BAB I PENDAHULUAN A. Dasar-Dasar Konsep Metalografi Metalografi menyatakan struktur dari metal dan memegang peranan penting untuk memahami lebih jauh hubungan antara struktur dan sifat-sifat dari baja. Dengan bantuan peralatan modern seperti SEM (Scanning Electron Microscope), TEM, Mikroskop Optik, Mikroskop Digital dan peralatan pengamatan struktur mikro lainnya, kemungkinan dapat menentukan struktur mikro lebih jauh, hal ini telah dilakukan kira-kira 20 tahun yang lalu. Untuk memahami proses perlakuan panas, diperlukan pengetahuan keseimbangan fasa dan transformasi fasa. Dalam hal ini karena sebagian besar produk yang dihasilkan dunia adalah ferro, maka pada pemahaman disini dimulai dari transformasi fasa dari ferro itu sendiri. 1. Transformasi dan Struktur Kristal dari Besi Pada pemanasan dari besi murni pada temperature ruang akan memperlihatkan dua jenis allotropic yang berbeda. Ketika besi dipanaskan berubah dari satu bentuk fase ke-bentuk fase yang lain selama proses pemanasan dan temperatur konstan terhadap waktu maka disebut dengan panas laten. Apabila suatu sampel besi dipanaskan pada kondisi tunak dengan temperatur terus meningkat, ketika suhu 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB I
PENDAHULUAN
A. Dasar-Dasar Konsep Metalografi
Metalografi menyatakan struktur dari metal dan memegang
peranan penting untuk memahami lebih jauh hubungan antara
struktur dan sifat-sifat dari baja. Dengan bantuan peralatan modern
seperti SEM (Scanning Electron Microscope), TEM, Mikroskop Optik,
Mikroskop Digital dan peralatan pengamatan struktur mikro lainnya,
kemungkinan dapat menentukan struktur mikro lebih jauh, hal ini
telah dilakukan kira-kira 20 tahun yang lalu.
Untuk memahami proses perlakuan panas, diperlukan
pengetahuan keseimbangan fasa dan transformasi fasa. Dalam hal ini
karena sebagian besar produk yang dihasilkan dunia adalah ferro,
maka pada pemahaman disini dimulai dari transformasi fasa dari
ferro itu sendiri.
1. Transformasi dan Struktur Kristal dari Besi
Pada pemanasan dari besi murni pada temperature ruang
akan memperlihatkan dua jenis allotropic yang berbeda. Ketika
besi dipanaskan berubah dari satu bentuk fase ke-bentuk fase
yang lain selama proses pemanasan dan temperatur konstan
terhadap waktu maka disebut dengan panas laten.
Apabila suatu sampel besi dipanaskan pada kondisi tunak
dengan temperatur terus meningkat, ketika suhu tertahan maka
transformasi dimulai, temperatur akan kembali konstan sampai
transformasi lengkap. Begitu juga ketika dilakukan pendinginan
akan mengalami sifat yang hampir sama pada pemanasan.
Dua bentuk allotropic yang terjadi yaitu fase ferrit dan
austenite dan diantara daerahnya stabil. Transformasi pemanasan
dan pendinginan yang dilalui pada besi murni seperti terlihat pada
gambar 1 di bawah ini.
1
Dimana :A = Arreter/delay (Penundaan)C = Chaufer/heating (Pemanasan) r = Refoirder/cooling (Pendinginan)
Gambar 1: Pemanasan dan Pendinginan Besi Murni
Ferrit stabil di bawah temperatur 9110C, pada temperatur
13920C atau titik melting fase yang terbentuk adalah α – iron dan δ
– iron. Austenite ditandai dengan γ – iron stabil antara temperatur
9110C sampai 13920C, besi bersifat ferromagnetic pada temperatur
ruang. Sifat magnetik berkurang dengan meningkatnya
temperatur dan menghilan pada temperatur 7690C pada titik
Curie.
2
Atom-atom dibentuk pada bentuk anguler tiga dimensi yang
disebut dengan struktur kristal. Pada besi digambarkan (gambar 2)
sebagai bentuk kubik yang tertumpuk atom-atom pada sudut sisi-
sisinya, sehingga pada satu kubus terdapat 8 atom pada masing-
masing sudut sisinya yang saling bertumpuk dengan kubus
lainnya, ini disebut dengan unit sel. Ferrit, disamping memiliki
atom-atom pada sudut sisi-sisinya juga memiliki atom lain pada
inter sisi dari diagonal body kubus atau yang disebut dengan Body
Centre Cubic Lattice (BCC). Panjang sisi dari unit sel kubus
tersebut adalah 2,87 Angstrong = 10-10m. Austenite memiliki sel
satuan Face Centre Cubic Lattice (FCC) dengan panjang sisi 3,57
Angstrong yang di-extrapolasi pada temperatur 200C. Struktur dari
unit sel pada α – iron dan δ – iron seperti terlihat pada gambar 3.
Pada γ – iron memiliki unit sel yang lebih panjang dari α – iron
tetapi kandungan atom yang dimiliki mempunyai density yang
lebih besar 8,22 gr/cm3 untuk γ – iron pada 200C dan 7,93 gr/cm3
untuk α – iron.
3
Gambar 2. Struktur Kristal dari Ferit dan Austenit
2. Diagram Keseimbangan Besi Karbon
Paduan yang penting dari baja adalah karbon, hal ini dapat
dijelaskan bahwa material ini memiliki sifat-sifat yang sangat luas
dan yang membuat material ini sering digunakan dan banyak
kegunaannya dalam kehidupan sehari-hari. Pada temperatur ruang
pembekuan dari karbon pada α – iron sangat lambat dan atom-
atom karbon jarang ditemukan diantara atom-atom besi itu sendiri.
Sebagai pengganti karbon dikombinasi dengan besi karbida yang
disebut dengan simentit. Besi karbida mungkin hadir sebagai
lamel-lamel dengan lamel-lamel ferrit yang keduanya membentuk
fase baru yang bernama pearlit.
4
Gambar 3. Diagram Kesetimbangan Besi-Karbon Kurang dari
1,4%C
Pada besi dengan kandungan karbon 0,8% proporsi pearlit
dapat dicapai 100%. Proporsi pearlit pada struktur meningkat
dengan meningkatnya kandungan karbon pada baja sampai 0,8%.
Karbon yang berlebihan jumlahnya akan terbentuk sebagai grain
boundry carbida. Baja yang mengandung 0,8% karbon disebut
juga baja eutectoid. Jika karbon dipadu dengan transformasi dari
besi dengan range temperatur dan kandungan karbon yang
dimiliki dapat dilihat pada gambar 3 dan gambar 5.
Gambar 4. Diagram Kesetimbangan Besi-Karbon
5
Variasi mikrostruktur pada besi karbon dapat dilakukan
dengan cara perlakuan panas. Untuk kelengkapan dari diagram
fase yang memiliki kandungan karbon jauh lebih tinggi sampai 6%
dapat dilihat pada gambar 4. Dimana kita lihat bahwa pada
pembekuan dari besi – karbon yang lebih dari 0,8% fase austenite
lebih banyak terbentuk dibanding ferrit.
B. Klasifikasi Logam
Berdasarkan unsur-unsur yang terdapat dalam logam dan
paduannya, maka logam dapat diklasifikasikan menjadi dua golongan
utama, yaitu:
1. Logam Ferro
Logam Ferro disebut juga Besi Karbon atau Baja Karbon,
dimana unsur dasarnya terdiri dari unsur besi (Fe), dan karbon
(C), tetapi disamping itu masih terdapat unsur-unsur tambahan
lain seperti sulfur (S), mangan (Mn), krom (Cr), pospor (P), dan
lain-lain. Unsur-unsur campuran tersebut juga sangat
mempengaruhi sifat-sifat dan berat jenis logam ferro, sehingga
persentase campurannya harus tepat dan sesuai dengan
kebutuhan.
2. Logam Non Ferro
Logam Non Ferro adalah logam yang tidak mengandung
unsur besi (Fe) dan karbon (C) sebagai unsur dasarnya. Jenis-
jenis dari logam Non Ferro antara lain aluminium (Al),
magnesium (Mg), tembaga (Cu), seng (Zn), nikel (Ni), timah
hitam (Pb), timah putih (Sn) dan logam-logam mulia lainnya.
Baja Karbon
Baja karbon merupakan logam yang terdiri dari unsur
dasar Besi dan Karbon serta unsur-unsur lainnya. Baja
merupakan material yang paling banyak dipakai sebagai bahan
industri karena sangat baik nilai ekonomisnya. Sifat baja sangat
6
variatif dari yang sangat lunak sampai yang paling keras,
tergantung dari banyaknya kandungan karbon yang dimilikinya.
Semakin tinggi kadar karbon maka semakin tinggi kekerasan
baja tersebut.
Pemakaian baja karbon tidak selalu menguntungkan
karena mempunyai banyak kekurangan. Selain memiliki sifat
mampu keras juga memiliki sifat getas.
Baja Karbon Rendah
Baja karbon rendah adalah baja yang mengandung unsur
karbon sangat rendah, antara 0,1% - 0,2% C. Baja karbon
rendah ini memiliki kekerasan yang rendah dengan keuletan
yang tinggi, sehingga baja karbon rendah ini banyak
digunakan untuk membuat baut, paku, kawat, sekrup, pelat
baja dan untuk berbagai keperluan konstruksi.
Baja Karbon Medium
Baja karbon medium mengandung kadar karbon antara 0,2%
- 0,5% C. Baja karbon medium ini sifatnya lebih keras dari
baja karbon rendah, sehingga banyak digunakan untuk
keperluan alat-alat perkakas dan bagian-bagian dari mesin
seperti poros, batang torak, dan lain sebagainya.
Baja Karbon Tinggi
Baja karbon tinggi memiliki kandungan karbon antara 0,5% -
1,7% C. Baja karbon tinggi ini sifatnya sangat keras dan
getas sehingga sering kali harus diperlakukan panas untuk
memperbaiki asifat-sifatnya. Baja ini seringkali digunakan
untuk membuat mata pahat, gergaji, dan perkakas lainnya.
Sifat Mekanik Baja Karbon
Sifat mekanik merupakan sifat dasar yang dapat diubah dan
dipengaruhi dari luar. Pengaruh ini biasanya berupa
pemanasan pada waktu dan temperatur tertentu, sehingga
struktur mikro logam tersebut berubah dan sifat mekanikya
turut berubah karena pemanasan.
7
Sifat mekanik pada logam dapat dikontrol dengan cara
pemanasan atau disebut dengan Heat Treatment. Sifat
mekanik baja antara lain :
1. Kekerasan yang merupakan ketahanan material terhadap
deformasi plastis karena pembebanan setempat pada
permukaan berupa goresan atau penekanan.
2. Kekuatan ditunjukkan dengan ketahanan material
terhadap beban yang dikenakan kepadanya, sehingga terjadi
perubahan bentuk atau ukuran. Bagian dari kekuatan
diantaranya kekuatan tarik, kekuatan luluh dan kekuatan
patah.
3. Keuletan merupakan kemampuan logam untuk
terdeformasi. Bahan yang ulet biasanya mempunyai
penyusutan penampang yang besar sebelum terjadi
perpatahn.
4. Deformasi sehingga patahnya suatu logam berlangsung
dengan cepat tenpa diketahui arah rambatnya.
5. Ketangguhan ialah kemampuan dari suatu logam untuk
mempertahankan bentuknya dengan cara menyerap energi
yang mempengaruhinya sampai terjadi perpatahan.
Beberapa pengujian sifat mekanik ini (dan ini juga berlaku
untuk logam non ferro) ditunjukkan dalam beberapa hal
seperti berikut:
a.Pengujian Tarik
Pengujian tarik mengukur tegangan yang diperlukan
untuk menarik benda uji (logam) sampai putus dan mencatat
perpanjangan benda uji. Tegangan tarik suatu material adalah
tegangan yang diperlukan untuk memutuskan benda uji dalam
tarikan (=tegangan tertinggi yang dapat diberikan sebagai
tahanan/reaksi terhadap suatu beban).
Suatu benda uji yang diketahui luas penampangnya
dicekamkan pada mesin penguji, diberi beban tarik yang
8
meningkat secara teratur. Untuk setiap penambahan gaya,
jumlah perpanjangan dari benda uji diukur dengan
mempergunakan extensometer yang sesuai. Ketika benda uji
mulai mulur dengan cepat, adalah tanda bahwa segera akan
putus.
Pertama-tama perpanjangan sangat kecil sebanding
dengan meningkatnya gaya.
Apabila gaya dihilangkan sebelum A tercapai, benda uji
akan kembali pada panjang semula. Jadi perpanjangan antara
O dan A adalah elestik, dan menurut hokum hooke :
Tegangan ∞ regangan
Dikenal sebagi modulus elestisitas
suatu bahan.
Apabila beban melampui A (batas elastis atau batas
proporsional), hanya dengan sedikit penambahan beban akan
tiba-tiba mulur. Disini disebut Yield Point (Y), apabila sekarang
beban disingkirkan, sedikit perpanjangan akan masih tetap
tinggal.
Perpanjangan yang terjadi setelah A adalah bersifat
plastis. Perubahan plastis yang terjadi pada temperatur biasa
disebut pengerjaan dingin. Pada perubahn plastis, kristal dan
9
Gay
a
Perpanjangan 0 Elastis Plastis seragam Kritis
Gambar 5: Diagram Uji Tarik
Material
Gambar 2: Diagram Gaya-Perpanjangan
B’
M
Y B
A
atom material dalam keadaan posisi material menjadi kuat dan
keras pengerasan.
Pada peningkatan beban selanjutnya, material akan mulur
dengan cepat mula-mula merat dan kemudian pada tempat
tertentu menjadi ‘genting’. Kegentingan ini terjadi setelah
gaya maksimum (M) terlampaui, karena erkurang dengan
cepat pada bagian genting, gaya pada B telah dapat
memutuskan benda uji.
Harga nominal dari tegangan tarik suatu material dihitung
mempergunakan gaya maksimum (M) dan luas penumpang
mula-mula benda uji.
Tegangan tarik =
Tegangan tarik dapat sebagai petunjuk dari sifat-sifat
mekanik suatu material, hal ini bukan terpenting dalam
perencanaan permesinan. Permesinan tidak berhubungan
secara khusus dengan perubahan plastis. Pada struktur atau
konstruksi permesinan, batas elastis (A), lebih berarti. Tidak
mungkin untuk menentukan Yield stress untuk setiap paduan,
dalam hal ini yield stress diganti dengan harga yang dikenal
sebagi proof stress.
0,1% proof stress suatu paduan (Rp. 0,1) adalah tegangan
yang dihasilakn oleh perpanjangan tetap 0,1 panjang benda
uji.
Biasanya dalam penentuan tegangan tarik dan 0,1 proof
ADI6 1273 NA 8.0 90.8 33.5 5.2Keterangan:Nilai dalam tanda kurung pertama adalah mean dari data testNilai dalam tanda kurung kedua adalah standard deviasi