KLASIFIKASI BESI DAN BAJA
Besi dan baja paling banyak dipakai sebgai bahan
industry yang merupakan sumber yang sangat besar, di mana sebagian ditentukan
oleh nilai ekonominya, tetapi yang paling penting karena sifat-sifatnya
bervariasi. Yaitu bahan tersebut mempunyai berbagai sifat dari yang paling
lunak dan mudah dibuat sampai yang paling keras dan tajampun dapat di buat,
atau apa saja dengan bentuk apapun dapat di buat dengan pengecoran. Dari unsure
besi berbagai bentuk struktur logam dapat di buat, itulah sebabnya mengapa besi
dan baja disebut bahan yang kaya dengan sifat-sifat.
1.1
Struktur mikro besi dan baja
1)
Diagram fasa besi-karbon
Gb. 2.1 menunjukkan
diagram keseimbangan besi karbon sebagai dasar dari bahan yang berupa besi
baja. Selain karbon pada besi dan baja terkandung kira-kira 0.25% Si, 0.3 –
1.5% Mn dan unsure pengotor lain seperti P,S, dsb. Karena unsur-unsur ini tidak
memberikan pengaruh utama pada diagram
fasa, maka diagram fasa tersebut dapat di pergunakan tanpa menghiraukan
adanya unsure-unsur tersebut.
Pada paduan besi dan karbon terdapat fasa
karbida yang di sebut sementit dan juga grafit, grafit lebih stabil dari pada
sementit. Pada besi cor kestabilan tersebut merupakan pertanyaan, hal ini akan
dibahas kemudian. Yang akan dibahas disini hanyalah diagram fase Fe-Fe3C
(sementit mempunyai kadar karbon C= 6,67%). Titik-titik penting pada diagram
fase ini adalah :
A: titik cair besi
B: titik pada cairan yang ada kaitannya
dengan reaksi peritektik
H: larutan padat d yang ada
hubungannya dengan reaksi peritektik. Kelarutan karbon maksimum adalah 0.10%
J: titik periktektik
selama pendinginan austenite pada komposisi J, Fasa gamma ( ) terbentuk dari larutan padat d pada komposisi H dan Cairan
pada komposisi B.
N: titik tranformasi dari
besi d ke besi gamma, titik
transformasi A dari besi murni
C: titik eutektik.
Selama pendinginan fase gamma dengan komposisi E dan sementit pada komposisi F
(6.67% C) terbentuk dari cairan pada komposisi C. fasa eutektik ini disebut
ledeburit.
E: titik yang menyatakan
fase gamma, ada hubungannya dengan reaksi autektik. Kelarutan maksimum dari
karbon 2.14% . paduan besi karbon sampai pada komposisi ini disebut baja
G: titik transformasi
besi gamma ke besi α, titik tramformasi A3 untuk besi
P: titik yang
menyatakan ferit, fase α ada hubungan dengan reaksi autektoid. Kelarutan
maksimum dari karbon kira-kira 0.02%
S: titik autektoid.
Selama pendinginan, ferit pada komposis P dan sementit pada posisi K (sama
dengan F) terbentuk simultan dari austenite pada komposisi S.reaksi autektoid
ini dinamakan tranformasi A1, dan fase autektoid ini dinamakan
perlit.
GS: garis yang menyatakan
hubungan antara tempratur dan komposisi, di mana mulai terbentuk ferit dari
austenite. Garis ini disebut garis A3
ES: garis yang menyatakan
hubungan antara tempratur dan komposisi, di mana mulai terbentuk sementit dari
austenite, dinamakan garis Acm.
A2: titik
transformasi magnetic untuk besi atau ferit.
A0: titik
transformasi magnetic untuk sementit.
Baja yang berkadar
karbon sama dengan komposisi eutectoid dinamakan baja eutectoid, yang berkadar
karbon yang kurang dari komposisi eutectoid disebut baja hipoeutektoid, dan
yang berkadar karbon lebih dari komposisi eutectoid di sebut baja
hipereutektoid. Gb 2.2 menunjukkan struktur mikro baja apabila baja didinginkan
perlahan-lahan dari 50-100 deraja celcius diatas garis GS (A3)
dan garis SE (Acm) pada gb. 2.1 pada baja eutectoid tranformasi terjadi oada titi
tetap S, menjadi struktur yang disebut perlit. Pada baja hipoeutektoid
terbentuk fasa ferit mendekati besi murni yang komposisinya sama dengan P dan
perlit, sedangkan pada hiper eutectoid terbentuk perlit dan sementit pada batas
butir.
2) Perubahan struktur pada
perlakuan panas
Besi dan baja
diharapkan mempunyai kekuatan static dan dinamik, ulet,mudah, diolah, tahan
korosi, dan mempunyai sifat elektromagnetik agar dapat dipakai menjadi bahan
untuk konstruksi dan mesin-mesin. Dilihat dari transformasinya ada tiga macam
baja yaitu :
1. Baja dengan titik tranformasi A1, berupa ferit dibawah A1, dan
austenite pada A3 atau diatas A1.
2. Baja dengan titik transformasi A1 dibawah tempratur kamar , berupa
austenite pada tempratur kamar
3.
Baja dengan daerah austenite
yang kecil, berupa ferit sampai temperature tinggi pada daerah komposisi
tertentu.
Baja tergolong
macam 1) berupa ferit pada tempratur kamar (dalam keseimbangan), dapat diproses
menjadi berbagai struktur dengan perlakuan panas. Struktur tersebut di
ikhtisarkan pada tabel 2.1 fasa-fasa tersebut memiliki sifat khas . ferit
mempunyai sel satuan kubus pusat badan atau body
centered cubic (BCC). Menunjukkan titik mulur yang jelas dan menjadi getas
pada tempratur rendah. Austenite mempunyai sel satuan kubuspusat muka atau face centered cubic (fcc) menunjukan
titik mulur yang jelas tanpa kegetasan pada keadaan dingin. Akan tetapi kalau
berupa fasa metastabil bisa berubah menjadi α’ pada tempratur rendah dengan
pengerjaan. Martensit adalah fasa larutan padat lewat jenuh dari karbon dalam
sel satuan tetragonal pusat badan atau body
centered tetragonal (bct). Makin tinggi derajat kelewat jenuhan karbon,
makin besar perbandingan satuan sumbu sel satuabbya dan makin keras serta
making etas martensit tersebut. Bainit mempunyai sifat-sifat antara martensit
dan ferit.
Sesuai dengan keanekaragaman strukturnya, maka
dapat di peroleh berbagai
|
|
Fasa dan
simbol
|
struktur
|
Pengelasan
|
|
k
r
i
s
t
a
l
|
Austenite
Ferit
Bainit
Martensit
|
Fcc
Bcc
Bcc
Bct
|
Paramagnetic
dan stabil pada tempratur tinggi.
Stabil
pada tempratur rendah, kelarutan padat terbatas, dapat berada bersama FE3C (sementit) atau
lainnya.
Austenite
metastabil didinginkan dengan laju pendinginan cepat tertentu terjadi hanya
presipitasi FE3C, unsure paduan lainnya tetap larut.
Fasa
metastabil terbentuk dengan laju pendinginan cepat, semua unsure paduan masih
larut dalam keadaan padat.
|
|
k
e
a
d
a
a
n
|
Perlit
Widmanstaetten
Dendrit
Sorbit
trostit
|
|
Lapisan
ferit dan FE3C.
Gamma
dan alfa dalam orientasi pada persipitasi ferit
Berbentuk
cabang-cabang seperti pohon, struktur ini terbentuk karena segregasi pohon
pada pembekuan
Sorbit
adalah perlit halus dan trostit adalah bainit. Nama ini tidak banyak di
pakai.
|
Catatan : fcc=
face centered cubic
Bcc= body
centered cubic
Bct= body
centered tetragonal
Sifat baja termasuk kekuatan dan keuletan. Faktor-faktor yang
menentukan sifat-sifat mekanik adalah macam fasa, kadar unsure dalam fasa,
banyak fasa, ukuran dan bentuk senyawa. Untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik
yang diinginkan perlu mendapatkan struktur yang cocok dengan komposisi kimia
dan perlakuan panas yang tepat.
1.2
Macam-Macam Baja
1. Baja karbon
Penggunaan
baja karbon banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari untuk kepentingan yang
umum. Standar yang digunakan pada baja karbon dan paduannya adalah:
·
ASTM A 108-03 (steel
bars,carbon and alloy, cold finished)
·
JIS G 4051 :1979 (carbon steels
for machine structural use)
Pembagian
baja carbon adalah sebgai berikut :
·
Low carbon steel (<0 .2="" automobile="" baja="" biasanya="" body="" carbon="" dan="" digunakan="" keuletan="" low="" membutuhkan="" panels="" plate="" product="" span="" tin="" tingi="" untuk="" wire="" yang="">
·
Medium carbon steel (0.2-0.5%
carbon) baja medium carbon biasanya di gunakan dalam kondisi hasil quench dan
tempered dan banyak digunakan sebagai shaft, axle, gear, crankshaft, coupling,
dan forging.
·
High carbon steel (>0.5%
carbon) baja high carbon banyak digunakan pada spring material dan high
strength wire. Selain pembagian berdasarkan persen kadar karbon di atas, masih
terdapat baja karbon dengan kadar mangan yang tinggi (high manganese carbon
steel), yaitu sekitar 1.1-1.4% Mn. Baja jenis ini banyak di gunakan dalam
aplikasi rel kereta api.
2. Baja paduan (Alloy steel)
·
Low alloy steel (<8 adalah="" al.="" alloy="" alloying="" baja="" contoh="" dan="" elemen="" high="" hsla="" ini="" jenis="" low="" menggunakan="" nb="" paduan="" salah="" satu="" span="" strength="" terkenal="" ti="" v="" yang="">
·
High alloy steel (>8%
alloying element) penggunaan baja paduan tinggi biasanya bertujuan untuk
meningkatkan sifat-sifat baja yaitu:
ü Corrosion resistant (austenitic dan duplex)
ü Hest resistant (austenitic)
ü Wear resistant (manganese steel)
3. Baja tahan karat (stainless
steel)
Baja tahan karat
banyak di gunakan pada bagian chemical processing, oil dan gas exploration and
processing equipment, marine anda high chloride environments. Salah satu contoh
standar komposisi stainless stell tipe duplex : ASTM A240, ASME SA-240, dan
SAE J405
1.3
baja karbon rendah bentuk pelat
baja karbon rendah adalah produk utama dalam produksi besi dan baja,
dan pelat tipis di buat melalui berbagai cara sebagai bahan peralatan dapur.
Pelat tebal dipakai untuk jembatan dan konstruksi, sekarang dipakai baja yang
telah diperkuat untuk menghemat, hal ini di jelaskan pada paragraph 1.4. di
bawah ini hanya akan dibicarakan tentang pelat tipis.
1.
Struktur dan mampu bentuk baja
pelat tipis
Penggunaan utama baja pelat tipis yang di
rol 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 titik mulur, kukuatan
tarik, regangan uniform dan regangan setempat yang didapat dari pengujian tarik
biasa, eksponen pengerasan regangan (n) dan perbandingan regangan plastis (r).
makin besar n makin baik mampu bentuknya pada baja pelat di rol dingin umumnya
n= 0.18-0.25.
Pembuatan bejana berbentuk silinder dari
bahan bulat tipis atau blank adalah contoh umum proses pembentukan dengan pres
dari pelat tipis, di mana bahan menerima deformasi tarik pada arah radial oleh
regangan kompresi arah melingkar. Dalam tahun 1950 lankford dkk, mengemukakan
evaluasi mampu bentuk pada deformasi diatas mempergunakan r yaitu perbandingan
reganganantara arah lebarnya w dan
arah tebalnya t di daerah perpanjangan
uniform,
r= w/ t= In (w0/wf)/In
(t0/tf)
untuk
memperbaiki mampu bentuk pres baja pelat rolan dingin hanya perlu
mempertimbangkan bagaimana memperbesar harga r.
Gb. 2.3 menunjukan hubungan antara r dengan
perbandingan penarikan terbatas (D/d) yang maksimum tanpa retak apabila cawan
silindris berdiameter d dibuat dengan penarikan dalam (deep drawing) dari bahan
bulat tipis diameter D. r menyatakan harga rata-rata rhasil pengujian tarik
pada beberapa sudut terhadap arah pengerolan pelat. Hubungan antara r dengan
perbandingan penarikan terbatas merupakan garis lurus, menunjukan mampu bentuk
yang lebih baik pada r besar.
Bahan isotropic mempunyai r=1. Apabila r
bukan 1 berarti bahwa bahan mempunyai sifat anisotropic. Sejak tahun 1958
ketika hubungan antara r dengan tekstur pelat diketahui dan bahwa pelat tipis
diketahi mempunyai r, banyaj studi dilakukan mengenai teknik produksi dengan
memberikan tekstur pada bahan logam. Tekstur tidak dapat diamati pada struktur
mikro tetapi hanya dengan teknik difraksi sinar X. lambat laun jelas bahwa
harga gamma suatu pelat ada, dimana sebanyak mungkin bidang-bisang (1 1 1) besi
α mengarah sejajar bidang rolan, hal ini adalah kenyataan yang diketahui sampai
saat ini. Kalau bidang (1 0 0) yang sejajar dengan bidang rolan bertambah, maka
harga r menjadi kecil. Harga r lebih tinggi untuk baja mati (killed steel).
Dalam hal pengerolan panas dengan waktu sesingkat mungkin dalam daerah
presipitasi AIN (nitride Alumunium) 650-1200 derajat celcius, dirol dingin
dengan reduksi besar 65-80%, kemudian dilunakkan dan terjadi presipitasi
homogeny butir halus AIN, maka mungkin mendapat lebih banyak bidang-bidang (1 1
1) sejajar dengan bidang pelat. Besarnya reduksi pada r maksumum berubah
menurut kadar karbon.
2.
Pemilihan pelat baja tipis
dengan mampu bentuk baik
Ukuran butir memberikan pengaruh jelas pada
harga r. Gb. 2.4 menunjukan suatu contoh hasil pengujian. Makin kecil nomor
ukuran butir makin besar butir Kristal jadi makin tinggi harga r kalau ukuran
butir makin besar. Harga r secara berurutan makin besar, untuk baja rim, baja
mati alumunium dan baja mati titanium. Makin besar ukuran butir makin kecil
kekuatan mulur, jadi bukan hanya harga r saja tetapi juga harga n cenderung
menjadi lebih baij, namun bila ukuran butir menjadi sangat besar, pada
pembentukan terjadipengerasan permukaan, disebut kulit jeruk, maka dari itu
perlu ukuran butir yang cocok.
Pada penarikan dalam pelat baja tipis,
mengahasilkan titik mulur berbentuk pola terentu yang disebut regangan
pembentang (stretcher strain), jadi pelat baja tipis bagi proses penarikan
diolah lebih dulu dengan pengerolan ringan setelah pelunakan, yang disebut
pengerolan temper (temper rolling).
Gambaran skematik keadaan tersebut pada pengujian tarik ditunjukan dalam gb
2.5. keadaan pengerolan temper yang serupa dengan titik A yaitu titik B. kalai
bahan B diuji tarik, terjadi pemuluran pada titik A tanpa menyebabkan
perpanjangan pada titik mulur, jadi tidak perlu khawatir akan terjadinya
regangan. Tetapi kalau bahan tersebut dibiarkan bertahan untuk jangka waktu
yang lama maka terjadi suatu fenomena yang dinamakan pengerasan presipitasi
karena regangan. Dan karena kekuatan mulur A’ meningkat dan juga terjadi
perpanjangan. Hal ini tidak pernah terjadi pada baj yang dimatikan oleh
alumunium dan titanium. Harga r dan n sangat di pengaruhi oleh pengerolan temper
ini.
Maksud dari pengerolan temper ini bukan
hanya untuk meniadakan perpanjangan pada titik mulur tetapi juga untuk
meluruskan bentuk dari lembaran setelah dilunakkan dan mengahluskan permukaan
produk.
Lembaran baja yang tipis yang dapat dibentuk
secara baik meksimum mengandung 0.18% karbon, tetapi karena kadar karbonmembuat
harga r menurun sebaiknya kadar karbong diturnkan sampai kira-kira 0.03% dan
menurunkan ketakmurnian yang menyebabkan inklusi S dan O. sesuai dengan itu
kekuatan tarik dipertahankan sampai paling tinggi 40 kgf/mm². sebagai contoh ,
lembaran bja yang ringan untuk menghemat bahan bakar. Dengan kadar C, Mn dan
sebagainya, yang lebih tinggi dan menambahkan sedikit Cr atau lainnya yang
didinginkan secara cepat dari fasa α+gamma untuk membuat fasa dari α dan
bainit, dan dilunakkan pada 250-400 derajat celcius, jadi baja lembaran tipis
dengan harga n dan r tinggi dan kekuatan yang tinggi kira-kira 60 kgf/mm²
sedang di kembangkan.
1.4
Proses Hardening Pada Baja Karbon Tinggi
Hardening dilakukan untuk memperoleh
sifat tahan aus yang tinggi, kekuatan dan fatigue limit/ strength yang lebih
baik. Kekerasan yang dapat di capai tergantung pada kadar karbon dalam baja dan
kekerasan yang terjadi akan tergantung pada tempratur pemanasan (tempratur
autenitising), holding time dan laju pendinginan yang dilakukan serta seberapa
tebal bagian penampang yang menjadi keras banyak tergantung pada hardenability.
Langkah-langkah proses hardening adalah
sebagai berikut :
1.
Melakukan pemanasan (heating)
untuk baja karbon tinggi 20 derajat- 30 derajat di atas Ac-1 pada diagram
Fe-Fe3C, misalnya pemansan sampai suhu 850°, tujuannya adalah untuk mendapatkan
struktur austenite, yang salah satu sidat austenite adalah tidak stabil pada
suhu di bawah Ac-1, sehingga dapat ditentukan struktur yang di inginkan.
2.
Penahan suhu (holding), holding
time dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari suatu bahan pada
proses hardening dengan menahan pada temperature pengerasan untuk memperoleh
pemanasan yang homogeny sehingga struktur austenitnya homogeny atau terjadi
kelarutan karbida ke dalam austenite dan difusi karbon dan unsure paduannya.
Pedoman untuk menentukan holding time dari berbagai jenis baja:
a.
Baja konstruksi dan baja karbon
dan baja paduan rendah yang mengandung karbida yang mudah larut, diperlukan
holding time yang singkat, 5-15 menit setelah mencapai tempratur pemasannya
dianggap sudah memadai.
b.
Baja konstruksi dari baja
paduan menengah dianjurkan menggunakan holding time 15-25 menit , tidak
tergantung ukuran benda kerja.
c.
Low alloy tool steel memerlukan
holding time yang tepat, agar kekerasan yang diinginkan tercapai. Di anjurkan
0.5 menit permilimeter tebal benda atau 10 sampai 30 menit.
d.
High alloy chrome steel
memerlukan holding time yang paling panjang di antara semua baja perkakas, juga
tergantung pada tempratur pemanasannya. Juga diperlukan kombinasi tempratur dan
holding time yang tepat. Biasanya dianjurkan menggunakan 0.5 menit permilimeter
tebal benda dengan minimum 10 menit, maksimum 1 jam.
e.
Hot work tool steel mengandung
karbida yang sulit larut, baru akan larut pada 10000°C. pada tempratur ini
kemungkinan terjadinya pertumbuhan butir sangat besar, karena itu holding time
harus dibatasi, 15 -30 menit. High speed steel memerlukan tempratur pemanasan yang
sangat tinggi, 1200-13000°C. untuk mencegah terjadinya pertumbuhan butir
holding time diambil hanya beberapa menit saja. Misalkan kita ambil waktu
holding adalah 15 menit pada suhu 850°
3.
Pendinginan. Untuk proses
hardening kita melakukan pendinginan secara cepat dengan menggunakan media air.
Tujuannya adalah untuk mendapatkan struktur martensite, semakin banunsur
karbon, maka struktur martensite yang terbentuk juga akan semakin banyak.
Karena martensite terbentuk dari fase austenite yang didinginkan secara cepat.
Hal ini disebabkan karena atom karbon tidak sempat berdifusi keluar danterjebak
dalam struktur Kristal dan membentuk struktur tetragonal yang ruang kosng antar
aromnya kecil, sehingga kekerannya meningkat. Lihat diagram dibawah ini :
Dari diagram
pendinginan diatas dapat dilihat bahwa dengan pendinginan cepat (kurva 6) akan
menghasilkan struktur martensit karena garis pendinginan lebih cepat dari pada
kurva 7 yang merupakan laju pendinginan kritis (critical cooling rate) yang
nantinya akan tetap terbentuk fase austenite (unstable). Sedangkan pada kurva 6
lebih cepat dari pada kurva 7, sehingga terbentuk struktur martensite yang
kekerasannya berkisar 600 BHN-750BHN, tetapi bersifat rapuh karena tegangan
dalam yang besar.
Jadi dapat
disimpulkan bahwa dengan proses hardening pada baja karbon tinggi akan
meningkatkan kekerasannya.
1.5
Penggunaan Baja Untuk Kekuatan Dan Keuletan
Sebagai
petunjuk pertama dalam pemilihan baja yang akan dipakai untuk bahan konstruksi
ialah kekuatan dan keuletan yang memadai. Satu dari sekian sifat-sifat baja
yang paling penting ialah kekuatan, tetapi karena pada umumnya apabila kekuatan
di tingkatkan, keuletannya menurun, maka kekuatan yang berlebihan menyebabkan
kerusakan karena benturan, dsb. Pada umumnya baja yang telah dikeraskan dan
distemper dipakai untuk keperluan tersebut.
1)
Kekerasan baja setelah dicelup
dingin dan mampu keras
Kekerasan baja setelah dicelup
dingin terutama tergantung pada kadar karbonnya. Gb. 2.12 menunjukkan hubungan
antara kekerasan baja setelah dicelup dingin meningkathampir berbanding lurus
dengan kadar karbon sampai 0.6%
selanjutnya peningkatan gradient lebih kecil kalau kadar karbonnya meningkat.
Telah di ketahui bahwa struktur martensit yang di normalkan lebih keras dari
pada struktur ferit-perlit.
Untuk memberikan kekuatan dan
keuletan pada baja, pertama baja harus dikeraskan dengan mencelup dingin. Lebih
baik mempunyai 100% martensi setelah di celup dingin, tetapi untuk mendapatkan
100% martensit harus didinginkan pada pendinganan tertentu yang lebih besar
dari pendinginan kritis di tengah-tengahnya. Mampu keras adalah sifat yang
menunjukan bahwa baja dikeraskan pada keadaan tertentu, beberapa dalam dari
permukaan yang didinginkan strukturnya menjadi martensit. Mampu keras baja
dapat diperoleh dari diagram tempratur transformasi dan waktu (diagram/TTT) dan
diagram kontinu (diagram CCT) dari pendingian kritisnya, atau dengan pengujian
jominy seperti di tunjukan dalam Gb.2.13 yang dinamakan pengujian celup dingin
ujung, untuk mendapat panjang daerah celup dingin. Makin besar laju pendingan
kritis makin panjang daerah celup dingin pada pengujian jominy, makin baik
mampu kerasnya.
Gb. 2.14 menunjukan pengaruh kadar
karbon pada laju pendinginan kritis. Kalai kadar karbon meningkat, mampu
kerasmenjadi lebih baik dan mencapai tertinggi pada 0.8-0.9% C. baja komersial
mempunyai mampu keras yang lebih baik karena mengandung Si, Mn dan unsure-unsur lainnya.
Gb. 2.15 menunjukan hubungan antara
kadar unsure-unsur paduan dan laju pendinginan kritis kalau berbagai unsure
ditambahkan pada baja 0,3% C. unsure-unsur lain selain Co menurunkan laju
pendinginan kritis dan memperbaiki mapu keras dengan penambahan
sekurang-kurangnya sampai sejumlah tertentu. Usnur-unsur sperti Mn, Cr, Mo, Ni,
Si, dsb. Memperbaiki mampu keras yang lebih baik dengan kadar yang lebih,
sedangkan unsure-unsur lain seperti Ti, V, Zr, W, U, dsb, dengan penambahan
yang berlebihan menurunkan mampu keras. Sedikit Be sangat memperbaiki mampu
keras, tetapi tidak pernah dipakai karena mahal dan bersifat racun. Seperti
telah dikemukakan di atas banyak unsure-unsur memperbaiki mampu keras baja,
tetapi pengaruh dari pengintian dan penurunan laju pertumbuhan ferit
proeutektoid, dsd, masih dalam penelitian, belum dapat di jelaskan bagi setiap
unsure.
Penambahan B sebanyak 0,0005-0,005%
sangat memperbaiki mampu keras. Tetapi masih belum mencapai laju pendinginan
kritis. Dengan penambahan B yang berlebihan menyebabkan presipitasi suatu
senyawa pada batas butir yang mengakibatkan kegetasan, jadi biasanya
dipergunkan kadar 0,001-0,0015%, yang memberikan pengaruh baik pada perbaikan
mampu keras. Selanjutnya dengan kadar karbon yang lebih pengaruh yang lebih
baik dapat diperoleh dan kira-kira 0,8% C hamper tidak ada pengaruh yang bisa
di lihat.
Di samping itu sebagai suatu factor
pada mampu keras adalah ukuran butir austenite. Makin besar ukuran butir
austenite makin baik pengaruhnya terhadap mampu keras, karena transformasi
proeutektoid dan perlit terjadi pada batas butir austenite,sehingga makin
banyak batas butir makin banyak tempat pengintian, jadi tranformasi demikian
mudah terjadi.
Kalau batas butir mengecil maka
transformasi berkurang, hal ini menyebabkan mudah terjadinya tranformasi
martensit.
2)
Baja paduan untuk konstruksi
mekanik
Sebagai
unsure paduan untuk baja paduan yang dipergunakan bagi konstruksi mekanik
adalah Ni-Cr, Ni-Cr-Mo, Cr, Cr-Mo, Mn, dan Mn-Cr.
Baja paduan mempunyai kelebihan
sebagai berikut :
·
Mempunyai mampu keras yang baik
meskipun berukuran besar dapat dikeraskan sampa ke dalam, jadi dengan
penemperan dapat diperoleh struktur yang lebih uniform. Di samping itu kekuatan
yang lebih tinggi dan keuletan yang lebih baik dapat diperoleh.
·
Karena mempunyai mampu keras
yang lebih baik tidak perlu pendinginnan yang cepat pada pengerasannya, hal ini
menyebabkan rendahnya tegangan sisa.
Gb. 2.16 menunjukan
contoh perubahan pada sifat mekanik untuk baja yang ditemper dan dikeraskan.
Kekerasan, kekuatan tarik dan kekuatan mulur menurun kalau tempratur tempering
meningkat dan harga impak meningkat kecuali diantara daerah 200-300°C.
Komponen mekanik
umumnya dibuat adalah : poros roda gigi, baud, mur, batang torak, dsb. Brkat
pengembangan dalam teknik pembuatan, bukan hanya pemesinan tetapi juga
pengerolan dingin, ekstrusi dingin, dan penempaan dingin lain banyak
dipergunakan. Dalam perlakuan panas juga di pakai pemanasan frekwensi tinggi
hanya pada permukaan yang dikeraskan. Ini semua disebabkan oleh permintaan
penurunan biaya produksipenghematan energy dan pengurangan polusi lingkungan.
Baja Ni-Cr-Mo
sangat baik kekuatan dan keuletannya, tetapi Ni mahal, hal ini merupakan suatu
pembatas, usaha dilakukan dalam teknik produksi ini untuk mencoba
menggantikannya dengan baja Cr-Mo atau baja Cr. Untuk maksud yang sama B
dipakai karena pengaruhnya dapat memperbaiki mampu keras dengan penambahan yang
sedikit saja.
3)
Pengerasan kulit
Beberapa
komponen mesin mempunyai permasalahan bukan hanya dalam soal keuletan tetapi
juga dalam kelelehan yang disebabkan keausan permukaan tegangan yang
bolak-balik seperti roda gigi. Untuk mengatasi kesukaran tersebut perlu
memberikan kekerasan yang lebih tinggi pada permukaan. Dengan jalan pengerasan
kulit hal tersebut dapat diatasi, yaitu dengan
pengarbonan,penitridan,pengerasan permukaan dengan arus frekwensi tinggi atau
dengan nyala api dan sebagainya.
A.
Pengarbonan
Reaksi
pengarbonan dapat dijelaskan sebagai berikut :
CO2+C(arang) 2CO
2CO+ CO2+C(larut
dalam baja)
Pada pengarbonan padat dalam kotak,
dipakai arang yang dicampur NaCO3 dan BaCO3, kedalam campuran
tersebut dimasukkan baja yang akan dikeraskan, kotak kemudian ditutup rapat dan
dipanaskan pada 900-950°C. dengan demikian permukaan baja akan mempunyai kadar
karbon lebih tinggi. Karena struktur baja menjadi kasar disebabkan pemanasan
yang lama, setelah pengerasan pertama pada 800-950°C perlu dihaluskan dengan
jalan pengerasan kedua pada 800°C. dan di tempel pada 150-200°C sebelum
dipergunakan.
Sebagai bahan pengarbon, disamping
arang dipakai juga pengarbon cair yaitu garam cair mengandung NaCn sebagai
komponen utama, dan dipakai juga pengarbon ga s dengan gas-gas yang mengandung
karbon yang bersal dari butan, propane dan lainnya. Di campur udara dan dipakai
Ni sebagai katalis. Pada pengarbonan dengan gas dapat mengontrol kadar karbon
pada permukaan benda kerja dan juga benda kerja dapat dicelup dingin langsung
setelah pengarbonan.
B.
Penitridan
Proses ini dimaksudkan untuk membuat
kulit nitride dan permukaan baja dengan jalan menem[atkan baja didalam tungku
yang dialiri gas amoniak dan dipanaskan pada kira-kira 500°C. karena baja telah
dikeraskan dan distemper pada tempratur penemperan, maka struktur di dalam
tidak berubah. Baja untuk keperluan ini mengandung Al, Cr, Te, V, Mn dan Si
yang mempunyai afinitas kuat dengan N.
Baru-baru ini oenitridan ion telah
menjadi perhatian. Tungku yang telah divakumkan diisi dengan gas N2 atau N2+H2 pada tekanan 1-10 torr, tungku
dibuat sebagai anoda dan baja dibuat sebagai katoda, di hubungkan dengan
tegangan beberapa ratus volt, kalau gas telah diionisasikan oleh aliran
electron dan permukaan baja terpanaskan maka terjadilah penitridan secara
simultan.
Penitridan adalah suatu proses yang
sangat baik dimana sukar terjadi transformasi atau perubahan struktur dari
logam induk, yang menghasilkan kulit nitride yang keras dan tahan aus.
C.
Pengerasan frekwensi tinggi dan
pengerasan nyala api
Baja
ditempatkan dalam lilitan, dan lilitan dialiri arus frekwensi tinggi dengan
demikian permukaan baja terpanaskan. Setelah permukaan baja sampai pad
tempratur celup dingin, kemudian baja celup dingin mendapat permukaan yang
keras. Proses ini dinmakan pengerasan frekwensi tinggi.
Pengerasan
dengan nyala api mempergunkan nyala api yang ditimbulkan oleh gas
oksigen-asetilen untuk memansakan permukaan baja.
4)
Kegetasan temper
Selama penemperan baja yang telah
dikeraskan, terjadi pelunkan dan peningkatan keuletan. Pada penemperan
disekitar 200-300°C kekuatan impak turun dan pendiginan yang perlahan-lahan
setelah penemperan sekitar 500°C atau pemanasan yang lama sekitar 500°, maka
kekuatan impak sangat turun. Fenomena pertama disebut kegetasan temper pada
tempratur tinggi. Kegetasan temper pada
tempratur tinggi mempunyai banyak masalah karena menyangkut tempratur
penemperan baja dimana baja memerlukan keuletan tinggi, sedangakan banyak baja
dipergunakan pada tempratur sekitar 500 C. selanjutnya pengunaan baja pada
tempratur sekitar itu pada waktu yang lama akan terjadi fenomena yang sama.
Gb. 2.17 menunjukan kurva perubahan
antara energy yang diabsord dan tempratur baja yang mengandung 2,25% Cr-1%
Mo-0,3% C yang dipanaskan pada 500 C. kegetasan terjadi dalam bentuk kurva
impak transisi bergerak kedaerah tempratur tinggi. Seperti telah diketahui dari
hubungan antara tempratur dan waktu pemanasan untuk meningkatkan tempratur
transisi, suatu kurva berbentuk C dapat dibuat dengan hidungnya pada kira0kira
500°C seperti ditunjukan pada Gb. 2.18. kegetasan temper sangat terlihat pada
martensit yang distemper. Baru-baru ini sebab-sebanya telah dapat dijelaskan
oleh mikroskopi electron Auger bahwa kadar ketidakmurnian seperti P, Sn, As,
dsb, disegregasikan ke batas butir.
Dalam usaha mengendalikan kegetasan
temper telah lama diketahui bahwa Mo cukup efektif untuk mengatasinya, dan
untuk material baja dalam jumlah banyak yang memelukan banyak waktu lama untuk
melalui tempratur sekitar 500°C setelah penemperan, maka dipergunakan baja yang
mengandung Mo kira-kira 0,2-1%, akan tetapi angka tersebut belum dinyatakan
secara jelas. Terutama mereduksi ketakmurnian P yang biasanya terkandung dalam
baja, cara tersebut sangat efektip, jadi teknik pemurnian untuk mengendalikan P
telah dikembangkan sampai beberapa puluh ppm. Sedangkan terjadinya kehadiran P
belum dapat dijelaskan, tetapi telah di ketahui bahwa P merupakan membrane
tipis kira-kira satu lapisan atom dan tersegresikan pada batas butir.
