metalurgi fisik
-
Upload
fajar-siradz -
Category
Documents
-
view
64 -
download
7
Transcript of 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