BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Besi Cor
Besi cor merupakan paduan antara unsur besi yang mengandung carbon (C), silicon ( Si ), mangan ( Mg ), phosphor ( P ) dan sulfur ( S ). Pada besi cor karbon biasanya antara 2%
sampai 6,67 %, sedang pada baja kandungan karbon hanya
mencapai 2%. Semakin tinggi kadar karbon yang ada pada besi cor akan mengakibatkan besi cor rapuh/getas. Selain dari karbon besi cor juga mengandung silicon ( Si ) ( 1 – 1 – 3% 3% ), mangan ( 0,25 – 0,25 – 15% 15% ), dan phosphor ( P ) ( 0,05 – 0,05 – 15% 15% ), selain itu juga terdapat unsur-unsur lain yang ditambahkan untuk mendapatkan sifatsifat tertentu. Selain unsur – unsur – unsur unsur yang ditambahkan dalam besi cor, juga terdapat faktorfaktor penting lainnya yang dapat mempengaruhi sifat – sifat – sifat sifat besi cor tersebut antara lain proses pembekuan, laju pendinginan dan perlakuan panas yang dilakukan. Besi cor mempunyai keuntungan yaitu mampu tuang ( castability ) yang baik, kemudahan proses produksi dan d an rendahnya rend ahnya temperatur ruang, selain itu besi cor juga mempunyai sifat yang sulit dilakukan drawing atau diubah bentuknya pada temperatur kamar, 0
akan tetapi besi cor mempunyai titik lebur yang relative rendah yakni 1150 C – 0
1300 C dan dapat dituang kedalam bentuk – bentuk yang sulit. Hal ini merupakan keuntungan dari besi cor karena untuk mendapatkan bentuk benda yang diinginkan
hanya diperlukan sedikit proses pemanasan. Dan juga besi cor mempunyai kekerasan, keatahanan aus dan ketahanan terhadap korosi yang cukup baik.
2.2. Klasifikasi Besi Cor 2.2.1. Besi Cor Putih
Besi cor putih mempunyai bidang patahan yang putih, karbon disini terikat sebagai karbida yang bersifat keras, sehingga besi cor putih yang mengandung karbida sulit dilakukan pemesinan. Besi cor putih dibuat dengan menuangkan besi cor kedalam cetakan logam atau cetakan pasir dengan pengaturan komposisi. Untuk mengolahnya dapat menggunakan dapur kopula dan tanur udara. Prosesnya dikenal dengan nama dupleks. Dengan cara ini logam dapat dikendalikan dengan baik.
Gambar 2.1.Besi Cor Putih
3
2.2.2. Besi Cor Mampu Tempa
Besi malleable dapat didefinisikan secara mikrostruktur sebagai paduan besi ( ferrus aloy ) yang dikomposisikan dengan karbon temper dalam satu matriks ferit yang mengandung silikon cair. Strukturnya merupakan hasil heat
treatment terhadap coran besi putih. Sifat – sifat besi cor malleable biasanya dihubungkan dengan metalografinya. Penggolongan besi cor malleable berdasarkan pada tingkatan sifat – sifat – sifat sifat mekanis utamanya terletak pada struktur mikro pembentuknya. Ferit, pearlit, karbon temper atau gabungan dari semuanya. Karena mechanical propertis dari besi cor malleable ini didominasi dari struktur mikronya maka mak a kemampuannya k emampuannya relatif tergantung dari kekerasan matrikas penyusunnya tersebut. Untuk besi cor malleable dengan matrik ferit mempunyai keuletan yang maksimum tetapi kekuatan tariknya rendah dibandingkan dengan besi cor malleable dengan matrik matrik pearlit yang yang memiliki nilai kekerasan dan kekuatan tarik tinggi tetapi keuletan lebih rendah dari besi cor fertik. Proses perlakuan panas besi cor malleable mengubah karbida – karbida pearlit dari besi cor putih menjadi ferrit dan karbon temper. Fe3C
Fe3 + C (Graphite)
Secara kimia heat treatment memyebabkan suatu perubahan dari karbon campuran menjadi grafit dan karbon temper. Kandungan karbon campuran umumnya kurang dari 0,15% dari berat total setelah heat treatment.
Gambar 2.2. Besi Cor Malleable
3
2.2.3. Besi Cor Kelabu
Besi cor denagan kadar silikon tinggi ( 2% Si ) dengan membentuk grafit dengan mudah sehingga Fe3C tidak terbentuk. Serpih grafit terbentuk dalam logam sewaktu membeku. Terlihat dalam gambar ini terlihat serpih grafit pada penampang logam yang telah dipolish. Besi cor kelabu sangat rendah angka keuletannya sehingga apabila kita tarik maka akan terbentuk bidang perpatahan karena grafit yang menyerupai mika sangat rapuh. Besi cor kelabu merupakan peredam getaran yang baik atau kapasitas redamnya tinggi. Besi cor dapat mempunyai struktur mikro perlitik, feritik, martensit dan bainitik setelah laku panas yang sesuai.
Gambar 2.3. Struktur Besi Cor Kelabu
3
2.2.4. Besi Cor Nodular
Hasil dari percobaan laboratorium menunjukkan bahwa struktur mikro dari besi cor yang mudah membentuk grafit dapat berubah apabila ditambah sedikit magnesium atau serium pada logam cair. Bentuk grafit yang bulat, speroid ( nodul ) merubah keuletan besi cor kelabu. Besi cor kelabu biasa hampir tidak memiliki keuletan, akan tetapi besi cor nodular memiliki perpanjangan 10 – 20%. Meskipun mengenai perubahan struktur mikro ini sangat rumit, pengaruh praktisnya sangat besar. Besi cor yang telah diolah demikian dapat digunakan sebagai poros engkol dan tidak besifat rapuh. Besi cor nodular seperti besi tuang kelabu dapat mengalami laku panas menjadi perlit, ferit ataupun martensit temper, sehingga dapat membentuk besi cor yang kuat. Besi cor bergrafit bulat ( nodular ) memiliki keunggulan dibanding besi cor yang lain. Besi cor kelabu ( gray iron ) bersifat keras namun getas, besi cor mampu tempa memiliki keuletan tertentu, tahan terhadap gesekan dan mampu tempa yang baik. Sedangkan besi cor nodular memiliki keuletan yang tinggi, machinability yang baik dan juga kekuatan yang baik, ketangguhan, workbality dan hardenability, sehingga menawarkan banyak keuntungan.
Gambar 2.4. Struktur Besi Cor Nodular
3
2.3. Komposisi Kimia Besi Cor
Seperti yang telah dijelaskan diatas, kadar karbon ( C ) didalam besi cor diantara 25 – 6,67 % kadar karbon ( C ) tinggi tersebut dapat menyebabkan besi cor menjadi rapuh atau getas., maka pada pembuatan besi cor tersebut secara komersial dibatasi antara 2,25% samapi 4%, selain itu besi cor juga mengandung silicon 1 % - 3%. Unsur – unsur paduan logam dan non logam ditambah untuk menghasilkan sifat – sifat mekanik sesuai tuntutan desain. Kandungan unsur besi cor dapat dilihat dari tabel sebagai berikut : Table 2.1. Komposisi Kimia Besi Cor
6
Hight Elament
Gray Iron %
White Iron
Strenght Gray Iron %
Nodular Iron %
Karbon
2,5-4,0
1,8-3,6
2,8-3,3
3,0-4,0
Silicon
1,0-3,0
0,5-1,0
1,4-2,0
1,8-2,6
Mangan
0,4-1,0
0,06-0,80
0,5-0,8
0,15-2,6
Sulfur
0,05-0,25
0,06-0,20
0,12
0,03
Phosphor
0,05-1,5
0,06-0,18
0,15
0,02
Seperti yang terlihat dalam tabel diatas bahwa karbon ( C ), silikon ( Si ) akan mempengarihi sifat dan aplikasi dari besi cor termasuk juga dalam proses grafitasi. Hal ini dapat terjadi karena karbon dan silikon akan mempromosikan terbentuknya grafit dalam besi karbida kadarnya ditinggikan. Didalam besi cor karbon bersenyawa dengan besi berbentuk karbida atau berada dalam keadaan bebas sebagai grafit. Grafitasi adalah proses dimana karbon yang terikat dalam besi disebut sementit berubah menjadi karbon bebas. Grafitasi akan semakin mudah terjadi apabila kadar karbon didalam besi cor diatas 2% dan juga disebabkan adanya silikon ( Si ) dan silikon ini dapat menyebabkan simentit kurang stabil sehingga cenderung menjadi grafit.
2.4. Struktur Mikro Besi Cor
Struktur dari besi cor akan mempengaruhi pada sifat – sifat mekanik dan juga sifat fisik dari besi tersebut. Beberapa struktur yang ada dalam besu cor adalah sebagai berikut : 2.4.1. Grafit
Grafit
adalah
kumpulan
karbon
yang
dihasilkan
selama
proses
pembekuan dan pendinginan lambat. Grafit memiliki kekerasan sekitar 1 HB, 2
2
kekuatan tariknya sekitar 2 kgf/mm (N/mm ) dan masa jenisnya kira-kira 2,2 3
Kg/dm . Grafit memberikan pengaruh sangat besar terhadap sifat-sifat mekanik besi cor kelabu.
Grafit dalam besi cor dapat berada dalam keadaan bebas sebagai grafit. grafit ini merupakan suatu bentuk kristal karbon yang lunak dan rapuh. Dalam struktur besi cor jumlahnya dapat mencapai 85 % dari seluruh bentuk kandungan karbon, tetapi kira – kira 6 % - 17 % dari volume total besi sebagai akibat dari berat jenisnya yang rendah. Sifat – sifat mekanik dari besi cor banyak dipengaruhi oleh bentuk, ukuran, disrtibusi dan banyaknya grafit didalamnya. Besi cor bergrafit bulat memiliki keuletan yang lebih baik dibandingkan dengan besi cor bergfarit serpih. Hal ini disebabkan karena sepih grafit akan mengalami pemusatan tegangan pada ujung – ujungnya bila mendapatkan gaya akan bekerja tegak lurus arah serpih. Dalam struktur mikro ada berbagai bentuk dan ukuran dari putongan – potongan grafit yaitu halus dan besar, serpih atau asteroid, bergumpal atau bulat. keadaan potongan – potongan grafit ini memberikan pengaruh yang besar terhadap sifat – sifat mekanik besi cor. Karakteristik grafit didalam besi cor dikelompokan dalam bentuk, distribusi dan ukuran Distribusi Grafit
Bentuk dan distribusi grafit erat kaitannya dengan proses perlakuan peleburan terutama inokulasi yang bertujuan untuk mencegah terjadinya undercooling . Gambar berikut menunjukan beberapa distribusi grafit.
Gambar 2.5. Distribusi Grafit
13
Distribusi grafit A dimiliki oleh besi cor kelabu kelas tinggi dengan matrik
perlit. Distribusi grafit B kecenderungan terjadi pada coran tipis, untuk kandungan
karbon atau silikon relatif rendah. Besi cor yang memerlukan kekuatan tarik 252
30 kgf/mm diperbolehkan memiliki distribusi grafit B sebanyak 20-30%. Distribusi grafit C muncul pada sistem hypereutektik. Pada struktur ini grafit
yang panjang dan lebar numpuk dan dikelilingi oleh serpihan grafit yang mengkristal di daerah eutektik. Struktur demikian begitu lemah mengakibatkan hasil produksi menjadi kurang kuat. Distribusi grafit D terjadi karena potongan-potongan grafit eutektik yang
halus, yang mengkristal diantara dendrit-dendrit kristal mula dari austenit karena pendinginan lanjut (undercooling ) pada pembekuan eutektik. Keadaan
ini umumnya diperbaiki dengan pemberian inokulasi. Distribusi grafit semacam ini kadang-kadang muncul pada besi cor yang teroksidasi. Distribusi grafit E muncul pada kandungan karbon rendah. Kekuatan rendah
karena jarak yang dekat antara potongan-potongan grafit seperti pada distribusi D. Tetapi kadang-kadang kekuatan juga tinggi apabila kandungan karbon rendah dan berkurangnya endapan grafit.
2.4.2. Simentit
Kadar karbon besi cor dapat berkaitan dengan besi membentuk simentit atau Fe3C
yang mengandung 6,67 % karbon. Simentit merupakan senyawa
intersisi yang sangat getas, namun mempunyai kekuatan kompresi yang tinggi. Karbon akan membentuk Fe3C sebanyak kurang lebih 15 kali persen beratnya dalam besi. Dengan demikian besi tuang putih dengan kadar karbon 2,5 % akan mengandung sekitar 3,7 % sementit sehingga akan menjadi sangat keras dan getas. Sementit dalam besi cor bersifat tidak stabil, tetapi dapat distabilkan dengan penambahan paduan tertentu. Sebaliknya bila simemtit diapanaskan misalkan dengan temperatur tinggi, simentit akan terurai. Simentit biasanya dibedakan menjadi dua jenis, yaitu simentit primer dan simentit sekunder. Simentit primer adalah simentit yang terbentuk sesudah pembekuan dari reaksi eutectoid dari larutan pudar ferit atau austenit.
Gambar 2.6. sementit
3
2.4.3. Austenit 0
0
Pada temperatur kira – kira 912 C – 1394 C besi murni akan berubah struktur kristalnya, fase yang terbentuk disebut austenite. Dengan laju pendinginan yang lambat maka austenite akan berubah menjadi pearlit, ferrit atau gabungan keduanya. Austenit dapat dibuat stabil pada temperatur ruang dengan penambahan nikel atau mangan yang akan menurunkan temperature kritis dimana akan terjadi perubahan fase γ ke fasa α.
2.4.4. Ferit dan Perlit
Ferrit adalah larutan pudar besi dengan kadar karbon dalam jumlah yang kecil. Memiliki sifat relative lunak dan kekuatan mekanik yang cukup baik. Ferrit dalam besi cor mengandung silikon dan dapat menaikkan kekerasan dan kekuatan tarik. Ferit dalam besi cor dapat berupa ferrit bebas atau berkaitan dengan simentit membentuk pearlit. Ferrit bebas merupakan komponen yang dominan dalam besi cor mampu tempa dan nodular dengan kekuatan maksimum sedangkan dalam besi cor kelabu ferrit terutama didapat sebagai struktur pearlit. Jika proses pengaktifan yang terjadi kurang sempurna, struktur
besi cor akan terdiri dari grafit dan pearlit atau campuran dari ferrit bebas atau pearlit dalam simentit. Ferit atau larutan padat Fe-alpha pada sistem Fe – C. Kelarutan karbon di dalam ferit sangat kecil max. 0,02% sehingga struktur mikro ini mempunyai 2
kekerasan hanya sekitar 60 HB, mampu tarik sekitarnya 200 N/mm , titik 2
luluhnya 100 N/mm dengan regangan patah 80%. Perlit sebagai lapisan ferit dan sementit dengan komposisi sekitar 88 % ferit dan 12 % sementit. Perlit memiliki kekerasan sekitar 160-180 HB. Dibawah ini adalah gambar struktur mikro besi cor kelabu dengan kandungan ferit 30% dan perlit 100
Gambar 2.7. Pearlit dan Ferrit
13
2.4.5. Bainit
Bainit adalah salah satu produk yang dihasilkan dari hasil transformasi austenite. Srtuktur mikro bainit terjadi pada fase territ dan simentit. Proses
difusi dilibatkan dalam bentuk bainit yang berbentuk jarum atau lapisan yang sangat tergantung pada temperatur transformasi. Struktur halus non – lamellar bainit pada umumnya terdiri dari ferrit dan simentit. Ia mirip keadaan pearlit tapi dengan bentuk ferit yang mempunyai sifat seperti bentuk martensit yang biasanya akaibat pengendapan karbida dari supersaturasi ferrit atau austenite. Pembentukan selama pendinginan berlanjut, kecepatan pendinginan untuk menghasilkan bainit lebih cepat dibandingkan untuk menghasilkan pearlit, tetapi lebih lambat dari bentuk martensit pada baja dengan
paduan yang sama. Bainit secara umum lebih kuat dan lebih ulet
dibandingkan pearlit. 0
0
Temperatur berlebih diatas antara 540 C – 727 C. Untuk perlakauan isotermit temperatur 215 transformasi.
0
C sampai 540
Transformasi
berpengaruh satu terhadap
pearlitik
0
dan
C. Bainit adalah produk hasil bainitik
adalah
sebenarnya
yang lain. Beberapa bagian pada paduan
transformasi pada salah satu bagian pearlit atau bainit. Transformasi untuk kandungan struktur mikro yang lain tidak mungkin tanpa dilakukan pemanasan ulang untuk membentuk austenit.
Gambar 2.8. Struktur dari bainit
4
2.4.6. Martensit
Martensit terbentuk oleh pendinginan cepat austenit dimana atom karbon terperangkan sehingga tidak punya waktu untuk berdifusi dari srtuktur kristal. Martensit terbentuk pada suhu diatas suhu ruang, atau dibawah tempetatur uetektiod dimana struktur austenit menjadi tidak stabil. Martensit mempunyai struktur kristal yang sama dengan austenit dengan komposisi yang hampir sama. Martensit sebagai fasa metastabil yang mengandung larutan padat dalam struktur. Tidak mengubah bentuk diagram besi – karbida. Pada suhu dibawah euktektoid setelah waktu tertentu, larutan lewat jenuh karbon dalam besi terus berubah sehingga membentuk ferrit dan karbida yang lebih stabil.
Gambar 2.9. Srtruktur martensit
3
2.5. Pengaruh Kandungan Kimia Besi Cor 2.5.1. Pengaruh tembaga
Tembaga adalah logam yang berwarna kemerahan dengan berat jenis 3
8,65 gr/cm yang mempunyai titik lebur 1070
0
0
C – 1193 C dan memiliki
2
kekuatan tarik 200 – 400 N/mm . Tembaga sering digunakan dalam industri karena memiliki sifat – sifat yang menguntungkan antara lain adalah mempunyia sifat penghantar panas yang baik, memiliki keuletan yang tinggi (mudah dibentuk), serta memiliki ketahanan korosi yang baik. Penambahan tembaga sebagai unsur paduan pada besi cor biasanya berkisar antara 0,3 % sampai 1,5%. Tembaga juga berfungsi sebagai penstabil grafit pada besi cor. Tembaga secara khusus bernilai untuk mengurangi sensitivitas bagian, seperti menghasilkan besi kuat dan padat pada pusat bagian tebal tanpa meningkatkan kemungkinan chill pada bagian yang tipis. Tembaga juga dapat meningkatkan kedalaman herdenbility dengan meningkatkan kedalaman pengerasan untuk suatu kecepatan quench sebagai hasil efeknya terhadap laju
transformasi pada titik perubahan austenit dan ferit. Tembaga mampu menaikkan kekerasan dasar dengan pembentukan larutan padat yang lebih keras dari pada besi tanpa paduan, dengan menjaga kestabilan pearlit dan memperhalus ukuran perlit. Tembaga tidak membentuk karbida bebas dimana efeknya terhadap ketahanan aus tidak beda jauh dengan efeknya dalam menekan pembentukan ferrit bebas, resiko untuk pembentukan besi dengan karbida dengan mechinability rendah dapat dikurangi. Penambahan tembaga tidak meningkatkan kedalaman kekerasan karena pada penambahan kecepatan atau quench faktor utama yang mempengaruhi kekerasan adalah kulit logam diatas temperatur kritis dan waktu dimana lapisan ini tetap pada temperatur sebelum quenching. Tembaga mempunyai batas kelarutan pada besi cor 3,0 % 3,5 % yang dapat dideteksi secara mikroskopik sebagai unsur terpisah yang mengandung 96% dan 4 % besi. Tembaga menurunkan kandungan karbon dari besi karbon eutektik sekitar 0,075 % tiap 1 % tembaga. Tembaga menurunkan 0
temperatur pembekuan dari besi cor sekitar 2 C tiap 1 % tambahan. Sedangkan nilai pengrafitan tembaga sekitar 0,2% - 0,35% dari silikon. Dalam jumlah yang banyak tembaga digunakan untuk membentuk perlit bila ditambah paduan. Efek yang ditimbulkan tembaga relatif lebih lemah dibanding dengan paduan nikel karena keterbatasan larut tembaga dalam austenit yang hanya sekitar 2,5% atau bahkan lebih rendah lagi. Keterbatasan ini menujukkan bahwa tembaga tidak dapat melengkapi paduan dalam nikel untuk jenis besi Cor Ni keras. Saat penambahan pada chilled iron tampa
kromium, tembaga mendekati nilai transisi dari besi cor putih kebesi cor kelabu. Tembaga lebih efektif untuk menahan perlit, saat digunakan didalam hubungan antara 0,5 % - 2 % kandungan Mo. Kekerasan yang dihasilkan dari paduan ini akan menghasilkan penahanan yang baik. Dimana indikasi ini tampak baik dan memberi efek yang sinergi saat tembaga ditambahkan pada besi cor. Tembaga dapat juga digunakan antara 3 hingga 10 % merupakan jumlah yang sama pada high nikel graiy dan juga ductile iron. Digunakan pada bahan yang tahan korosi dan temperatur tinggi. Disini tembaga dapat meningkatkan ketahanan korosi yang utama tahan terhadap oksidasi atau kerak air.
2.5.2. Pengaruh Karbon
Kadar karbon tergantung jadi jenis besi kasar, besi bekas dan karbon yang deserap yan berasal dari kokos selama peleburan. Didalam besi cor karbon bersenyawa dengan besi membentuk karbida besi atau dalam keadaan bebas sebagai grafit. Grafitisasi adalah proses dimana karbon yang terikat dalam besi yang disebut sementit berubah menjadi karbon bebas. Garfitasi akan mudah terjadi apabila kadar karbon dalam besi cor lebih dari 2 %. Pembentukan grafit juga tergantung pada laju pendinginan dan kadar silikon. Karbon sebagai unsur paling penting mempunyai pengaruh sangat besar terhadap sifat mekanik, seperti: kekuatan tarik, regangan patah, kekerasan, dll.
Jumlah karbon di dalam besi cor kelabu sekitar 2-3,7 %, dia menempatkan diri pada dua kondisi, yaitu membentuk senyawa kimia Fe3C yang dikenal dengan sementit, dan dalam keadaan bebas yang dikenal dengan grafit. Untuk meningkatkan nilai karbon pada besi cor dapat dilakukan dengan cara pack carbirizing yaitu pemanasan besi cor pada suhu tertentu dengan karbon sebagai zat penambahnya.
2.5.3. Pengaruh Silikon
Silikon memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap perubahan sifat mekanik. Karbon dan silikon mempunyai fungsi yang mirip, kedua-duanya mendorong pembentukan grafit sehingga kandungan kedua unsur ditentukan berdasarkan
harga
tingkat
kejenuhan
karbon
(sattigungsgrad ). Silikon
ditambahkan sekitar 1,4 - 2,3% untuk menggalakkan pembentukan grafit. Silikon didalam besi menempatkan diri didalam ferit. Kadar silikon yang tinggi memungkinkan pembentukan grafit, dimana grafit meningkatkan kemampuan pemesinan. Karbon efikalen merupaka penambahan silikon dan karbon dalam besi cor kelabu. Kadar silikon menentukan beberapa bagian karbon terikat dengan besi dan beberapa bagian terbentuk karbon bebas setelah tercapai keadaan seimbang. Kelebihan silikon adalah membentuk ikatan yang keras dengan besi sehingga dapat dikatakan diatas 3,25 % meningkatkan kekerasan. Untuk benda cor yang besar menggunakan kedar kekerasan. Untuk besi cor yang besar menggunakan kadar
silikon yang rendah. Untuk memperoleh paduan yang tahan terhadap korosi dan zat asam sebaiknya menggunakan silikon dengan kadar 13 % sampai 17 %.
2.5.4. Pengaruh Fosfor
Phospor di dalam besi cor kelabu hingga 0,3% akan membentuk senyawa Fe3P dan mampu alir menjadi lebih tinggi karena suhu eutektik turun hingga o
956 C. Phospor diperlukan untuk pembuatan benda cor tipis, namun pemberian terlalu banyak bisa mengakibatkan timbulnya lubang-lubang kecil pada permukaan maka kandungan phospor dibatasi antara 0,2-2,0%. Fosfor mencegah pembentukan grafit kalau kandungannya lebih dari 1 %. Struktur ini tidak menjadi halus meskipun dibawah pendinginan cepat. Penambahan
kandungan
fosfor
mengurangi
kelarutan
karbon
dan
memperbanyak sementit pada kandungan karbon yang tetap, sehingga struktur menjadi keras dan sementit sukar terurai. Fosfor sulit beroksidasi serta dapat membentuk ikatan yang dikenal dengan nama steadit yaitu campuran besi dengan fosfida yang mempunyai sifat keras, rapuh dan mempunyai titik cair yang lebih rendah.
2.5.5. Pengaruh Belerang
Belerang mengurangi kelarutan karbon dalam besi cor, dan meningkatkan penggrafitan. Tetapi kenyataannya penambahan belerang akan mengurangi grafit dan cenderung membentuk besi cor putih. Kecuali dalam kasus adanya
mangan, belerang cenderung membentuk sulfide dan menggalakkan besi cor putih yang kadang – kadang menyebabkan bintik – bintik keras.
2.5.6. Pengaruh Mangan
Mangan dibutuhkan untuk merangsang pembentukan struktur perlit, juga diperlukan untuk mengikat sulfur membentuk senyawa MnS. Jumlah sekitar 0,5-0,7%.
2.5.7. Pengaruh Unsur lain
Sebagai tambahan unsur – unsur yang disebut diatas unsur yang meninggikan penggrafitan adalah tembaga, nikel, aluminium, dan unsur – unsur yang mencegah adalah crom, molybdenum dan lain – lain.
2.6. Diagram Fasa
Telah diketahui bahwa banyak macam ataupun struktur yang mungkin terjadi pada satu paduan. Karena sifat suatu bahan banyak tergantung pada jenis, jumlah banyaknya dan bentuk dari fasa yang terjadi maka sifat akan berubah hal – hal diatas berubah. Karna itu perlu diketahui dari suatu paduan pada kondisi bagai mana suatu fasa dapat terjadi dan pada kondisi bagaimana suatu fasa dapat terjadi dan pada kondisi yang bagaimana fasa dapat berubah.
Sejumlah data mengenai perubahan fasa dari berbagai sistem paduan telah dikumpulkan dan dicatat dalam bentuk diagram atau yang dikena dengan diagram fasa, juga disebut dengan diagram keseimbangan atau diagram equilibrium.
2.6.1. Diagram Kesetimbangan Fase Besi – Baja
Diagram fasa merupakan diagram untuk perlakuan panas bagi logam, dan diagram fasa besi – karbon diberlakukan untuk baja. Memahami diagram fasa menjadi sebuah tuntutan karena terdapatnya hubungan struktur mikro dengan sifat – sifat mekanis suatu material, yang semuanya berhubungan dengan karakteristik diagram fasanya. Diagram fasa juga memberikan informasi penting tentang titik lelah, titik kristalisasi, dan fenomena lainnya.
Gambar 2.10. Diagram kesetimbangan Fe – C
10
Dari diagram fasa yang dituntujukkan pada gambar 2.10 terlihat bahwa suhu sekitar 723°C merupakan suhu transformasi austenit menjadi fasa perlit (yang merupakan gabungan fasa ferit dan sementit). Transformasi fasa ini dikenal sebagai reaksi eutectoid dan merupakan dasar proses perlakuan panas dari baja. Sedangkan daerah fasa yang prosentase larutan karbon higga 2 % yang terjadi di temperatur 1.147°C merupakan daerah besi gamma (γ) atau disebut austenit. Pada kondisi ini biasanya austenit bersifat stabil, lunak, ulet,
mudah dibentuk, tidak ferro magnetis dan memiliki struktur kristal Face Centered Cubic (FCC). Besi murni pada suhu dibawah 910°C mempunyai struktur kristal Body Centered Cubic (BCC). Besi BCC dapat melarutkan karbon dalam jumlah sangat rendah, yaitu sekitar 0,02 % maksimum pada suhu 723°C. Larutan pada intensitas dari karbon didalam besi ini disebut juga besi alpha (α) atau fasa ferit. Pada suhu diantara 910°C sampai 1.390°C, atom-atom besi menyusun diri menjadi bentuk kristal Face Centred Cubic (FCC) yang juga disebut besi gamma (γ) atau fasa austenit. Besi gamma ini dapat melarutkan karbon dalam jumlah besar yaitu sekitar 2,06 % maksimum pada suhu sekitar 1.147°C. Penambahan karbon ke dalam besi FCC ditransformasikan kedalam struktur BCC dari 910°C menjadi 723°C pada kadar karbon sekitar 0,8 %. Diantara temperatur 1.390°C dan suhu cair 1.534°C, besi gamma berubah menjadi susunan BCC yang disebut besi delta (δ). Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan didalam diagram Fe – Fe 3C yaitu, perubahan fasa ferit atau besi alpha (α), austenit atau besi gamma (γ), sementit atau karbida besi, perlit dan sementit akan diuraikan dibawah ini :
1. Ferrite atau besi alpha (α) Merupakan modifikasi struktur besi murni pada suhu ruang, dimana ferit menjadi lunak dan ulet karena ferit memiliki struktur BCC, maka ruang antara atom-atomnya adalah kecil dan padat sehingga atom karbon yang dapat tertampung hanya sedikit sekali.
Gambar 2.11. Struktur Kristal BCC
5
2. Austenit atau besi gamma (γ) Merupkan modifikasi dari besi murni dengan struktur FCC yang memiliki jarak atom lebih besar dibandingkan dengan ferit. Meski demikian ronggarongga pada struktur FCC hampir tidak dapat menampung atom karbon dan penyisipan atom karbon akan mengakibatkan tegangan dalam struktur sehingga tidak semua rongga dapat terisi, dengan kata lain daya larutnya jadi terbatas.
Gambar 2.12. Struktur Kristal FCC
5
3. Karbida Besi atau Sementit Adalah paduan Besi karbon, dimana pada kondisi ini karbon melebihi batas larutan sehingga membentuk fasa kedua atau karbida besi yang memiliki komposisi Fe3C. Hal ini tidak berarti bila karbida besi membentuk molekul Fe3C, akan tetapi kisi kristal yang membentuk atom besi dan karbon mempunyai perbandingan 3 : 1. Karbida pada ferit akan meningkatkan kekerasan pada baja sifat dasar sementit adalah sangat keras.
Gambar 2.13. Struktur Kristal BCT
5
4. Perlit Merupakan campuran khusus yang terjadi atas dua fasa yang terbentuk austenisasi, dengan komposisi eutektoid bertransformasi menjadi ferit dan karbida. Ini dikarenakan ferit dan karbida terbentuk secara bersamaan dan keluarnya saling bercampur. Apabila laju pendinginan dilakukan secara perlahan-lahan maka atom karbon dapat berdifusi lebih lama dan dapat menempuh jarak lebih jauh, sehingga di peroleh bentuk perlit besar. Dan apabila laju pendinginan lebih di percepat lagi maka difusi akan terbatas pada jarak yang dekat sehingga akhirnya menghasilkan lapisan tipis lebih banyak. 5. Martensit Adalah suatu fasa yang terjadi karena pendinginan yang sangat cepat sekali, dan terjadi pada suhu dibawah eutektoid tetapi masih diatas suhu kamar. Karena struktur austenit FCC tidak stabil maka akan berubah menjadi
struktur BCT secara serentak. Pada reaksi ini tidak terjadi difusi tetapi terjadi pengerasan (dislokasi). Semua atom bergerak serentak dan perubahan ini langsung dengan sangat cepat dimana semua atom yang tinggal tetap berada pada larutan padat karena terperangkap dalam kisi sehingga sukar menjadi slip, maka martensit akan menjadi kuat dan keras tetapi sifat getas dan rapuh menjadi tinggi. Martensit dapat terjadi bila austenit didinginkan dengan cepat sekali (dicelup) hingga temperatur dibawah pembentukkan bainit. Martensit terbentuk karena transformasi tanpa difusi sehingga atomatom karbon seluruhnya terperangkap dalam larutan super jenuh. Keadaan ini yang menimbulkan distorsi pada struktur kristal martensit dan membentuk BCT. Tingkat distorsi yang terjadi sangat tergantung pada kadar karbon. Karena itu martensit merupakan fasa yang sangat keras namun getas.
2.6.2.
Diagram TTT dan CCT
Untuk menentukan laju reaksi perubahan fasa yang terjadi dapat diperoleh dari diagram TTT (Time Temperature Transformation). Diagram TTT untuk besi cor kelabu di tunjukkan oleh gambar 2.14
Gambar 2.14. diagram TTT untuk besi cor kelabu
11
Dari gambar diatas menunjukkan bentuk hidung (nose) sebagai batasan waktu minimum dimana sebelum waktu tersebut bertransformasi austenit ke perlit tidak akan terjadi. Posisi hidung dari diagram TTT dapat bergeser menurut kadar karbon. Posisi hidung bergeser makin kekanan yang berarti baja karbon itu makin mudah untuk membentuk bainit/martensit atau makin mudah untuk dikeraskan. Sedangkan Ms merupakan temperatur awal mulai terbentuknya fasa martensit dan Mf merupakan temperatur akhir dimana martensit masih bisa terbentuk . Untuk mendapatkan hubungan antara kecepatan pendinginan dan struktur mikro (fasa) yang terbentuk biasanya dilakukan dengan menggabungkan diagram kecepetan pendinginan kedalam diagram TTT yang dikenal dengan diagram CCT (Continous Cooling Transformation).
1
Gambar 2.15. Diagram CCT (Continous Cooling Tr ansfor mation)
Pada contoh gambar diagram diatas menjelaskan bahwa bila kecepatan pendinginan naik berarti bahwa waktu pendinginan dari suhu austenit turun, struktur akhir yang terjadi berubah dari campuran ferit – perlit ke campuran ferit – perlit – bainit – martensit, ferit – bainit – martensit, kemudian bainit – martensit dan akhirnya pada kecepatan yang tinggi sekali struktur yang terjadi adalah martensit.
Gambar 2.16. Kurva Pendinginan pada Diagram TTT (Ti me Temperatu re Tr ansfor mation )
1
Dari diagram pendinginan diatas dapat dilihat bahwa dengan pendinginan cepat (kurva 6) akan menghasilkan struktur martensite karena garis pendinginan lebih cepat daripada kurva 7 yang merupakan laju pendinginan kritis (critical cooling rate) yang nantinya akan tetap terbentuk fase austenite (unstable). Sedangkan pada kurva 6 lebih cepat daripada kurva 7, sehingga terbentuk struktur martensite yang keras , tetapi bersifat rapuh karena tegangan dalam yang besar.
2.7. Batas Butir
Besar butir dapat dikendalikan melalui komposisi pada waktu proses pembuatan akan tetapi setelah besi jadi, pengendalian dilakukan melalui perlakuan panas. Jika logam dipanaskan sampai temperatur sekitar 723°C, tidak akan terjadi perubahan fasa maupun perubahan pada ukuran butiran. Diatas garis A1 akan terjadi proses rekristalisasi atau terbentuknya butiran baru. Butiran baru tersebut terbentuk karena transformasi fasa membentuk fasa baru yaitu fasa austenit. Pada saat garis A3 proses rekristalisasi berhenti, hasil akhirnya adalah fasa austenit dan fasa ferit dengan ukuran butiran yang minimum, lihat gambar 2.17. Jika pemanasan diteruskan diatas garis A3 maka akan terjadi pertumbuhan butiran, ukuran butiran austenit ini akan menentukan besar butiran setelah pendinginan.
Gambar 2.17. Skema perubahan struktur mikro
2
2.8. Toeri Dasar Pengujian 3.7.1.
Heat treatment
Heat Treatment adalah perlakuan panas kepada material/logam untuk memperoleh sifat-sifat yang diinginkan, dengan jalan memanaskan sampai temperatur
tertentu,
untuk
kemudian
dilakukan
pendinginan
ataupun
penambahan unsur tertentu, sehingga diperoleh bentuk struktur mikro, kekerasan / sifat yang diinginkan. Melalui perlakuan panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butir diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang keras disekeliling inti yan g ulet. Maksud perlakuan panas tersebut secara garis besar men yangkut: 1. Meningkatkan kekerasan dan keuletan. 2. Menghilangkan tegangan dalam 3. Melunakkan Baja/besi. 4. Menormalkan keadaan logam biasa dari akibat pengaruh-pengaruh pengerjaan dan perlakuan panas sebelumnya. 5. Menghaluskan butir-butir kristal atau kombinasi dari maksud-maksud tersebut diatas Proses perlakuan panas ada dua kategori, yaitu : 1. Softening (pelunakan) : adalah usaha untuk menurunkan sifat mekanik agar menjadi lunak dengan cara mendinginkan material yang sudah dipanaskan
didalam tungku (annealing) atau mendinginkan dalam udara terbuka (normalizing). Contoh : annealing, normalizing, tempering. 2. Hardening (pengerasan) : adalah usaha untuk meningkatkan sifat material terutama kekerasan dengan cara celup cepat (quenching) material yang sudah dipanaskan ke dalam suatu media quenching berupa air, air garam, maupun oli. Contoh : surface hardening dan quenching.
a. Hardening
Hardening adalah perlakuan panas terhadap baja/besi dengan sasaran meningkatkan kekerasan alami baja/besi. Perlakuan panas menuntut pemanasan benda kerja menuju suhu pengerasan didaerah atau di atas daerah kritis dan pendinginan berikutnya secara cepat dengan kecepatan pendinginan kritis. Akibat penyejukan dingin dari daerah suhu pengerasan ini dicapailah suatu keadaan paksa bagi struktur besi yang membentuk kekerasan. Oleh karena itu maka proses pengerasan ini di sebut juga pengerasan kejut atau pencelupan langsung kekerasan yang tercapai pada kecepatan pendinginan kritis (martensit) ini di iringi kerapuhan yang besar dan tegangan pengejutan. Pada setiap operasi perlakuan panas, laju pemanasan merupakan faktor yang penting. Panas merambat dari luar ke dalam dengan kecepatan tertentu bila pemanasan terlalu cepat, bagian luar akan jauh lebih panas dari bagian dalam oleh karena itu kekerasan di bagian dalam benda akan lebih rendah dari pada di bagian luar, dan ada nilai batas tertentu. Namun, air garam atau air akan
menurunkan suhu permukaan dengan cepat, yang diikuti dengan penurunan suhu di dalam benda tersebut sehingga di peroleh lapisan keras dengan ketebalan tertentu
b. Quenching
Quenching adalah proses pendinginan setelah mengalami pemanasan. Media quenching dapat berupa oli, air, air garam, dan lain-lain sesuai dengan material yang diquenching. Dimana kondisi sangat mempengaruhi tingkat kekerasan. Pada quenching proses yang paling cepat akan menghasilkan kekerasan tertinggi. Jika suatu benda kerja diquench ke dalam medium quenching, lapisan cairan disekeliling benda kerja akan segera terpanasi sehingga mencapai titik didihnya dan berubah menjadi uap. Berikut adalah 3 tahap pendinginan 1. Tahap A ( Vapor – Blanket Stage ) Pada tahap ini benda kerja akan segera dikelilingi oleh lapisan uap yang terbentuk dari cairan pendingin yang menyentuh permukaan benda. Uap yang terbentuk menghalangi cairan pendingin menyentuh permukaan benda kerja. Sebelum terbentuk lapisan uap, permukaan benda kerja mengalami pendinginan yang sangat intensif. Dengan adanya lapisan uap, akan menurunkan laju pendinginan karena lapisan terbentuk dan akan berfungsi sebagai isolator.
Pendinginan dalam hal ini terjadi efek radiasi melalui lapisan uap lama-kelamaan akan hilang oleh cairan pendingin yang mengelilinginya. Kecepatan menghilangkan lapisan uap makin besar jika viskositas cairan makin rendah. Jika benda kerja didinginkan lebih lanjut, panas yang dikeluarkan oleh benda kerja tidak cukup untuk tetap menghasilkan lapisan uap, dengan demikian tahap B dimulai.
2. Tahap B ( Vapor – Blanket Cooling Stage ) Pada tahap ini cairan pendingin dapat menyentuh permukaan benda kerja
sehingga
terbentuk
gelembung – gelembung
udara
dan
menyingkirkan lapisan uap sehingga laju pendinginan menjadi bertambah besar.
3. Tahap C ( Liquid Cooling Stage ) Tahap C dimulai jika pendidihan cairan pendingin sudah berlalu sehingga cairan pendingin tersebut pada tahap ini sudah mulai bersentuhan dengan seluruh permukaan benda kerja. Pada tahap ini pula pendinginan berlangsung secara konveksi karena itu laju pendinginan menjadi rendah pada saat temperature benda kerja turun. Untuk mencapai struktur martensit yang keras dari baja karbon dan baja paduan, harus diciptakan kondisi sedemikian sehingga kecepatan pendinginan yang terjadi
melampaui kecepatan pendinginan kritis dari benda kerja yang diquench, sehingga transformasi ke perlit atau bainit dapat dicegah.
Gambar 2.18. Diagram Tahap Pendinginan c. Media Pendingin
Untuk proses quenching kita melakukan pendinginan secara cepat dengan menggunakan media oli. Semakin cepat logam didinginkan maka akan semakin keras sifat logam itu. Karbon yang dihasilkan dari pendinginan cepat lebih banyak dari pendinginan lambat. Hal ini disebabkan karena atom karbon tidak sempat berdifusi keluar dan terjebak dalam struktur kristal dan membentuk struktur tetagonal yang ruang kosong antar atomnya kecil, sehingga kekerasanya meningkat. Untuk mendinginkan bahan di kenal berbagai macam bahan.dimana untuk memperoleh pendinginan yang merata maka bahan pendinginan tersebut hampir semuanya di sirkulasi, contohnya yaitu :
1. Air Air memberi pendinginan yang sangat cepat. Untuk memperbesar daya pendinginan air, maka kedalam air tersebut dilarutkan garam dapur dari 5 sampai 10 %. 2. Minyak / Oli Minyak / oli memberi pendinginan yang cepat, oleh karena untuk keperluan ini minyak harus memenuhi berbagai macam persyaratan. 3. Udara Udara memberi pendinginan yang perlahan-laha. Udara tersebut ada yang disirkulasi dan ada pula yang tidak disirkulasi. 4. Garam Garam memberi pendinginan yang cepat dan merata. Garam tersebut terutama digunakan untuk proses Hardening.
d. Holding Time ( Waktu Tahan )
Holding time dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari suatu bahan pada proses quenching dengan menahan pada temperatur pengerasan untuk memperoleh pemanasan yang homogen sehingga struktur austenitnya homogen. Pada proses pack carburizing holding time sangat diperlukan untuk menghasilkan kelarutan karbon pada besi cor, semakin lama holding timenya maka semakin banyak karbon yang berdifusi dengan besi.
3.7.2.
Pengertian Karburasi
Karburasi adalah cara pengerasan besi/baja berkadar karbon rendah agar menjadi keras pada lapisan luar atau memiliki kadar karbon tinggi pada lapisan 0
luarnya. Biasanya suhu pada proses karburasi adalah 1700 F. setelah proses pendinginan maka pada permukaan baja dapat dilihat dengan mikroskop bahwa terdapat bagian – bagian hypereutectoid, zona yang terdiri dari perlit dan jaringan sementit yang putih, diikuti zona euktektoid, hanya terdiri dari perlit dan terakhir adalah zona hypeutektoid, yang terdiri dari perlit dan ferrit, dimana jumlah ferrit meninggkat hingga pusat dicapai.
Karburasi ada tiga jenis yaitu : a. Karburasi Padat ( pack carburizing )
Bahan dipadatkan pada medium yang kaya akan karbon, seperti 0
bubuk karbon dan dipanaskan pada tungku pemanas pada suhu 800 C – 0
900 C. pada temperatur ini CO diproduksi sebagai bahan reduksi yang kuat. Reaksi reduksi terjadi pada permukaan besi yang mengeluarkan karbon, yang kemudian berdifusi kepermukaan akibat temperatur yang tinggi. Ketika cukup karbon di absorsi ke dalam bahan, bahan tersebut dapat dipindahkan dari tungku/furnace. Reaksi dari karburasi padat adalah sebagai berikut : a. Pembusukan energizer untuk memberi gas CO ke permukaan besi. BaCo3
BaO + CO2
Co2 + C
2CO
b. Karbon monoksida bereaksi bengan permukaan dari besi. c. 2CO + Fe
Fe(c) + CO2
d. Difusi karbon kedalam besi. e. CO2 yang terbentuk pada langkah ( b ) bereaksi dengan “C” didalam arang. CO2 + C
2CO
Gambar 2.19. proses pack carburizing
14
Kelebihannya hanya memerlukan biaya yang kecil dan sangat mudah dari ada teknik surface hardening yang lain Kekurangan memakan waktu yang cukup lama dan merupakan hardening yang kotor.
b. Karburasi Gas ( gac carburizing )
Antara lain dapat digunakan gas alam atau hidro karbon atau propon ( gas Karbit ). Prosesnya yaitu benda yang akan dipanaskan dimasukkan dalam oven atau furnace dengan temperature bervariasi 0
0
antara 870 C sampai 950 C. Atmosfir gas untuk karburasi diproduksi dari cairan ( metanol, isopropanol ), atau gas hidrokarbon ( peropana dan metana ). Generator gas endhotermik dipakan untuk menyuplai gas endhotermik. Komposisi gas dalam proses karburasi gas adalah : Nitrogen
40%
Hydrogen
40%
karbon monoksida
20%
Karbon dioksida
0,3%
Metana
0,5%
Uap air
0,8%
Oksigen
in treaces
Oven dialiri dengan gas karbon. Atom – atom karbon akan tertarik menembus kedalam logam. Sehingga permukaan logam menjadi kaya karbon. Cara ini diterapakn dalam karburasi dalam bagian – bagian yang kecil yang dapat dicelupakn langsung setelah pemanasan dalam dapur. Selama pross karburasi gas, terjadi reaksi – reaksi sebagai berikut : a. C3H8
2CH4 + C ( craking of hydrocarbon )
b. CH4 + Fe
Fe ( C ) + 2H2
c. CH4 + CO2
2CO + 2H2
d. 2CO + Fe
Fe ( C ) + CO2
Kelebihan dari gas karburizing yaitu lebih cepat dibandingkan dengan pack carburizing. Proses ini hanya membutuhkan sedikit tenaga kerja dan penanganan. Juga lebih praktis dari pada pack karburizing untuk jumlah yang banyak. Kekurangan, alat dan bahan yang digunakan dalam proses ini lebih mahal.
c. Karburasi Cair ( liquid carburizing )
Karburasi jenis ini menggunakan lelehan sainida ( CN ) pada logam bekarbon rendah yang dipanaskan dengan menggunakan belerang pemanas yang dipanaskan dengan minyak atau gas. Suhunya kira – kira 0
0
815 C – 900 C. Proses ini dilakukan dengan kontinyu dan otomatis karena memberikan hasil akhir yang baik. Permukaan lelehan ditutup dengan grafit atau batu bara untuk mengurangi hilangnya radiasi dan dekomposisi sianida yang berlebiahan. Selain sodium dan potassium sianida, lelehan yang digunakan yuga mengandung sodium dan pottasium klorida san barium klorida yang berperas sebagai aktifator. Reaksi yang terjadi didalam dapur garam sianida adalah sebagai berikut :
BaCl2
Ba (CN)2 + 2NaCl
Ba (CN)2 + Fe
Fe(c) + BaCN2
Proses ini mirip dengan proses sianida, hanya disini kulit luar mempunyai kadar karbon yang tinggi dan kadar nitrogen yang rendah. Karburasi cair dapat digunakan untuk membentuk lapisan setebal 6,35mm, meskipun umumnya tidak melebihi 0,64 mm. Cara ini baik untuk pengerasan permukaan benda yang berukuran kecil dan sedang. Kelebihan, karena cairan mentransfer padan dengan cepat maka karbon yang ditambahkan juga lebih cepat. Juga pengerasan yag dihasilkan lebih merata. Kekurangan, beberapa nitrogen terserap bersama – sama dengan karbon dan menyebabkan pengerasan mendadak. Juga material harus dikeringkan setelah proses ini untuk menghindari korosi, hal tesebut memakan waktu dan biaya.
Dan hal – hal yang mempengaruhi ketebalan hasil proses karburasi adalah sebagai berikut : : Semakin tinggi potensial karbon, makin cepat Potensial K arbon karbon disuplai kedalam baja, menghasilkan gradien konsentrasi lebih tinggi dipermukaan. Untuk campuran berbagai macam gas potensial karbon pada temperatur tertentu, potensial karbon dikenal
sebagai kandungan karbon dalam kesetimbangan dengan atmosfir tungku. Biasanya kondisi ini mengacu pada aktivitas karbon dalam atmosfir, yang dapat dikenal dari penunjukkan potensial oksigen, CO dan CO2 dalam atmosfir, jika atmosfir fasa gas tersebut berada dalam kesetimbangan. Kecepatan Reaksi Dipermukaan Baja : Sifat dan konsentrasi dari
spesies molekul dalam atmosfir mempengaruhi kecepatan reaksi. Sebagai contoh, reaksi permukaan lebih cepat terjadi pada atmosfir gas endotermik daripada atmosfir metana-hidrogen. : Peningkatan proses akan meningkatkan Temperatur Karburasi kecepatan reaksi permukaan, sehingga menghasilkan kedalaman penetrasi karbon lebih besar. Dengan demikian ketebalan lapisan yang diperoleh lebih dalam. Waktu K arbur asi : Kedalaman penetrasi karbon meningkat, seiring
dengan peningkatan waktu karburasi. : Kandungan unsur paduan pada baja memberikan Paduan L ogam pengaruh, pertama terhadap kandungan karbon lapisan dan kedua terhadap kecepatan difusi karbon kedalam baja. Hal diatas disebabkan elemen-elemen paduan tersebut menempati posisi subsitusi dan interstisi pada kisi matrik logam sehingga akan
menghambat gerakan atom-atom karbon yang berdifusi, sehingga akan dihasilkan kedalam karburasi yang berbeda
Difusi
Difusi adalah peristiwa
mengalirnya/berpindahnya suatu zat dari
bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Contoh yang sederhana adalah penambahan carbon ke dalam baja karbon rendah sehingga pada baja, karbonnya lebih besar.Difusi yang paling sering terjadi adalah difusi molekuler. Difusi ini terjadi jika terbentuk perpindahan dari sebuah lapisan (layer) molekul yang diam. Apabila suhu pada suatu material naik, akan menyebabkan atomatomnya bergetar dengan energi yang lebih besar dan sejumlah kecil atom akan berpindah dalam kisi. Mekanisme perpindahan atom dalam suatu logam dapat terjadi secara interstisi dan kekosongan. Perpindahan secara interstisi terjadi bila atom tidak memilki ukuran yang sama. Sedangkan perpindahan secara kekosongan dapat terjadi bila semua atom memiliki ukuran sama. Proses difusi dapat terjadi lebih cepat apabila: 1. Suhu tinggi 2.
Atom yang berdifusi kecil
3. Ikatan struktur induk lemah (dengan titik cair rendah) 4. Terdapat cacat-cacat dalam bahan (kekosongan atau batas butir)
3.7.3.
Pengujian Kekerasan
Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force), dalam hal ini bidang keilmuan yang berperan penting mempelajarinya adalah Ilmu Bahan Teknik (Metallurgy Engineering). Kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan). Uji kekerasan dilakukan dengan menekankan identer ke permukaan logam yang diukur kekerasannya. Identer biasanya terbuat dari material yang lebih keras dari pada benda uji, contohnya hardened steel, tungsten carbide atau intan. Biasanya identer berbentuk bola, pyramid, atau kerucut. Uji kekerasan standar dilakukan dengan menekankan 0
identer dengan hati-hati ke permukaan benda uji secara tegak lurus (90 ). Setelah proses peng-identasian, identer ditarik dari benda uji dan nilai kekerasan akan terhitung atau terbaca dari skala, berdasarkan kedalaman bekas penekanan dan diameter lekukan.
Pada umumnya ada tiga cara penentuan kekerasan bahan yaitu: 1. Cara Goresan. Cara ini sering dilakukan dengan menggoreskan bahan logam yang lebih keras kepada bahan yang lebih lunak. Mohs telah membuat skala yang terdiri dari 1 s/d 10 standar mineral yang disusun menurut kemampuannya dari bahan
yang terkeras, yaitu intan dengan skala 10 sampai bahan yang terlunakkan yaitu Talk dengan angka 1. Logam-logam yang keras pada umumnya ada pada skala 4-8. 2. Cara Dinamik. Cara ini adalah dengan cara menjatuhkan bola baja pada permukaan logam, tinggi pantulan bola menyatukan energi benturan sebagai ukuran kekerasan logam, dengan cara ini dinamakan cara Shore Scleroscope. 3. Cara Penekanan. Pengukuran kekerasan dengan cara ini dilakukan dengan menggunakan indentor yang ditekan pada benda uji dengan beban besar tertentu. Penekanan tersebut akan menyebabkan logam mengalami deformasi plastis. Apabila penekanan oleh indentor diterusken, deformasi pada benda uji akan terus berlangsung. Kemampuan benda uji menahan tekanan indentor inilah yang diartikan sebagai kekerasan dari material, beban yang diberikan dalam uji kekerasan adalah konstan. Oleh karena itu nilai kekerasan dari benda uji akan tergantung pada luas permukaan bekas benda uji yang mengalami penekanan. Makin luas bekas penekanan tersebut, maka makin rendah sifat kekerasan dari benda uji atau benda uji tersebut bersifat lunak Metode Rockwell Dalam metode ini penetrator ditekan dalam benda uji. Harga kekerasan didapat dari perbedaan kedalaman dari beban mayor dan minor. Jadi nilai
kekerasan didasarkan pada kedalaman bekas penekanan. Karena hasilnya dapat dilihat langsung pada jarum penunjuk, maka metode sangat efektif untuk pengetesan massal. Uji kekerasan ini banyak digunakan disebabkan oleh sifat-sifatnya yang cepat dalam pengerjaannya, mampu membedakan kekerasan pada baja yang diperkeras, ukuran penekanan relative kecil, sehingga bagian yang mendapatkan perlakuan panas dapat diuji kekerasannya tanpa menimbulkan kekerasan. Uji ini menggunakan kedalaman lekukan pada beban yang konstan sebagai ukuran kekerasan. Pengujian kekerasan Rockwell didasarkan pada kedalaman masuknya penekan benda uji, makin keras benda yang akan diuji makin dangkal masuknya penekan tersebut. Sebaliknya semakin dalam masuknya penekan tersebut berarti benda uji makin lunak. Cara Rockwell disukai karena dapat dengan cepat mengetahui harga kekerasan suatu material tanpa menghitung seperti cara brinell dan Vickers. Nilai kekerasan dapat langsung dibaca setelah beban utama dihilangkan, dimana beban awal masih menekan benda tersebut Uji kekerasan Rockwell mempunyai kemampuan ulang, namun perlu diperhatikan :
Penekan dan landasan harus bersih dan terpasang dengan baik.
Permukaan yang diuji harus bersih, kering, halus, dan bebas dari pengotor.
