Bab i Pendahuluan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Semakin berkembangnya kebutuhan hidup manusia, menuntut pula

perkembangan akan teknologi. Hal ini memacu para ilmuan untuk melahirkan

maupun mengembangkan teknologi baru yang membantu manusia untuk

memenuhi kebutuhannya.

Begitu pula dengan perkembangan teknologi dibidang mekanik secara

langsung teknologi mekanik (mechanical technology) sangat penting untuk

memenuhi kebutuhan industri dan produksi. Maka dari itu diperlukan rekayasa

dalam bidang mekanik.

Salah satu aspek penting dalam rekayasa mekanik adalah keberadaan

material. Setiap benda tentunya memiliki spesifikasi tersendiri dalam

kebutuhan terhadap sifat (property) dan ciri (characteristic) dari material yang

digunakan. Maka dari itu pemilihan yang tepat daripada material merupakan

keharusan dalam produksi suatu benda. Pemilihan material yang salah akan

berujung pada rendahnya efisiensi, gangguan pemakaian, rendahnya usia

pakai (life time), dan kegagalan (failure).

Karena itu diperlukan adanya pengujian pada material yang akan

digunakan. Secara mekanik, pengujian yang dilakukan dapat menunjukkan

sifat mekanik bahan. Tujuan dari pengujian bahan ini untuk mengetahui sifat

baik dan buruk daripada material. Dengan demikian bisa dihilangkan sifat

buruknya dan hanya menyimpan sifat baiknya saja dengan perlakuan tertentu.

Salah satu perlakuan yang dapat diberikanpada material adalah perlakuan

panas atau heat treatment.

Pada umumnya, perlakuan diberikan pada baja, mengingat baja

merupakan logam yang paling sering dimanfaatkan untuk berbagai komponen

mesin. Karena itu analisis perlakuan panas terhadap sifat-sifat mekanik baja

perlu dilakukan.

Laporan Praktikum Perlakuan Panas dan Permukaan Semester Genap 2010/2011

1.2 Teori Dasar Pengujian Bahan

1.2.1 Sifat Mekanik Logam

Sifat mekanik logam adalah suatu sifat terpenting karena sifat mekanik

logam menyatakan kemampuan suatu logam untuk menerima beban

atau gaya dari luar tanpa mengalami kerusakan pada logam tersebut.

Beberapa sifat-sifat mekanik antara lain:

1. Kekuatan (Strength) [N/mm3, kg/mm2, lb/in2]

Merupakan kemampuan suatu bahan untuk menerima ketegangan

tanpa menyebabkan bahan tersebut patah. Kekuatan ada beberapa

macam tergantung pada jenis beban yang bekerja. Contohnya:

kekuatan tarik,tekan, geser, torsi, dan kekuatan lengkung.

2. Kekerasan (Hardness) [BHN, VHN, HRc]

Kekerasan adalah kemampuan suatu material untuk menerima

penetrasi benda runcing, goresan, kikisan tanpa mengalami

deformasi.

3. Kekenyalan (Elasticity) [%]

Kekenyalan merupakan kemampuan suatu bahan untuk menerima

tegangan atau beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan

bentuk (deformasi).

4. Ketangguhan (Toughness) [kg/mm]

Merupakan kemampuan bahan untuk menyerap energy tanpa

mengakibatkan terjadinya kerusakan.

5. Kekakuan (simpangan)

Kemampuan suatu bahan untuk menerima tegangan atau beban

tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk

6. Kelelahan (Fatigue) [siklus]

Merupakan kecenderungan bahan untuk patah apabila menerima

tegangan berulang-ulang yang besarnya jauh dibawah batas

kekakuan elastisitas.


7. Plastisitas (Plasticity) [%]

Merupakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah

deformasi platis (permanen) tanpa mengakibatkan terjadinya

kerusakan.

8. Creep [siklus]

Menyatakan kecenderungan logam mengalami deformasi platis

yang besarnya merupakan waktu saat menerima beban yang

besarnya tetap.

Factor yang mempengaruhi sifat mekanik:

1. Kadar karbon

Semakin tinggi kadar karbon maka kekerasan akan semakin tinggi

namun akan menjadi rapuh. Pada baja kandungan karbon

maksimum 2%, kandungan karbon juga mempengaruhi keuletan,

ketangguhan, maupun sifat mampu mesin.

2. Homogenitas

Proses heat treatment yang dilakukan akan menghasilkan sifat

mekanik logam yang keras, kuat, durabilitas bertambah tergantung

pada jenis heat treatment yang dilakukan pada logam tersebut.

3. Homogenitas struktur mikro bahan

Bahan dan ukuran butir suatu logam merupakan jenis struktur

mikro logam tersebut apabila memiliki struktur yang homogen,

maka gaya ikat antar atom tinggi dengan kekuatan kekerasan yang

tinggi.

4. Unsur paduan

Unsur paduan baja antara lain:

a. Nikel untuk

- Meningkatkan kekuatan dan kekerasan baja.

- Meningkatkan ketahanan terhadap korosi.

- Meningkatkan keuletan dan tahan gesek.

b. Chromium, untuk

- Menambah kekerasan baja.

- Membentuk karbida.


- Menambah keelastisitasan.

c. Mangan, untuk

- Meningkatkan kekerasan.

- Meningkatkan ketahanan terhadap suhu tinggi.

- Membuat bahan mengkilap.

d. Nikel, untuk

- Meningkatkan kekuatan dan ketangguhan dalam baja

dengan cara mempengaruhi proses tranformasi fasanya.

e. Wolfram, untuk

- Memberikan pengaruh positif terhadap kekuatan tarik,

kekuatan dan kekerasan pada temperatur tinggi serta

meningkatkan batas mulur

Mengenai sifat mekanik ini, dikenal 2 macam pembebanan, yaitu:

1. Pembebanan statik

Yaitu pembebanan yang sifatnya statik atau besarnya tetap atau

berubah-ubah dengan sangat lambat.

2. Pembebanan dinamik

Yaitu pembebanan yang besarnya beban berubah-ubah atau

dinamis.

1.2.2 Macam-macam Perlakuan Panas

Proses pemanasan dan pendinginan yang terkontrol dengan

maksud mengubah sifat fisik dan mekanik dari baja.

Macam-macam perlakuan panas:

a. Perlakuan panas fisik.

1. Annealing

2. Hardening

3. Normalizing

4. Tempering

b. Perlakuan panas secara kimiawi

1. Carburizing


2. Nitriding

3. Cyaniding

4. Sulphating

c. Perlakuan panas dalam bentuk yang berfungsi untuk pengerasan

permukaan:

1. Flame hardening

2. Surface hardening

A. Perlakuan Panas Fisik:

1. Hardening

Perlakuan panas yang bertujuan untuk memperoleh

kekerasan maksimum pada logam baja. Baja tersebut

dipanaskan dan selanjutnya ditahan. Untuk baja eutectoid

dipanaskan sampai (20-30)o C di atas AC3 dan untuk baja

hypoeutectoid dan hyperutectoid dipanaskan sampai (20-30)o c

di atas AC1, kemudian didinginkan cepat di dalam air atau

tergantung pada komposit kimia, bentuk dan dimensinya.

Gambar 1.1 Daerah temperature perlakuan panas

Sumber: http://hafisz.wordpress.com

2. Annealing

Perlakuan panas yang digunakan untuk meningkatkan

keuletan, menghilangkan tegangan dalam, menghaluskan

ukuran butiran dan menigkatkan sifat mampu mesin. Prosesnya


adalah dengan memanaskan material sampai temperature

tertentu, holding beberapa saat, kemudian didinginkan secara

perlahan dalam dapur pemanas. Macam-macam annealing

adalah:

a. Full Annealing

Full annealing adalah salah satu proses anil yang umum

digunakan. Jenis baja yang digunakan pada proses ini

adalah baja hypoeutektoid, eutectoid, baja karbon rendah.

Proses pemanasannya adalah pada temperature sekitar AC3

± (20-30)0C dan AC1 ± (20-30)0C, sedangkan untuk rata-

rata pendinginan dibawah 500-6000C adalah 50-600C/jam

untuk baja karbon dan 20-600C/jam untuk baja

b. Spheroidized annealing

Setiap metode dimana speroid terbentuk disebut anil

spheroidized. Jika produk anil berisi gelembung-

gelembung dari sementit dalam matriks ferit pada mikro

dan itu disebut sebagai sebuah benda yang bulat. Secara

umum mikro ini dibentuk oleh berbagai cara, yaitu:

1. Hardening dan suhu temper

2. Menyelenggarakan produk pada suhu dibawah suhu

A1

3. Konduktivitas thermal sekitar A1

c. Stress relief annealing

Dalam proses ini baja dingin dipanaskan pada suhu sekitar

5250C yaitu tepat dibawah temperature rekristalisasi. Jadi

karena pemanasan ini, tidak ada perubahan dalam struktur

mikrokristal. Tubuh disimpan pada suhu sekitar 2-3 jam

dan kemudian mengalami pendinginan udara karena tidak

ada perubahan struktur mikro proses. Pemanasan ini tidak

memiliki pengaruh yang merugikan terhadap kekerasan

dan kekuatan bahan. Proses annealing mengurangi mikro

deformasi produk selama proses permesinan.


Tipe annealing Proses pada baja Temperatur

Panas oC

Rasio

Pendinginan

Maksud

Full annealing Hypoeutekta

roid ukuran

kecil-sedang

besi tuang

AC3 +20-30

AC1 +20-30

Dibawah 500-

600oC pada rasio:

1) 50-100oC/hr

untuk baja

karbon

2) 20-60oC/hr

untuk baja

paduan

1. Perlembutan

2. Menghilangkan

tegangan sisa

3. Perbaikan

struktur

Processing

annealing

Hypocutectoid Antara AC1

and Ac3

Ditto 1. Perlembutan

2. Menghilangkan

tegangan sisa

Spherodizing Hypoeutektoid AC1 +20-30 Dibawa 500-

600oC pada 20-

30oC/hr

1. Perlembutan

2. Meningkatkan

machinability

3. Meningkatkan

luasan dingin

Isothermal

annealing

Keras untuk baja

paduan

AC3 +20-30

AC1 -20-30

Pendinginan cepat

dibawah AC1 +20-

30, ditahan

ditemperatur

pendinginan udara

Sama seperti full

annealing

Interdifusion

annealing

Baja tuang dan

Ingots

AC3+150-

250

Dengan dapur Menghilangkan

kekerasan struktur

High tempering

flow temperature

annealing

Hypereutektoid

struktur baja

paduan

AC1 -15-30 Dengan dapur

atau diudara

1. Perlembutan

2. Menghilangkan

tegangan sisa

3. Meningkatkan

machinability

Rekristalisasi

annealing

Semua tingkatan

besi mengikuti

kerja dingin

Lihat ke tabel Memperbaiki stuktur

setelah kerja dingin


3. Normalizing

Perlakuan panas yang dilakukan dan digunakan untuk

menghaluskan struktur bahan butiran yang mengalami pemanasan

berlebihan (overheated). Menghilangkan tegangan dalam,

meningkatkan permesinan dan memperbaiki sifat mekanik material.

Prosesnya dengan pemanasan sampai (30⁰-50⁰) celcius diatas AC3 dan

didinginkan pada udara sampai temperatur ruang. Pendinginan disini

lebih cepat daripada full annealing, sehingga pearlite yang terjadi

menjadi lebih halus, sehingga lebih kuat dan keras dibandingkan

dengan yang diperoleh annealing. Normalizing juga menghasilkan

struktur kimia yang lebih homogen sehingga memberi responnya lebih

baik terhadap proses pengerasan (hardening) karena itu, baja yang

akan dikeraskan perlu di normalizing terlebih dahulu. Pada

normalizing hendaknya tidak dilakukan pemanasan terlalu tinggi

karena butiran kristal austenite yang terjadi akan selalu besar sehingga

perbandingan lambat akan diperoleh butir pearlite atau ferrite yang

kasar dan mengakibatkan kekurangan keuletan atau ketangguhan.

4. Tempering

Digunakan untuk mengurangi tegangan dalam, melunakkan bahan

setelah di hardening dan meningkatkan keuletan. Hal ini karena baja

yang dikeraskan dengan pembentukan martensite biasanya sangat

getas sehingga tidak cukup baik untuk berbagai pemakaian.

Pembentukan martensite juga menggunakan tegangan sisa yang sangat

tinggi dan kurang menguntungkan karena itu setelah pergeseran

diikuti tempering. Prosesnya adalah dengan memanaskan baja

berstruktur martensite sampai dibawah suhu kritis, ditahan kemudian

dipanaskan kembali pada temperatur dibawah eutectoid untuk

melunakkan martensite dengan mengubah strukturnya menjadi

partikel besi karbit ferrite


Macam-macam tempering

1. Martempering

Merupakan perbaikan dari prosedur quenching dan

digunakan untuk mengurangi distorsi dan chocking selama

pendinginan

Gambar 1.3 Proses Martempering

Sumber: info.informingdale.edu/depts./met/met205/tempering.html

Gambar 1.4 Proses Austempering



Gambar 1.5 Proses Quenching dan Tempering


Tujuannya adalah meningkatkan ductility ketahanan impact

dan mengurangi distorsi struktur yang dihasilkan bainite.

Austempering adalah proses perlakuan panas yang dikembangkan

langsung dari diagram transformasi isothermal untuk memperoleh

struktur yang seluruhnya bainite. Pendinginan dilakukan dengan

quenching sampai transformasi menjadi bainite selesai.

B. Perlakuan panas kimiawi

1. Carburizing

Suatu proses penjernihan lapisan baja dengan karbon baja yang diikuti

dengan hardening akan mendapat kekerasan permukaan yang sangat

tingi sedang bagian tengahnya tetap lunak. Macam-macam

carburizing:

a. Pack carburizing

Prosesnya material dimasukkan ke dalam kotak yang berisi

kimia aktif padat. Kotak tersebut dipanasi samoai 900-950⁰C


b. Paste carburizing

Medium kimia yang digunakan adalah berbentuk pasta.

Prosesnya yaitu bagian yang dikeraskan ditutup dengan pasta

dengan ketebalan 3-4 mm. Kemudian dikeringkan dan

dipanaskan ke dalam kotak, prosesnya dilakukan pada suhu 920-

930⁰C

c. Gas carburizing

Disini logam dipanaskan ke dalam atmosfer yang mengandung

karbon yaitu gas alam yang mempunyai gas buatan. Benda kerja

dipanaskan 850-900⁰C.

d. Liquid carburizing

Proses carburizing dilakukan pada medium kimia aktif cair,

komposisi medium kimianya antara lain soda abu, NaCl, SiC

dan kadang-kadang dilengkapi dengan NHCl. Suhu pemanasan

antara 850-900⁰C.

2. Nitriding

Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja dengan

nitrogen, yaitu dengan cara melakukan holding dalam waktu yang

agak lama. Pada temperatur 480-650⁰C dalam lingkungan amonia

(NH3). Macam-macam nitriding antara lain:

a. Strength nitriding

Digunakan untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan gesek dan

ketahanan fatigue.

b.Anti corrosion nitriding

Bahan yang digunakan biasanya besi tuang dan baja paduan.

Derajat kelarutan nitrogen yang dapat dicapai adalah 30-50%.

3. Cyaniding

Proses ini merupakan proses penjernihan permukaan baja dengan unur

karbon dan nitrogen bertujuan untuk meningkatkan kekerasan,


ketahanan gesek, dan kelelahan. Bila proses ini dilakukan di udara

disebut carbon 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

4. Sulphating

Perlakuan panas yang digunakan untuk meningkatkan ketahanan

gesek dari bagian-bagian mesin maupun alat-alat tertentu dari bahan

ASS dan jalan penjernihan lapisan permukaan sulfur. Cara pemanasan

pergeseran permukaan yang lain :

a. Flame hardening

Prosesnya dengan pemanasan cepat permukaan baja diatas

temperatur kritisnya dengan gas oksitilen, selanjutnya diikuti

dengan pendinginan.

b. Electrolite Ball Hardening

Pemanasan yang dilakukan dalam suatu larutan elektrolit yang

biasanya digunakan adalah 5-10% sodium carbonat dan

digunakan arus DC, pada tegangan tinggi 200-220V. Prosesnya

yaitu pada baja dipakai sebagai katoda. Sehingga berbentuk

gelembung-gelembung tipis hidrogen karena konduktivitas dari

gelembung hidrogen rendah sehingga arus meningkat cepat pada

katoda akibatnya katoda mengalami pemanasan temperatur yang

sangat tinggi (2000⁰C). Logam yang akan dikeraskan tersebut

dicelupkan ke dalam elektrolit ke dalam bagian yang dikeraskan.

Setelah pemanasan aliran listrik diputus dan elektrolit digunakan

sebagai media quenching.

c. Introduction surface Hardening

Pemanasan yang dilakukan dengan menggunakan arus listrik

frekuensi tinggi, logam yang berbentuk silindris diletakkan pada


indikator ini jadi pemanasan permukaan dipengaruhi oleh

frekuensi dan waktu pemanasan. Pendinginan dilakukan dengan

penyemprotan air setelah proses pemanasan selesai.

Proses perlakuan panas ada 3 tahap uji yaitu :

a. Heating

Proses perlakuan panas pada suhu tertentu dan dalam waktu tertentu

untuk mencapai struktur tertentu.

b. Holding

Proses perlakuan panas dengan suhu yang telah ditetapkan dan dalam

metode tertentu untuk memperoleh sturktur atom yang seragam

c. Cooling

Proses pendinginan yang dilakukan agar struktur atom yang

diinginkan tetap. Proses pendinginan ada 3 macam yaitu : udara,

dapur, dan quenching.

1.2.3 Diagram Fase Fe –Fe3C

Diagram fase adalah diagram yang menggambarkan kandungan

unsur-unsur dalam suatu logam, suhu, dan fase yang terbentuk dalam

logam tersebut. Diagram ini sangat penting karena logam dapat

memiliki beberapa fase dan tiap-tiap fase memiliki struktur mikro

sendiri dengan sifat mekanik, fisik dan kimia yang berbeda-beda.

Kemunculan bermaca-macam fase umumnya terjadi pada padatan

logam (solid metal). Fase-fase terjadi antara lain karena pada suatu

kondisi logam akan membentuk larutan sedangkan pada kondisi lain

logam tidak membentuk larutan. Berikut ini contoh diagram fase.


Gambar 1.6 Perbedaan gambar diagram fase

Sumber: Avner, Introduction to Physical Metallurgy. Mc.Grawhill,

New York. 1974, hal. 207

a. Dua logam yang sama sekali tidak dapat larut dalam padat.

b. Dua logam yang larut sebagian dalam padat.

c. Dua logam yang larut sempruna dalam padat.

Dari gambar di atas terlihat bahwa ketiganya memiliki perbedaan pada

garis mendatar. Pada diagram fase (a) garis melintang di seluruh

bagian, pada (b) garis melintang di sutau bagian saja dan pada (c) tidak

ada garis melintang.

Garis ini dikenal sebagai gari eutektik dan manandai terjadinya lokasi

reaksi eutektik yaitu:

Cair cooling-heating padat 1 + padat 2

Garis lain yang penting pada diagram fase adalah garis solidious

daruliquidos. Garis soldious adalah garis yang membatasi fase padat


sempurna, sedangkan garis liquios adalah garis yang membatasi fase

cair sempurna.

Pada diagram fase Fe-Fe3C terlihat beberapa garis transformasi

seperti yang dijelaskan sebelumnya, yaitu garis eutektik (F), garis

solidious (AECF) dan garis liquidos (ACD). Di samping itu ada

beberapa garis transformasi lain yaitu:

a. Garis AC-1 (K) adalah garis yang menandai reaksi eutectoid yaitu:

Padat 1 cooling-heating padat 2 + padat 3

b. Garis AC-M (GS) adalah garis yang membatasi fase austenit pada

baja hypoeutectoid.

c. Garis AC-M (SE) adalah garis yang membatasi fase austenit pada

baja hyperutectoid.

Dengan diagram fase Fe-Fe3C dapat ditentukan fase titik

tertentu beserta proposinya dengan bantuan hokum pengungkit (Lever

Rule). Selain garis-garis di atas terdapat garis AC2 yag merupakan titik

transformasi, magnetic untuk besi atau ferit.


Gambar 1.7 Diagram Fase Fe-Fe3C

Sumber: Prof. Ir. Tata Surala. Pengetahuan Bahan Teknik 1984. hal 70


Penjelasan diagram fase Fe-Fe3C

A : Titik cair besi

B : Titik pada cairan yang ada hubungannya dengan reaksi

peritektik.

H : Larutan pada S yang ada hubungannya dengan reaksi peritektik,

kelarutan karbon maksimum adalah 0,1%.

J : Titik pertektik, selama pendinginan austenit pada kompisi J, fase

γ terbentuk dari larutan pada δ pada kompisi H dan cairn pada

kompisi B.

N : Titik transformasi besi , titik transformasi A4 dari besi

murni.

C : Titik eutektik, selama pendinginan fase γ ada hubungan dengan

reaksi eutektik. Kelarutan maksimum dari karbon 2,14%. Paduan

besi karbon sampai pada komposisi ini disebut juga baja.

E : Titik yang menyatakan pada fase γ ada hubungan dengan reaksi

eutektik. Kelarutan maksimum dari karobon 2,14%. Paduan besi

karbon sampai komposisi ini disebut baja.

G : Titik transformasi . Titik A3 untuk besi.

P : Titik yang menyatakan ferit, fasa α, ada hubungan dengan reaksi.

S : Titik eutectoid, selama pendinginan ferit pada komposisi P dan

semenit pada komposisi K (sama dengan F) terbentuk simultan

dari austenit pada komposisi S. reaksi eutectoid ini dinamakan

transformasi A1 dan fasa eutectoid ini dinamakan pearlit.

GS : Garis yang menyatakan hubungan antara temperature dan

komposisi, dimana mulai terbentuk ferit dari austenit. Garis ini

disebut garis A3.

ES : Garis menyatakan hubungan antara temperature dan komposisi,

dimana mulai terbentuk sementit dari austenit, dinamakan garis

ACM.

Ao : Ttitik tranformasi magnetic untuk semenit.

A2 : Titik tranformasi magnetic untuk semenit.


Fase-fase yang terjadi pada campuran besi-karbon adalah:

1. Ferrite

Adalah larutan padat karbon yang mempunyai struktur kristal BBC

(Body Centered Cubic). Sifat ferrite:

- Stabil di bawah suhu 810oC

- Tidak dapat dikeraskan karena kandungan karbon sedikit,

kandungan maksimum 0,025%C yaitu pada suhu 723oC.

- Lunak, liat, tahan karat.

- BHN = 60-100

2. Austenite

Adalah larutan padat karbon yang mempunyai struktur FCC (Face

Centered Cubic). Sifat austenite:

- Stabil pada suhu sekitar 1350oC

- Dapat dikeraskan dengan 2%C

- Dapat ditempa dimana tegangan tarik sekitar 5000 Psi.

- Specific volume rendah disbanding mikrostruktur lain.

- Lunak, non magnetic, malleable, tidak ductile.

- BHN: 170-200

3. Martensite

Adalah larutan pada dari karbon dan besi. Terbentuk dari

pendinginan cepat (quenching) dari austenite. System kritasl BCT

(Body Centered Tetragonal), sifat mertensite:

- Stabil di bawah suhu 1500oC

- Keras, rapuh, magnetic

- Kandungan karbon > 92%

- Konduktor panas dan listrik rendah

- BHB: 650-700

4. Cementite

Adalah senyawa besi dan karbon dengan kandungan karbon 6,67%

disebut juga besi carbide, sifat cementite:

- Stabil di bawah 150oC

- BHN : 820


- Rapuh, magnetic.

- Campuran cementite dan austenite disebut ledeburite.

- Campuran cementite dan ferrite disebut pearlite.

5. Ledeburite

Disebut besi eutectoid dengan kandungan karbon 4,3% terjadi di

bawah suhu 723oC. Sifat: rapuh, keras, getas, dengan BHN: 700

6. Pearlite

Adalah baja eutectoide yang tersusun atas 2 fase yaitu ferrite dan

cementite dengan kandungan karbon 0,83%. Sifat : keras, tak tahan

karat, BHN: 160-200.

7. Besi delta

Terjadi pada temperature 1400oC – 1500oC, kandungan karbon

0,1%. Sifat : lunak, dapat ditempa.

8. Troostite

Adalah campuran ferrite dan carbide. Disebut toostite dibentuk

pada pemanasan martensite pada suhu 250oC – 400oC atau

pendinginan lambat dari austenit. Stabil di atas suhu 400oC. Sifat:

magnetic, tidak kuat, ulet, konduktivitas tinggi (lebih tinggi dari

martensite), kekerasan 330-400 BHN.

9. Soribite

Adalah campuran merata antara ferit dan sementit yang terbentuk

pada pemanasan martensite pada suhu 400oC – AC1 atau

pendinginan austenite yang sangat lambat dan stabil hingga suhu

AC1, mempunyai sifat ulet dan kenyal. Sedikit lebih keras dan kuat

dari troosite, kekerasan 270-320 BHN.

Fe3C dibagi menjadi:

C : 0,008% disebut besi murni

C : 0,008-0,83% disebut baja hypoeutectoid.

C : 0,83% - 1,7% disebut baja hypereutectoid.

C : 1,7% disebut baja hypereutectoid.


struktur Definisi Kondisi pembentukan Stabil pada

suhu oC

Ciri-ciri fisik Brinell

hardness

number, HB

Asutenie

Ferrite

Cementite

Pearlite

Martensite

Aercular

trostite

(bainite)

Sorbite

Ledebarite

Larutan padat antara

karbon dan unsur lain

pada besi gamma.

Kandungan karbon

hingga 2%



pada besi alpha.

Kandungan karbon

hingga 0,04%

Kombinasi zat kimia

antara besi dan

karbon. Dari karbida

Fe4C mengandung

6,67% karbon.

Campuran antara

cementif dan ferrite



pada distorsi berkisi.

Campuran yang

tesebar antara ferrite

dan karbida.

Idem

Campuran merata

antara frrite dan

cementite

Campuran auslenite

uomatho yang

mangandung karbon

4,3%

Pemanasan di atas

temperature kritis

Pendinginan lambat

struktrur a istenite

pada baja type

eutetoid di bawah

Pendingin lambat

larutan un r dan padat

Terbentuk pada

kerusakan auslenite

Terbentuk pula

pendinginan yang

sangat constant pada

austenite di atas suhu

kritis

Terbentuk pada

pemanasan marteniste

pada suhu 250-400oC

atau pendinginan

lambat pada austenite

Terbentuk pada

pemanasan martensite

pada suhu 250-

400oC/AC1 atau

pendinginan austenite

yang sangat lambat.

Terbentuk pada

pembukuan pada unit

dengan kandungan

karbon lebih dari 2%

Di atas ACJ,

ACm dan ACl

Di bawah AC3

Di bawah 723

Dibawah 150

Kurang lebih

400

Hingga 500

Hingga AC1

Di bawah 1130

Lunak non magnetic

dapat ditempa, tetapi

kurang ulet. Tahan

listrik tegangan

tinggi.

Lunak sangat mudah

ditempa, magnetic

Keras rapuh. Bersifat

magnetic sampai pada

210oC dan di atas

210oC non-magnetik

Lebih keras dan kuat

dari ferrite tapi lebih

ulet, magnetic.

Rapuh, keras,

kekerasan tergantung

pada kandungan

karbon.

Konduktivitas

magnetik, panas dan

listrik rendah.

Keras, agak ulet,

magnetic

Ulet dan kenyak.

Sedikit lebih keras

dankuat dari troostite

magnetic

Rapuh

170-220

60-100

820

160-210

650-700

Lebih keras

dari trooslite

270-320


Kalau besi murni dalam keadaan lebur didinginkan, mula-

mula pada suhu konstan yaitu 1539oC akan terbentuk kristal-kristal

dengan tata ruang besing δ. Kalau besi yang telah beku ini

didinginkan terus, maka pada suhu konstan yaitu 1400oC akan

terjadi bentuk kristal, besi δ akan berubah menjadi besi γ dengan

struktur ruang KPS. Bila dilanjutkan terjadi perubahan pada

temperature konstan yaitu 910oC. besi γ sekarang berubah menjadi

besi α dengan struktur KPS

Suhu (oC) Bentuk krital Panjang besi Nama besi

153-1590

1390-910

910-768

768 s/d

suhu ruang

BCC

FCC

BCC

BCC

a = 2,93

a = 3,65

a = 2,9

a =2,87

δ

γ

β

α

Gambar 1.8 Pendinginan Besi Murni

Sumber:

http//dighub.linnes.ac.id/95dl/cgi-bm/library/diagrampendingananbesimurni


A. Transformasi pada baja eutectoid (0,80% C)

Transforemasi yamg dibahas berikut ini adalah transformasi

yang terjadi pada kondisi ekuilibrium. Untuk pembahasan ini

digunakan diagram fase seperti pada Gambar x.x

Gambar 1.9 Gambar Transofrmasi Baja Eutectoid

Sumber:

http://img.397.imagescnace.us/img397181/rdmetastabilnissoustavy

towg.png

Baja eutectoid, paduan besi - karbon dengan kadar karbon,

C = 0,80 % adalah paduan dengan komposisi eutectoid. Pada

temperature diatas garis liquidus berupa larutan cair (liquid). Bila

temperature diturunkan secara perlahan, pada saat mencapai garis

liquidus (di titik 1) akan mulai terbentuk inti austenit yang


http://img.397.imagescnace.us/img397181/rdmetastabilnissoustavytowg.png

http://img.397.imagescnace.us/img397181/rdmetastabilnissoustavytowg.png

selanjutnya akan tumbuh menjadi dendrite austenit. Pembekuan

selesai di titik 2 (pada garis solidus). Seluruhnya sudah menjadi

austenit. Pada pendinginan selanjutnya tidak terjadi perubahan

hingga temperature mencapai titik 3, di garis A1, temperature kritis

bawah. Di sini austenit yang mempunyai komposisi eutectoid ini

akan mengalami reaksi eutectoid :

Austenit ferrit + sementit (pearlit)

Terbentuknya perlit ini dimulai dengan terbentuknya inti

sementit (biasanya pada batas butir austenit). Inti ini akan

bertumbuh dengan mengambil sejumlah karbon dari austenit

disekitarnya (sementit, Fe3C, mengandung 6,67 % C sedang

austenit mengandung 0,80 % C). karenanya austenit di sekitar inti

sementit itu akan kehabiasan karbon dan austenit dengan kadar

karbon yang sangat rendah ini pada temperature ini akan menjadi

ferrit (transformasi allotropik). Ferrit ini jugs akan bertumbuh,

yaitu dengan mengambil besi dari austenit disekitarnya, sehingga

austenit disekitar ferrit itu akan kelebihan karbon dan mulai

membentuk cementit di sebelah ferrit yang ada. Demikian

selanjutnya sampai seluruh austenit habis, dan yang terjadi adalah

suatu struktur yang berlapis-lapis (lamellar) yang terdiri dari lamel-

lamel sementit-ferrit-sementit. Struktur ini dinamakan perlit.

B. Transformasi pada baja hypoeutectoid (% C < 0,80%)

Sebagai contoh untuk pembahasan pada baja hypoeutektoid

ini diambil baja dengan 0,25% C. Paduan ini akan mulai membeku

pada titik 1 dengan membentuk inti ferrit delta, yang nanti akan

tumbuh menjadi dendrit ferrit delta. Hingga temperatur mencapai

titik 2 (temperatur peritektik) paduan terdiri dari ferrit delta dan

liquid. Pada titik 2 akan terjadi reaksi peritektik :


Ferrit delta + liquid austenit

Gambar 1.10 Transformasi Baja Eutectoid

Sumber: http//fsttnuni.sk.tiles/image/kn/suboy/diagramfe-

fe3c.jpg

Pada paduan ini tidak semua liquid habis dalam reaksi itu,

sehingga pada temperatur sedikit dibawah titik 2 struktur terdiri

dari liquid dan austenit. Makin rendah temperatur makin banyak

liquid yang menjadi austenit sehingga pada titik 3 seluruhnya sudah

menjadi austenit.

C. Transformasi pada baja hyperetectoid (0,8 < %C < 2,0)

Perhatikan suatu paduan dengan 1,3% C. Paduan mulai

membeku pada titik 1 dengan membentuk austenit dan pembekuan

selesai di titik 2, seluruhnya sudah berupa austenit. Selanjutnya

tidak terjadi perubahan sampai temperatur mencapai garis solvus

Acm. Garis ini merupakan batas kelarutan karbon dalam austenit,

dan batas kelarutan ini makin rendah dengan makin rendahnya

temperatur. Pada titk 3 paduan telah mencapai batas

kemampuannya melarutkan karbon untuk temperatur itu. Pada

temperatur dibawah titik 3 kemampuan melarutkan karbon juga

turun, berarti harus ada karbon yang keluar dari larutan (austenit).


Dan memang dengan pendinginan lebih lanjut akan terjadi

pengeluaran karbon, hanya saja karbon yang keluar ini akan berupa

sementit, dan sementit ini akan mengendap pada batas butir

austenit. Makin rendah temperatur paduan makin banyak sementit

yang mengendap pada batas butir austenit, dan austenit sendiri

akan makin kaya Fe, dan pada temperatur titik 4, komposisi

austenit tepat mencapai komposisi eutectoid. Pada temperatur

eutectoid ini austenit akan mengalami reaksi eutectoid menjadi

perlit.

Sementit yang mengendap pada batas butir austenit tidak

membentuk butiran seperti halnya ferrit (yang terbentuk setelah

melewati garis a1), tetapi hanya mengumpul pada batas butir

austenit, menyelubungi butir asutenit, karena itu sementit seperti

ini dinamakan cementit network. Secara tiga dimensi jaringan

sementit ini sebenarnya merupakan lempengan yang kontinyu dan

membungkus austenit.

Di temperatur eutektoid butir austenit bertransformasi

menjadi perlit sedang sementit sudah tidak lagi mengalami

transformasi, sehingga strukturnya setelah selesainya reaksi

eutektoid akan berupa perlit yang terbungkus oleh jaringan

sementit. Struktur ini tidak akan berubah lagi pada pendinginan

sampai temperatur kamar.

Diagram TTT (Transformasi Isotermal)

Pendinginan non-equlibrium dari baja yang telah

dipanaskan hingga mencapai struktur austenit dapat digambarkan

dalam suatu diagram hubungan antara waktu, temperature, dan

hasil akhir tranformasi austenit atau dikenal dengan diagram TTT.

Diagram ini secara umum dapat memberikan informasi mengenai

permulaan dan akhir dari proses tranformasi akibat pendinginan

waktu kecepatan pendinginan atau jangkauan waktu tertentu,


diagram TTT juga menunjukkan besar prosentase transformasi

yang dicapai dari austenit pada temperature tertentu.

Gambar 1.11 Kurva pendinginan diagram TTT

Sumber : Avner, Introduction to Physical Metallurgi. Mc Graw

Hill, New York 1974. Hal 271

Dari gambar di atas terlihat bahwa di sebelah kiri kurva

tidak terjadi deformasi, asutenit hanya berubah kestabilannya.

Selanjutnya austenit yang sudah tidak stabil tersebut mengalami

dekomposisi secara isothermal. Pada zona A+F+C dan baru

akhirnya berubah struktur menjadi campuran F + C, pendinginan

yang sangat cepat berpotensi terhadap produksi ukuran butir inti

kritis yang tumbuh, di samping meningkatkan austenit (semakin

stabil) yang dapat mendukung terbentuknya fasa baru seperti

martensite.

Ketika austenit didinginkan secara lambat sampai pada

temperature bawah / LCT (Lower Critical Temperature), struktur


yang terbentuk adalah Pearlite. Akibat dari laju pendinginan yang

menigkat, maka temperature transformasi pearlit akan lebih rendah.

Mikrostruktur material berubah secara signifikan akibat

peningkatan laju pendinginan. Melalui sebuah pengujian

pemanasan dan pendinginan kita dapat mencatat transformasi dari

austenit.

Urutan tingkat laju pendinginan dari pendinginan lambat

hingga pendinginan cepat adalah sebagai berikut, pendinginan

dapur, pendinginan udara, oil quenching, liquid salts quenching,

water quenching dan brine quenching. Jika pendinginan ini

digambar diatas TTT diagram, hasil dari struktur akhir dan waktu

yang diperlukan selama transformasi bisa didapatkan.

Gambar 1.11 menunjukkan daerah kiri dari kurva

transformasi menunjukkan daerah austenit. Austenit stabil pada

temperature diatas LCT namun tidak stabil jika berada dibawah

temperature LCT. Kurva sebelah kiri menandai awal transformasi

dan sebelah kanan menandai akhir dari transformasi. Daerah

diantara kurva kiri dan kanan manandai transformasi dari ustenit

menjadi strukur kristal yang berbeda-beda. (trnsformasi austenit

menjadi pearlite, austenit menjadi martensit, austenit menjadi

bainit)

Gambar 1.12 menunjukkan setengah TTT diagram bagian

atas. Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 1.12 ketika austenit

didinginkan pada temperature dibawah LCT, austenit

bertransformasi menjadi struktur kristal lain karena austenit tidak

stabil. Laju pendinginan spesifik bisa dipilih sehingga bisa didapat

trnsformasi austenit 50%, 100% dan sebagainya. Jika laju

pendinginan terlalu lambat, seperti proses annealing, laju

pendinginan melewati seluruh area transformasi dan hasil akhir

dari proses pendinginan ini adalah 100% pearlit. Dengan kata lain,

ketika kita menggunkan laju pendinginan lambat, seluruh austenit

akan berubah/bertransformasi menjadi pearlit. Jika laju


pendinginan melewati bagian tengah dari daerah transformasi, hasil

akhir dari transformasi adalah 50% austenit dan 50 % pearlit,

artinya pada laju pendinginan tertentu kita dapat mempertahankan

austenit tanpa bertransformasi menjadi pearlit.

Gambar 1.12 Potongan diagram TTT bagian atas (daerah

transformasi Austenite-Pearlite)


Gambar 1.13 menunjukkan tipe dari transformasi yang

didapat pada laju pendinginan yang lebih cepat. Jika laju

pendinginan sangat tinggi, kurva pendinginan akan berhenti pada

sebelah kiri dari awal kurva pendinginan. Pada kasus ini seluruh

austenit akan beubah menjadi martensit. Jika pada pendinginan ini

tidak terjadi interupsi maka pada akhir pendinginan akan

didapatkan martensit.


Gambar 1.13 Potongan diagram TTT bagian bawah (Daerah

transforamasi Austenite-Martensite dan Bainite)


Gambar 1.14 laju pendinginan A dan B menunjukkan dua

proses laju pendinginan cepat. Dalam kasus ini kurva A akan

menyebabkan distorsi dan tegangan dalam yang lebih tinggi dari

pada laju pendinginan B. hasil akhir dari kedua pendinginan adalah

martensit. Laju pendinginan B dikenal sebagai Critical Cooling

Rate (CCR), yang ditunjukkan oleh kurva yang menyentuh nose

TTT diagram tepat pada satu titik. CCR didefinisikan sebagai laju

pendinginan paling lambat yang mampu menghasilkan 100%

martensit dengan distorsi dan tegangan dalam paling kecil


Gambar 1.15 Laju pendinginan quenching


Gambar 1.14 menunjukkan proses quenching terinterupsi

(garis horizontal menunjukkan interupsi) dengan cara mencelupkan

material didalam larutan garam (molten salt bath) dan

perenadaman dilakukan pada temperature konstan diikuti dengan

proses pendinginan yang melalui daerah bainit pada TTT diagram.

Hasil akhir strukturnya adalah bainit, yang sifatnya tidak sekeras

martensit. Hasil dari laju pendinginan D adalah dimensi lebih

stabil, distorsi lebih kecil, internal stress lebih kecil.

Gambar 1.15 Quenching terinterupsi



Dari Gambar 1.16 dapat diketahui kurva pendinginan C

menunjukkan proses pendinginan yang lambat, seperti pada

pendinginan dapur. Sebuah contoh pendinginan lambat adalah

proses annealing dimana semua austenit bertransformasi menjadi

pearlit sebagai hasil pendinginan lambat.

Gambar 1.16 Proses pendingina lambat (Annealing)


Terkadang kurva pendinginan menyentuh daerah tengah

dari kurva transformasi yang merupakan daerah Austenit-Pearlit.

Pada Gambar 1.17, kurva pendinginan E menunjukkan laju

pendinginan yang tidak cukup tinggi untuk menghasilkan 100%

martensit. Hal ini dapat diamati dengan mudah dengan melihat

TTT diagram. Oleh karena kurva pendinginan E tidak menyentuh

nose dari diagram transformasi, maka austenit bertransformasi

menjadi 50% (kurva E menyentuh kurva 50%). Karena kurva E

juga melalui zona marensit pada diagram trnsformasi, maka sisa

50% austenit akan berubah/bertransformasi menjadi martensit


Gambar 1.17 Laju pendinginan yang menghasilkan struktur akhir

perlit dan martensit


Gambar 1.18 Macam-Macam Struktur Mikro yang Dihasilkan Pada Laju

Pendinginan Berbeda



Gambar 1.19 CT Diagram

Sumber: www.metalravns.com/selectorsteels/osikrop.html

Diagram CT

Secara teoritis, kurva pendinginan seperti yang teleh dijalaskan di atas

tidak terdapat pada TTT diagram dan berlangsung secara kontinu. Diagram


http://www.metalravns.com/selectorsteels/osikrop.html

TTT hanya menunjukkan hubungan waktu temperature untuk tranformasi

austenit yang terjadi pada temperature konstan. Hubungan pendinginan secara

kontinu terhadap transformasi dapat dilihat menggunakan CT diagram pada

hakekatnya merupakan turunan dari TTT diagram, yaitu dengan menggeser

nose (merupakan titik penting terjadinya CCR) ke bawah.

Terlihat bahwa dengan penggeseran nose ini maka dengan

pendinginan yang raltif lebih lambat dibandingkan dengan TTT diagram

sudaha dapat mencapai martensite.

Penggunaan TTT diagram untuk perbandingan kontinu seringkali

disebabkan oleh kelebihan diagram TTT yang memberikan perkiraan

terhadap klasifikasi, mikrostruktur baja selama pendinginan kontinu, sering

kali heat treatment mengacu pada diagram TTT. Tapi CT diagram lebih

mampu menggambarkan kejadian pendinginan secara kontinu.

Pergeseran Titik Eutectoid

Diagram fase Fe-Fe3C dibuat tanpa unsur paduan. Jika terdapat unsur

paduan maka diagram akan mengalami pergeseran sedangkan pergeseran

yang terjadi pada diagram ini dapat ditentukan dengan bantuan diagram

berikut:

Gambar 1.9 Pengaruh komposisi paduan terhadap suhu dan terhadap

komposisi eutectoid

Sumber : Djaprie, Sriatie. Ilmu dan Teknologi. Erlangga. Jakarta, 1983.

hal 388


Dari diagram di atas terlihat komposisi unsur paduan

mempengaruhi komposisi eutectoid dan suhu pada gambar (b). Unsur

paduan menggeser temperature eutectoid dari 723oC menjadi naik atau

turun tergantung jenis dan besarnya prosesntase komposisi kandungan

karbon eutectoid dari tergantung dari jenis dan besarnya unsur paduan

yang ditambah.

Pergeseran diagram fase dapat dihitung dari pergeseran titik

eutectoid (perpotongan AC3 dan ACm) dengan rumus:

Gambar 1.21: Pergeseran titik eutectoid akibat paduan

Sumber : Materi kuliah perlakuan panas dan permukaan, Dr.Eng.Anindito

Purnowidodo ST,M.Eng,2011

Contoh perhitungan:

Specimen dengan komposisi kimia Cr 12%, Mn 0,3%, Si 0,2%

Pergeseran titik eutectoid

Logam Komposisi Suhu eutectoid %C


Cr 12% 840°C 0,37

Mn 0,3% 720°C 0,76

Si 0,2% 730°C 0,76

= 0,67 %


Bab i Pendahuluan

Documents

Transcript of Bab i Pendahuluan