A. PEMADUAN BAJA
A.1 SISTEM KESETIMBANGAN
Diagram fasa Fe-C sangat penting di bidang metalurgi karena sangat bermanfaat di dalam menjelaskan perubahan-perubahan fasa Baja (paduan logam Fe-C). Baja merupakan logam yang banyak dipakai di bidang teknik karena kekuatan tarik yang tinggi dan keuletan yang baik. Paduan ini mempunyai sifat mampu bentuk (formability) yang baik dan sifat-sifat mekaniknya dapat diperbaiki dengan jalan perlakuan panas atau perlakuan mekanik.
A.2 BESI MURNI
Besi murni bersifat allotropy yaitu mempunyai berbagai bentuk kristal. Titik lebur besi sekitar !"# $C. %edikit di ba&ah suhu !"# $C' besi air mulai membeku dan membentuk fasa padat dengan struktur kristal b. Fasa padat ini dinamakan besi-% atau ferit sampai suhu sekitar * $C. Pada suhu antara *-#* $C' struktur kristal besi berubah menjadi f yang dinamakan austenit. %elanjutnya di ba&ah #* $C ' struktur kristal besi kembali ke b dalam bentuk ferit +.
Di samping itu sifat magnet besi akan hilang jika dipanaskan pada suhu di atas , $C. %uhu ini biasanya dinamakan Currie point.
A.3 DIAGRAM FASA Fe
Baja adalah logam paduan Fe-C dengan kadar C/01 sedangkan untuk paduan dengan C201 dinamakan besi tuang (ast iron). %ifat-sifat baja sangat dipengaruhi oleh kadar C (3arbon).
Diagram fasa mempunyai " titik in4arian yaitu titik periteti (pada suhu #" $C)' titik euteti (pada suhu ,$C dan C5'"1) dan titik eutetoid (pada suhu ,0" $C dan C5*'1). Titik-titik in4arian ini terdiri dari " fasa yang berada dalam kesetimbangan 6
. 7eaksi periteti 0. 7eaksi euteti ". 7eaksi eutetoid
8adi fasa-fasa pada diagram Fe-C adalah fasa air 9' ferit' austenit ' ferit-a dan ementite (Fe"C). Berdasarkan kadar C' baja dapat dikelompokkan menjadi " yaitu 6 baja euteti' hypoeutetoid dan baja hypereutetoid.
A.4 BAJA EUTECTOID
8ika baja eutetoid dengan kadar C5*' 1 didinginkan dari suhu misal ** $C sampai suhu kamar' maka akan terjadi serangkaian perubahan fasa (transformasi fasa) seperti pada gambar ." di ba&ah.
A.5 BAJA HYPOEUTECTOID
Baja hypoeutetoid adalah baja dengan kadar C antara *'*0-*', 1. 8ika baja dengan kadar Co 5 *' 1C didinginkan dan suhu #** $C (titik a) pada gambar . maka akan terjadi perubahan struktur mikro sbb. 6 Pada suhu #** $C' baja dalam bentuk austenit. 8ika suhunya turun sampai titik b' ferit mulai tumbuh pada butir austenit. Ferit ini dinamakan proeutetoid ferrite. Pendinginan selanjutnya pada suhu menyebabkan
bertambahnya jumlah proeutetoid ferrite sampai semua batas butir austenit dipenuhi proeutetoid ferrite
A.6
HYPEREUTECTOID
BAJA
B.1 TRANSFORMASI ISOTHERMAL BAJA EUTECTOID
8ika baja karbon eutetoid ( C 5 *' 1) dipanaskan sampai menapai fasa austenite kemudian didinginkan seara epat dalam garam air (salt bath) pada suhu sedikit di ba&ah suhu eutetoid dan dipertahankan suhunya tetap (isothermal) dengan &aktu penahanan yang berbeda-beda kemudian dielup (:uenh) ke dalam air atau brine maka akan didapatkan serangkaian transformasi fasa dari austenit menjadi perlit seperti pada gambar . di ba&ah.
8ika eksperimen di atas diulang dengan suhu yang berbeda-beda maka akan didapatkan diagram T-T-T (time temperature transformation) atau disebut juga diagram ;T (isothermal transformation).
8ika baja eutetoid dielup dari fasa austenit ke inter4al suhu berikut maka struktur mikro yang terbentuk adalah 6 !!*-,0" $C 6 austenite' perlit 0!*-!!* $C 6 austenite' bainit %uhu kamar 6 austenite' martensit
B. TRANSFORMASI FASA PADA LOGAM
B.1 GOLONGAN TRANSFORMASI
. Diffusion-dependent transformations tanpa perubahan dalam nomor dan komposisi fasa( pembekuan logam murni'transformasi allotropi' dll.) 0. Diffusion-dependent transformations dengan perubahan nomor dan komposisi fasa (reaksi eutetoid) ". Diffusionless transformations (transformasi martensite dalam ampuran logam)
B.2 KINETIKA TRANSFORMASI FASA
3inetika pada transformasi fasa terdiri dari dua proses yaitu neleation (nukleasi) dan
. =eleation (nukleasi) Pembentukan fasa baru tidak terjadi seara otomatis' proses pertama yang terjadi pada transformasi fasa adalah nukleasi yaitu pembentukan partikel sangat keil atau nuklei dari fasa baru.
0.
B.3 TRANSFORMASI MULTIFASA
Transformasi fasa bisa dilakukan dengan mem4ariasikan temperatur 'komposisi' dan tekanan. Perubahan panas yang terjadi bisa dilihat pada diagram fasa. =amun
keepatan perubahan temperatur berpengaruh terhadap perkembangan pembentukan struktur mikro. >al ini tidak bisa diamati pada diagram fasa. Posisi kesetimbangan yang diapai pada proses pemanasan atau pendinginan sesuai dengan diagram fasa bisa diapai dengan laju yang sangat pelan sekali ' sehingga hal ini tidak praktis. Cara lain yang dipakai adalah superooling yaitu transformasi pada proses pendinginan dilakukan pada temperatur yang lebih rendah' atau superheating yaitu transformasi pada proses pemanasan dilakukan pada temperature yang lebih tinggi.
B.3.1 SUPERHEATING
Proses pemanasan pada umum nya terdiri dari dua tahap 6 . Proses heating yaitu proses pemanansan yang dilakukan dari temperature kamar sampai suhu yang diinginkan.perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh sifat ? sifat yang diinginkan dari logam dengan batas ? batas tertentu 0. Proses holding time yaitu proses penahanan pada temperatur tertentu sehingga terjadi transformasi yang sempurna dan homogen.Bila transformasi tidak sempurna maka benda kerja masih mengandung fasa
(ferit).Proses ini
bertujuan agar karbon yang terdapat dalam karbida dapat larut kepada fasa autenit seara merata dan temperatur yang diterima pada. Proses dari superheating di representasikan dengan menggunakan Diagram Transformasi ;sotermal @ diagram TTT(time-temperatur-transformation).
B.3.2 SUPERCOOLING
Proses pendinginan yaitu proses dimana benda kerja tidak mengalami pemanasan lagi melainkan pelepasan strukturmikro yang diinginkan. Proses pendingan ada 0 yaitu 6
.Proses pendinginan epat Penelupan ( :uenhing ) dengan media 6 air'minyak 0.Proses pendingan lambat Pendinginan dengan media udara
Pada proses ini direfresentasikan dengan menggunakan grafik ontinuous ooling transformation (CCT).
C. DIAGRAM TRANSFORMASI ISOTHERMAL
Diagram TTT adalah suatu diagram yang menghubungkan transformasi austenit terhadap &aktu dan temperatur. Proses perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur baja yang diinginkan agar ook dengan penggunaan yang direnanakan. %truktur yang diperoleh merupakan hasil dari proses transformasi dari kondisi a&al. Proses transformasi ini dapat dibaa dengan menggunakan diagram fasa namun untuk kondisi tidak setimbang diagram fasa tidak dapat digunakan' untuk kondisi seperti ini maka digunakan diagram TTT.. Diagram ini menunjukan dekomposisi austenit dan berlaku untuk maam baja tertentu. Baja yang mempunyai komposisi berlainan akan mempunyai diagram yang berlainan' selain itu besar butir austenit' adanya inlusi atau elemen lain yang terkandung juga mempunyai pengaruh yang sama.
Dengan menggunakan reaksi eutektoid 6
Dengan reaksi tersebut mengahasilkan diagram 6
Pada reaksi eutektoid' austenite dengan kandungan karbon sedang akan berubah menjadi ferit dengan kadar karbon keil dan sementit dengan kadar karbon tinggi. Pada saat pembentukan pearlite' gerakan atom C bergerak dari ferit ke sementit. Ferrit memiliki bentuk sel satuan BCC dan dapat melarutkan arbon menapai *'*0!
1.>al ini dikarenakan struktur BCC dimana ruang ruang antar atom keil dan padat'sehingga daya larut nya rendah. %ifat 6 9unak • let • ampu las tinggi • %ifat korosi rendah • 0. Austenit Austenit memiliki bentuk sel satuan FCC dan jarak atom nya lebih besar dari pada Ferrit.Austenit stabil pada temperature antara #0 ?
1350
0
C dengan daya larut
karbon sebesar 0' 1.Pada temperature stabil nya Austenit bersifat lunak dan ulet'sehingga mudah dibentuk dan besifat ferromagnetik. ". Besi delta Besi delta memiliki bentuk sel satuan BCC dengan daya larut karbon *' 1'tetapi terjadi pada temperature "!* ?
1535
0
C.
. %ememtit %ememtit merupakan suatu senya&a antara atom Fe dengan atom C.%ememtit bersifat sangat keras'kurang ulet dan kurang kuat getas.
D. DIAGRAM CONTINUOUS COOLING TRANSFORMATION
Ga!a" 1.4 Ga!a" 1.5
>ubungan antara laju pendinginan dan mikrostruktur yang terbentuk digambarkan dalam diagram yang menghubungkan &aktu temperatur dan transformasi yang dikenal dengan diagram continous cooling transformation (CCT).
α
) karbida () .>al ini berarti bah&a ada &aktu
untuk karbon untuk berdifusi dan berkosentrasi dalam karbida sehingga fasa ferrit kekurangan karbon bila fasa austensit didinginkan dengan sangat epat ( :uenhing ). %truktur FCC austensit akan berubah menjadi struktur BCT (body entered tetragonal) martensit' pada transformasi ini.Transformasi martensit tidak mele&ati proses difusi' maka ia terjadi seketika sehingga laju transformasi martensit adalah tidak bergantung &aktu. Pada struktur martensit masih didapati struktur austenit yang tidak sempat bertransformasi.Disamping itu tegangan internal karena proses :uenning juga memberikan efek perlemahan. 3etangguhan dan keuletan martensitm bisa ditingkatkan dan tegangan internal bisa dibuang dengan ara perlakuan panas
yang disebut
tempering. Tempering dilakukan dengan memanaskan baja martensit sampai temperatur diba&ah eutetoid pada periode &aktu tertentu. Biasanya temering dilakukan pada temperatur antara 0!*-!** C.Tegangan internal akan hilang C.Proses tempering akan membentuk #e$e"e% ae#e&'(#e G.
pada suhu E 0***
Foto struktur mikro tempered martensite sama dengan spheroidit hanya partikel sementit lebih banyak dan lebih keil. Tempered martensit mempunyai sifat sekeras dan sekuat matensit namun ketangguhan dan keuletan lebih baik. >ubungan antara tegangan tarik' kekuatan luluh dan keuletan terhadap temperatur temper pada baja paduan bisa dilihat pada gambar diba&ah.
Pada proses tempering beberapa baja bisa mengalami penurunan ketangguhan' hal ini disebut $e"a$)*a& #e$e". Fenomena ini terjadi bila baja ditemper pada suhu diatas !,!*C dan diikuti pendinginan lambat sampai temperatur ruangan' atau jika tempering dilakukan pada suhu antara ",! ? !,! *C. Perapuhaan ini disebabkan oleh kandungan elemen lain dalam jumlah yang ukup signifikan seperti mangan' nikel' rom dan phospor' arsen' timah putih.
Perapuhan temper bisa diegah dengan 6 . Pengontrolan komposisi 0. Tempering diatas !,! *C atau diba&ah ",! * C diikuti dengan :uenhing pada temperatur ruang. 3etangguhan baja yang telah mengalami perapuhan bisa diperbaiki dengan pemanasan samapai kira-kira ***C' dan kemudian seara epat didinginkan sampai temperatur diba&ah "** *C.
