal hiperentektik akan memberikan sifat-sifat mekanis yang rendah.Titik D disebabkan oleh pendinginan lanjut yang sangat pada waktu pembekuan semua grafit menjadi halus. Hal ini dinamakan grafit entektik atau grafit panas lanjut sehingga besi cor mempunyai kekuatan yang tinggi tetapi kurang ulet.Titik E biasanya timbul kalau kadar karbon kurang, grafit terdistribusikan diantara austentik primer yang timbul besar-besar dan mempunyai tingkat keuletan yang sangat rendah.

BESI DAN PADUANNYA2. CorancilBesi cor yang mempunyai kompisisi kimia yang cocok dituangkan dalam sebuah cetakan logam atau cetakan sebagian dari logam, bagian yang mengenai cetakan logam tersebut terdinginkan secara cepat menjadi besi cor putih yang sangat keras, sedangkan bagian lainnya menjadi besi cor kelabu yang memberkan keuletan lebih baik.Pengecoran ini dinamakan pengecoran Ci, tebalnya suatu bagian yang menjadi besi cor putih dinamakan dalamnya Cil. Karena coran cil ini mempunyai sifat keras pada permukaannya dan secara keseluruhan masih ulet maka bahan ini banyak digunakan untuk roda-roda dan rol-rol penghancur, rol untuk logam, rol untuk kertas dsb.

BESI DAN PADUANNYA3. Besi Cor MarkabelBesi cor yang mempunyai bentuk grafit dinamakan besi cor markabel. Besi cor yang dibuat dengan karbonisasi, patahannya mempunyai warna putih dinamakan besi cor markabel perapian putih.Besi cor yang dibuat dari besi cor putih dianel untuk mengubah Fe3C menjadi grafit dan Fe mempunyai patahan berwarna hitam dinamakan besi cor markabel perapian hitam.

BESI DAN PADUANNYA4. Besi Cor NodularBila Mg dan Ce ditambahkan kepada cairan besi cor maka grafit pada coran menjadi berbentuk bulatan. Grafit yang berbentuk buatan atau nodular mempunyai derajat konsentrasi tegangan yang sangat kecil maka kekuatan besi cor menjadi lebih baik.Besi cor macam ini dinamakan besi cor liat di Jepang dan Amerika sedangkan di Inggris dinamakan besi cor nodular.Karena mempunyai keuletan yang baik, ketahahan korosi dan panas yang baik pula maka jenis ini dipakai untuk pipa api, rol penggiling, cetakan, komponen mekanik, komponen-komponen untuk tungku dan untuk konstruksi teknik sipil.

BESI DAN PADUANNYA5. Besi Cor PaduanUnsur-unsur tertentu ditambahkan pada besi cor untuk memperbaiki sifat-sifat mekaniknya dan untuk memberikan sifat-sifat khusus seperti ketahanan korosi, ketahanan panas dan kemagnetan.Besi cor dengan kekuatan tinggi mempunyai kekuatan tarik yang lebih baik dengan penambahan Ni, Cr, Mo pada 0,5%-1,5%. Besi cor jenis ini dipakai untuk silinder motor, rol dsb.Besi cor yang mempunyai ketahanan terhadap asam dipadu dengan 10% atau lebih unsur Si untuk mendapatkan ketahanan korosi. Besi cor yang tahan panas maka dipadu dengan unsur Cr, Mo, Si, Al, Ni dsbBesi cor yang tidak magnetik dipadu dengan 5-15% Ni dan 9% Mn.

STAINLESS STEEL (SS)Bahan ini merupakan paduan antara besi dengan chrom atau nikel-chrom yang mengandung sedikit bahan lainnya seperti molibdenum.Ada lebih dari 100 jenis stainless steel, yang paling umum digunakan adalah tip 302 dan 304 yang mengandung kurang lebih 18% chrom dan 8% nikel dan disebut stainless steel 18-8.Setiap tipe stainless steel memiliki pemakaian khusus dalam proses industri, misalnya SS-304 untuk bahan pembuatan pipa heat exchanger, SS-305 untuk bahan cerobong, perkakas pertukangan, kap (hoods).

*

BAJA DAN PADUANNYA

BAJA KARBON RENDAH BENTUK PELAT1. Mampu bentuk baja pelat tipisPenggunaan utama baja pelat tipis yang dirol panas, dilunakkan, dirol dingin dan dilunakkan adalah untuk benda yang dibentuk dengan pres. Pembentukan dengan pres terdiri dari pengguntingan dan pembentukan dimana pengepresan merupakan proses utama.Di samping kekuatan mulur, sifat-sifat lainpun penting yaitu regangan pada titk mulur, kekuatan tarik, regangan uniform dan regangan setempat yang didapat dari pengujian tarik biasa, eksponen pengerasan regangan (n) dan perbandingan regangan plastik (r). Makin besar n berarti makin baik mampu-bentuknya. Pada baja pelat dirol dingin umumnya nilai n= 0,18-0,25Pembuatan bejana berbentuk silinder dari bahan bulat tipis atau blank adalah contoh umum proses pembentukan dengan pres dari pelat tipis dimana bahan menerima deformasi tarik arah radial oleh regangan kompresi arah melingkar.

2. Pemilihan pelat baja tipis dengan mampu-bentuk baikPada penarikan dalam pelat baja tipis, menghasilkan titik mulur bebentuk pola tertentu yang disebut regangan pembentang (stretcher strain), jadi pelat baja tipis bagi proses penarikan diolah lebih dulu dengan pengerolan ringan setelah pelunakan yan gdisebut pengerolan temper (temper rolling)Lembaran baja tipis yang dapat dibentuk dengan baik maksimum mengandung 0,18% karbon tetapi karena kadar karbon membuat harga r menurun sebaiknya kadar karbon diturunkan sampai kira-kira 0,03%Kekuatan tarik dipertahankan sampai paling tinggi 40 kgf/mm2, sebagai contoh lembaran baja yang dipakai untuk keperluan pembuatan mobil dibuat lebih kuat agar menjadi lebih ringan untuk menghemat bahan bakar.

BAJA PELAT YANG DIROL PANAS DAN BAJA KEKUATAN TINGGI1. Kekuatan dan keuletan baja pada temperatur rendahPenggunaan baja yang paling utama bagi baja yang telah dirol panas ditambah proses celup dingi dan ditemper adalah untuk konstruksi baja yang memerlukan keuletan yang tinggi pada temperatur kamar atau temperatur yang lebih rendah.Karbon adalah unsur yang paling utama untuk menguatkan baja sehingga baja mengandung karbon sampai kadar tertentu.Unsur C, P, Mo dan V dapat menurunkan keuletan sedangkan Ni dan Mn dapat memperbaiki keuletan baja.

2. Mampu-las bajaKonstruksi baja biasanya dibuat dengan jalan mengelas untuk itu diperlukan lembaran baja yang tebal agar mempunyai mampu-las yang baik. Tidak dapat dihindari bahwa bahan berubah sifat disebabkan karena panas pada waktu pengelasan jadi di daerah pengelasan ata di daerah yang dipengaruhi oleh panas bisa terjadi pengerasna atau retakan.Derajatdari kesukaran, apakah sambungan lasan dapat memuaskan dan apakah konstruksi yang dibuat dengan jalan pengelasan dapat memenuhi maksud yang diinginkan dinamakan mampu-las.

3. Penguatan baja untuk proses pengelasanBaja lembaran tebal dibuat dlam berbagai macam bentuk dan dilas dijadikan konstruksi baja. Komposisi kimia baja tersebut adalah C 0,23%, S 0,04% dan P 0,04%.Baja yang tidak mengandung unsur lain selain Si dan Mn disebut baja lunak (mild steel) yang banyak dipakai untuk bahan kostruksi baja karen amempunyai sifat mampu-las dan mampu-bentuk yang baik.Baja kekuatan tinggi adalah baja paduan rendah dengan kekuatan lebih tinggi dari baja lunak, biasanya kekuatan tariknya kira-kira 50-100 kg/mm2.

4. Mampu-bentuk baja yang dirol panasBaja tebal yang dirol panas mempunyai derajat pengerjaan yan gtinggi pada pembengkokannya.Mampu-bentuk sangat menurun oleh adanya kadar O, S dan meningkatnya jumlah perlit. Selanjutnya mampu-bentuk menjadi lebih baik apabila temperatur akhir pada pengerolan terkontrol dan strukturnya adalah butir-butir halus.

PENGGUNAAN BAJA UNTUK KEKUATAN DAN KEULETAN1. Kekerasan baja setelah dicelup dingin dan mampu-kerasKekerasan baja setelah dicelup dingin tergantung pada kadar karbonnya dimana kekerasannya meningkat hampir berbanding lurus dengan kadar karbon sampai 0,6% selanjutnya penigkatan gradien lebih kecil kalau kadar karbon meningkat.Untuk memberikan tingkat keuletan baja, pertama baja dikeraskan dengan mencelup dingin pada pendinginan tertentu yang lebih besar dari pendinginan kritis.Unsur-unsur Mn, Cr, Mo, Ni dan Si memperbaiki mampu keras yang lebih baik dengan kadar yang lebih sedangkan unsur-unsur lain Ti, V, Zr, W, U dengan penambahan yang berlebih menurunkan mampu-keras.

2. Baja paduan untuk kostruksi mekanikSebagai unsur paduan untuk baja paduan yang dipergunakan bagi kosntruksi mekanik adalah N0-Cr, Ni-Mo, Cr-Mo, mn, dan Mn-Cr.Baja paduan mempunyai kelebihan sbb:Mempunyai mampu keras yang baik meskpun berukuran besar dapat dikeraskan sampai ke dalam jadi dengan tenperan dapat diperoleh struktur yang lebih uniform. Disamping itu kekuatan yang lebih tinggi dan keuletan yang lebih baik dapat diperoleh.Tidak perlu pendinginan yang cepat pada pengerasannya, hal ini menyebabkan rendahnya tegangan sisa.Komponen mekanik yang dibuat pada umumnya adalah poros roda gigi, baud, mur, batang torak dsb.

3. Pengerasan kulitBeberapa komponen mesin mempunyai permasalahan bahkan hanya dalam soal keuletan tetapi juga dalam kelelehan yang disebabkan keasaman permukaan tegangan yang bolak-balik seperti pada roda gigi.Untuk mengatasi kerusakan tersebut perlu memberikan kekerasan yang lebih tinggi pada permukaan dengan jalan pengerasan kulit yaitu dengan pengkarbonan, penitridan, pengerasan permukaan dengan arus frekuensi tingi atau dengan nyala api.

4. Kegetasan temperSelama penemperan baja yang telah dikeraskan terjadi pelumatan dan peningkatan keuletan. Pada penemperan disekitar 200-300C kekuatan impak turun dan dengan pendinginan yang perlahan-lahan setelah penemperan sekitar 500C maka kekuatan impak sangat turun.Unsur Mo cukup efektif untuk mengatasi kegetasan temper.

BAJA YANG MEMPUNYAI KEKERASAN TINGGI SEBAGAI SIFAT UTAMA1. Baja PegasBaja pegas adalah baja karbon yang mengandung 0,5-1,0% karbon atau baja karbon renadah yang dicampur dengan Si, Mn, dan Cr sampai 1% selanjutnya dengan Mo dan V sampai 0,25% dan dengan Be yang jarang dilakukan sampai 0,0005%.Baja pegas sebenarnya tidak mempunyai kekerasan yang tinggi sebagai sifat utamanya. Sifat utama adalah modulus elastik dan batas elastik, tetapi bagi baja paduan rendah modulus elastik boleh dikatakan tetap oleh karena itu di dalam industri adalah bagaimana mempergunakan batas elastik agar mendapatkan kekuatan yang dibolehkan lebih tinggi.

2.Baja BantalanBaja dengan kandungan unsur C dan Cr sebesar 1% dipakai sebagai bahan bantalan peluru dan rol tanpa mengubah komposisi kimianya karena baja tersebut mempunyai mampu-keras dan mampu mesin yang baik.Untuk bantalan yang besar dipakai bahan yang mengandung lebih dari 1% Mn atau Cr, atau Mo tetapi komposisi utamanya tetap tidak berubah.Umur baja bantalan tergantung pada keausan fretting jadi inklusi sangat menentukan. Untuk bantalan yang baik dan efisien, pemurnian baja dilakukan di bawah kondisi vakum atau dengan pencairan elektroslag untuk menghindari pencampuaran dengan inklusi.

3. Baja perkakas dinginUmumnya baja perkakas mempunyai kadar karbon yang tinggi untuk perkakas pemotong kayu, pemotong daging, pisau cukur, kikir, baja perkakas paduan rendah dengan unsur paduan Cr, W, V.Adapun tahap-tahap pembuatan baja perkakas dingin sbb:PenempaanPenormalanPelunakanPencelupan dingin

4. Baja perkakas panasBaja perkakas panas adalah bahan yang dipakai untuk proses pengerjaan panas seperti pada pengecoran cetak, ekstrusi, untuk bilah penggunting dan untuk cetakan penempaan panas yang dipakai pada temperatur tinggi.Sifat-sifat yang diperlukan adalah :Mempunyai mampu keras yang baik dan transformasi yang kurang pada waktu perlakuan panas.Tidak mepunyai sifat mengarah dan bersifat homogen.Mempunyai ketahanan tinggi terhadap pelunakan temper.Kuar terhadap kerugian karena fusi, kejutan thermal, kelelahan termal dst.

5. Baja kecepatan tinggiBaja jenis ini mempunyai kekerasan panas dan ketahanan aus yang sangat baik di samping mempunyai sifat-sifat mekanik yang cukup baik dengan demikian baja ini bukan saja dipakai sebagai bahan perkakas pemotong yang umum tetapi juga untuk cetakan, rol, bagian mesin yang harus tahan aus dll.Komponen-komponen baja kecepatan tinggi:C adalah unsur yang penting karena keadaan C rendah akan mengakibatkan pengerasan kedua yang kurang dan bila lebih akan menurunkan titik cair.

Cr adalah unsur untuk memperbaiki mampu keras dan memberikan unjuk kerja pemotongan yang terbaik pada kandungan 3,5-5%.W adalah unsur untuk menghasilkan ketahanan aus dan meningkatkan mampu-keras kedua karena penempaan.Mo adalah unsur yang hampir mempunyai sifat seperti W dan memberikan keuletan yang tinggi.V adalah unsur yang membuat karbida sangat kerasCo adalah unsur untuk memperbaiki kekerasan setelah ditemper, kekerasan panas dan ketahanan baja.

1. Baja MartensitBaja Martensit adalah baja konstruksi yang dikeraskan dan ditemper pada daerah temperatur penemperan yang rendah yang tidak menyebabkan pelunakan temper untuk mendapatkan kekuatan yang sangat tinggi.Kekerasan Martensit ditentukan oleh besarnya kadar karbon, tetapi kalau kadar C terlalu tinggi maka keliatan dan keuletannya menjadi lebih rendah oleh karena itu bagi baja konstruksi kadar karbon biasanya dibuat sekitar 0,3-0,5%.

2. Baja olah AustentitProses dimana struktur martensit didapat dengan pencelupan dingin yang tia-tiba setelah dibiarkan berada sebagai austentit yang metastabil disebut proses olah austentit.Baja yang diolah austentit dipergunakan untuk pesawat terbang, pesawat ruang angkasa, senjata dan komponen-kompoene berputar serta dipergunakan untuk roket, kerangka motor, pelat baja tahan peluru dsb.

3. Baja MaragingBaja yang terutama terdiri dari Fe-18% dengan unsur paduan Mo, Co, Ti, Al, Nb dsb dimana martensit diperkuat oleh senyawa presipitasi senyawa antar logam dari unsur-unsur tersebut dinamakan baja maraging.Baja jenis ini dipergunakan untuk pesawat terbang, pesawat ruang angkasa, tabung bertekanan tinggi, perkakas, konstruksi mekanik dsb.

BAJA TAHAN KARAT1. Pengaruh unsur-unsur paduan pada ketahanan karat dari besiKalau Cr dipadukan pada besi di atas 12-13%, karat yang berwarna merah tidak terbentuk karena oleh adanya oksigen di udara terjadi permukaan yang stabil.Kalau baja mengandung lebih dari 17% Cr maka terbentuk suatu lapisan yang stabil dimana karat pada lasan dari baja akan terbentuk disebabkan presipitasi Cr pada batas butir dan oksidasi Cr dari permukaan sehingga lapisan permukaan menjadi kekurangan Cr yang mengurangi ketahanan karatnya.

2. Pemilihan baja tahan karata. Baja tahan karat martensitKomposisi baja tahan karat martensit adalah 12-13% Cr dan 0,1-0,3% C dimana kadar Cr sebanyak ini adalah batas terendah untuk ketahanan asam karena itu baja ini sukar berkarat di udara tetapi ketahanan karat dalam suatu larutan adalah cukup baik.b. Baja tahan karat feritBaja jenis in adalah baja yang terutama mengandung Cr sekitar 16-18% atau lebih. Sifat yang sangat menguntungkan dari baja ini adalah tanpa kandungan Ni sukar untuk terjadi retakan korosi tegangan. Baja jenis ini yang mengandung lebih dari 18% Cr adalah getas tetapi keuletannya tergantung pada jumlah kadar C dan N.

c. Baja tahan karat austentitKlasifikasi baja jenis ini merupakan suau sistem yang dinyatakan denga nbaja 18% Cr-8% Ni disebut baja tahan karat delapan belas delapan. Baja ini lebih baik ketahanan korosinya, mampu-bentuk dan mampu-lasnya karena itu dipakai pada berbagai macam industri kimia, bahan konstruksi, bangunan kapal, reaktor atom dsb.Kekurangan baja jenis ini adalah sbb:Korosi antar butirKorosi lubang dan krevisRetakan korosi reganganBaja tahan karat berfasa ganda

*