MATERI KULIAH METALURGI FISIK

MATERI KULIAH METALURGI FISIK


BAB I. SIFAT FISIK


I. Sifat Fisik Bahan
Cara material berinteraksi dan merespon terhadap berbagai bentuk energi
merupakan perhatian utama ilmuwan ditinjau dari segi rekayasa yang
merupakan
dasar untuk desain dan inovasi. Energi yang bekerja pada material dapat
berasal
dari medan gaya ( gravitasi, listrik, magnetik ), radiasi elektromagnetik (
panas,
cahaya, sinar X ), partikel energi tinggi dan sebagainya. Respon material
umumnya
disebut sebagai sifat fisika, dikendalikan oleh susunan atom / ion /
molekul dalam
material. Sifat fisik yang penting dari material antara lain:
1. Kerapatan
Didefinisikan sebagai massa per satuan volume material, bertambah secara
teratur dengan meningkatnya nomor atomik pada setiap sub kelompok.
Kebalikan kerapatan adalah volume spesifik (, sedangkan hasil kali ( dengan
massa atomik W disebut volume atomik (.
2. Sifat Thermal
Perubahan volume logam dengan berubahnya temperatur berperanan
penting dalam proses proses metalurgi seperti pengecoran, penuangan dan
perlakuan panas. Fenomena perubahan volume ini banya menyebabkan
terjadinya cacat baik ukuran makro maupun mikro pada kristal logam.
Kapasitas kalor ( Heat capacity ) disini perlu dibedakan antara suhu dan
kandungan kalor. Suhu ( temperatur ) adalah tingkat aktivitas thermal
sedangkan
kandungan kalor adalah adalah energi thermal dan keduanya berkaitan erat
dengan kapasitas kalor yang sama dengan perubahan kandungan kalor per oC.
Panas spesifik atau panas jenis adalah perbandingan kapasitas kalor
dengan kapasitas kalor air ( 1 kal/goC ). Muai panas ( Thermal expansion )
permuaian yang umumnya dialami oleh bahan yang dipanaskan ditimbulkan oleh
peningkatan getaran thermal atom-atom ( (L / L yang sebanding dengan
kenaikan suhu (T ) sedangkan daya hantar panas adalah perpidahan panas
melalui bahan padat biasanya terjadi oleh konduksi, koefisien daya hantar
panas
k adalah konstanta yang menghubungkan aliran panas Q dengan gradien suhu
(T/(xiyang merupakan sifat termal penting lain untuk operasi pemrosesan
seperti pengecoran maupun perlakuan panas karena panas spesifik menentukan
jumlah panas yang diperlukan proses tersebut.
3. Sifat Listrik
- Koduktivitas Listrik.
Merupakan salah satu sifat logam yang paling penting dimana
konduktivitas listrik ( k ) dan kebalikanya disebut resistivitas ( ( )
didefinisikan
dengan persamaan R = (l / A. Logam memiliki konduktivitas yang tinggi
karena elktron-elektron dapat dengan mudah bermigrasi melalui kisi. Menurut
hukum Wiedmann-Franz menunjuka bahwa perbandingan konduktifitas listrik
dan panas hampir sama untuk semua logam pada temperatur yang sama.
Konduktivitas terjadi akbat gerkan elektron-elektron melalui kisi sedangkan
Resistensi disebabkan oleh penyebaran gelombang elektron
olehketidakteraturan kisi yang perubahanya banyak dipengaruhi oleh
temperatur,
unsur paduan, deformasi dan radiasi atom yang dapat menyebabkan
periodisitas kisi.
- Semikonduktor.
Bahan-bahan yang memiliki jurang energi tidak terlalu besarsehingga
dapat melewati eksitasi panas seperti Si dan Bi murni dimana pembawa arus
bahan ini adalah elektron-elektron lapisan konduksi yang jumlahnya sama
dengan lubang-lubang lapisan valensi.
- Super konduktivitas.
Bahan-bahan yang resisitensinya tiba-tiba turn sama dengan nol pada
temperatur kritis tertentu dibawah nol K misal: Pb, Sn, Hg
4. Sifat Magnetik
Jika logam ditempatkan didaerah magnetik berkekuatan H daerah logam
yang terinduksi adalah B = H + 4(I.
Dimana I adalah intensitas magnetisasi, besarnya I adalah sifat dari logam
tersebut dan berhubungan dengan susptibilitas persatuan volume yang
didefinisikan dengan persamaan k = I / H.
Jika harga k negatif ( tolak menolak ) dengan daerah magnetik dinamakan
material diamagnetik, namun sebagian besar logam mempunyai harga k positif
( tarik menarik ), disebut paramagnetik jika harga k kecil dan
ferromagnetik jika
harga k besar


















BAB II. SIFAT MEKANIK

II. Sifat Mekanik Bahan
Sifat Mekanik ( Mechanical Properties ) adalah sifat yang berhubungan
dengan
pembebanan meliputi:
Kekuatan ( Strength): kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa
menyebabkan bahan menjadi patah.
Kekerasan ( Hardness): kemampuan bahan untuk tahan terhadap goresan,
pengikisan ( abrasi ), indentasi / penetrasi.
Kekenyalan ( elasticity ): kemampuan bahan untuk menerima beban tanpa
terjadi perubahan bentuk yang permanen setelah beban dihilangkan.
Kekakuan ( stifness ): kemampuan bahan untuk menerima tegangan/ beban
tanpa terjadi perubahan bentuk / defleksi.
Ketangguhan ( toughness ): kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah
energi tanpa menyebabkan terjadinya kerusakan.
Kelelahan ( fatique ): kecenderungan dari logam untuk patah bila menerima
tegangan berulang-ulang ( cyclic stress ) yang besarnya masih jauh dibawah
batas kekuatan elastiknya.
Merangkak ( creep ): kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi
plastik yang besarnya merupakan fungsi waktu, pada saat bahan tadi menerima
beban yang besarnya relatif sama.
Keuntungan mengetahui sifat-sifat dari bahan antara lain:
1. Dapat memanfaatkan atau memilih bahan sesuai dengan sifatnya, sehingga
pemakaian bahan sesuai dengan peruntukanya dan ekonomis.
2. Kemingkinan dapat memodifikasi sehingga dapat dibuat sifat baru yang
disesuaikan dengan kebutuhan.
Pengjian Sifat Mekanik.
Pengjian sifat mekanik pada material yang sering dilakukan antara lain:
1. Uji Tarik ( Tension Test )
2. Uji Kekerasan ( Hardness Test )
3. Uji Beban Kejut ( Impact Test )
4. Uji Fatik / Kelelahan ( fatique Test ).
5. Merangkak ( Creep ).

1. PENGUJIAN TARIK
Tujuan:
Mengetahui sifat-sifat mekanik suatu bahan terhadap pembebanan tarik. Hasil
uji: kekuatan luluh, tarik, putus, nilai modulus young.
Prisip Dasar:
Sampel uji dengan ukuran dan bentuk tertentu ditarik dengan beban kontinyu
sambil diukur pertambahan panjangnya, penarikan sampel uji dilakukan sampai
patah. Variabel yang berpengaruh ( & A. Standart pengujian : SNI,DIN, JIS &
ASTM.
Landasan Teori
Deformasi bahan oleh beban tarik statik adalah dasar dari pengujian-
pengujian
dan study mengenai kekuatan bahan yang disebabkan oleh:
1. Mudah dilakukan.
2. Menghasilkan tegangan yang seragam pada penampang.
3. Pada umumnya bahan mempunyai kelemahan untuk memerima beban
( tegangan yang seragam pada penampang )
Dari hasil pengujian tarik didapatkan grafik P- (l yang dihasilkan oleh
mesin uji
tarik. Dari grafik P- (l ini dapat diolah / dirubah menjadi grafik (t - (t
dan grafik (s - (s.
Secara umum diagram tegangan – regangan ini dapat dibagi menjadi dua
daerah:
( Sifat Mekanis di Daerah Elastis
1. Kekuatan Elastis.
Kekuatan elastis ini ditunjukan oleh titik yield atau besarnya tegangan
yang
mengakibatkan yield
a. Titik luluh: titik dimana bahan terus terdeformasi tanpa adanya
penambahan beban ( fenomena bahan ulet ).
b. Kekuatan luluh: nilai tegangan saat bahan memperlihatkan batas deviasi
tertentu dari proporsionalitas tegangan-regangan.
2. Kekakuan ( Stiffness ).
Suatu bahan dikatakan mempunyai kekakuan yang tinggi bila selama
menerima beban ( dalam batas elastisitasnya ) hanya mengalami deformasi
yang relatif kecil.
Kekakuan ini dapat dinyatakan:
Modulus Elastisitas ( E ) atau Young Modulus.
Hukum Hooke , σ = E.ε ( , E = σ/ ε atau E= tg:( l
Pada daerah Plastis:
Daerah bila tegangan ditidakan terdapat regangan / ( yang permanen
Modulus Resilien ( UR ).
Banyaknya energi yang diperlukan untuk meregangkan satu satuan volume
bahan hingga mencapai batas elastis. Kalau dilihat pada kurva: luasan
daerah
elastis
( Sifat Mekanis di Daerah Plastis
1. Kekuatan tarik ( tensile strength ).
Ditentukan oleh tegangan tarik maksimum ( (u)= UTS = Pmax/A ( kg / mm2)
2. Keuletan ( Ductility ).
Kemampuan bahan untuk meregang plastis sebelum putus.
Elongation = (( Lo – Lf) /Lo ) X 100%
Reduksi Luas = ((Ao –Af) / Ao ) X 100%
Keuletan menggambarkan seberapa besar suatu bahan dapat dideformasi
tanpa menjadi rusak misal: pada proses roling.
3. Ketangguhan ( Toughness ).
Sifat material yang mencerminkan kemampuan suatu bahan untuk
menyerap energi sampai sampel uji putus& biasanya dinyatakan dengan:
4. Tegangan Patah ( (f).
Adalah tegangan dimana sampel sudah patah atau beban pada saat
putus dengan luas Ai.
2 .Pengujian Kekerasan
1. Tujuan.
Mengetahui ketahanan bahan terhadap beban ( ukuran ketahanan bahan
terhadap deformasi plastis.
2. Prinsip Dasar.
Sampel uji yang permukaanya rata dilakukan peneka nan dengan
menggunakan indentor. Besarnya jejak indenta si menunjukan tingkat
kekerasan
bahan.
3. Landasan Teori.
Kekerasan = ukuran ketahanan bahan terhadap defor masi plastis atau
deformasi permanen.Kekerasan suatu bahan merupakan salah satu sifat mekanik
yang penting dari suatu bahan dan definisi dari kekerasan ini ada beberapa
macam
tergantung dari cara pengujian yang dilakukan, beberapa definisi tersebut
antara
lain:
1. Kekerasan indentasi yaitu ketahanan dari suatu bahan terhadap indentasi
permanen akibat beban dinamis atau statis.
2. Kekerasan pantul yaitu energi yang diserap pada beban kejut ( impact ).
3. Kekerasan goresan yaitu kekarasan terhadap goresan.
4. Kekerasan abrasi yaitu kekerasan terhadap abrasi.
5. Mampu mesin yaitu ketahanan terhadap pemotongan ( pengeboran ).
Hasil dari pengujian kekerasan tidak dapat langsung digunakan dalam suatu
desain seperti pada uji tarik, namun demikian uji kekerasan banyak
dilakukan dan
hasilnya dapat digunakan antara lain:
- Pada beban yang sama bahan dapat diklasifikasikan berdasarkan kekerasanya
dengan demikian dapat ditentukan penggunaanya.
- Sebagai kontrol kwalitas dari suatu produk misal: untuk mengetahui
homoginitas
akibat dari proses pengerjaan dingin, case hardening dll, dengan demikian
kontrol
dari proses suatu bahan dapat dilakukan.
Untuk logam dan paduan pengujian kekerasan yang paling sering digunakan
adalah berdasarkan indentasi permanen atau deformasi plastis akibat beban
statis,
yang termasuk dalam metoda indentasi ini antara lain:
- Brinell - Vickers
- Rockwell - Knoop
- dll.
3. Pengujian Impak
1. Tujuan
Mengetahui ( tendensi rapuh ).
a. Sifat mekanis bahan terhadap beban kejut.
b. Temperatur transisi perpatahan.
c. Pengaruh temperatur terhadap keuletan bahan.
2. Prisip Dasar
Uji impact menggunakan sample uji batang bertakik. Energi yang digunakan
berasal dari bandul yang diayunkan bebas dari ketinggian tertentu, kemudian
akan
menumbuk sample uji hingga mengalami perpatahan.
3. Landasan Teori
Suatu material bila diberi pembebanan kejut, maka akan mengalami proses
penyerapan energi, sehingga akan terjadi deformasi plastis maksimum( bahan
patah.
Keuletan bahan dapat diketahui dengan jalan pengujian tarik, akan
tetapi data tersebut tidak dapat digunakan untuk mengetahui secara langsung
sifat getas
alamiah yang ada pada material tersebut oleh karena itu dilakukan pengujian
impak.
Pengujian impak perlu dilakukan untuk mengetahui ketangguhan bahan yaitu
sifat
mekanis dari bahan terhadap beban kejut dan temperaur transisi dari bahan.
Dasar dari pengujian impak adalah penyerapan energi potensial dari pendulum
beban yang berayun yang menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami
deformasi plastis. Faktor banyaknya energi yang mampu diserap oleh bahan
uji
dapat digunakan sebagai indikasi awal sifat getas – ulet dari suatu bahan
sebelum
terjadinya perpatahan, dimana bahan yang ulet menunjukkan harga impak yang
besar. Gambar. berikut menunjukkan metoda pengujian impak. Suatu bahan yang
diperkirakan ulet tenyata dapat mengalami patah grtas, patah getas ini
dapat disebebkan oleh beberapa hal antara lain:
- Adanya takikan ( notch ).
- Kecepatan pembebanan yang tinggi yang menyebabkan kecepatan
regangan yang tinggi pula.
- Temperatur yang sangat rendah.
Dengan demikian suatu bahan yang akan beroperasi pada temperatur sangat
rendah, misal pada suatu instalasi cryogenic perlu dilakukan uji tumbuk,
khususnya
untuk mengetahui temperatur transisi antara ulet dan getas. Ada empat
pengujian
impak yaitu:
1. Izot
2. Charpy
3. Fremont.
4. Amsler.
Dari keempat pengujian diatas hanya Izod dan Charpy yang banyak digunakan
dalam pengujian impak, perbedaan pada pengujian ini hanya pada
pembebananya.
Pada metode Izod, pembebanan dilakukan secara vertikal dan takik
ditempatkan
berhadapan dengan arah pembebanan, Sedangkan pada metode Charpy
pembebanan dilakukan secara horizontal dan pembebananya dilakukan dari arah
belakang takikan seperti pada gambar dibawah
4. Pengujian Fatik ( Fatique )
1. Tujuan
Mengetahui pengaruh beban dinamis terhadap kemam puan fatik dari suatu
bahan.
2. Prinsip Dasar
Pengujian dilakukan dengan memberi pembebanan dinamis pada sampel uji.
Macam pembebanan:
- Beban dengan amplitudo konstan.
- Beban dengan amplitudo bervariasi.
Bentuk pembebanan: tarik / tekan, puntir, geser atau bending. Pelaksanaan
uji
sampai patah( fatik limit atau karakteristik pembebanan retak.
3. Landasan Teori
Ada anggapan bahwa tegangan yang aman untuk suatu bahan adalah pada
batas elastisitasnya. Benar untuk beban statis, karena jika beban berubah
terhadap
waktu maka akan terjadi suatu kerusakan fatik ( fatique failure ). Ingat
banyak
komponen mengalami pembebanan yang berubah – ubah terhadap waktu ( beba
dinamis ) dan dari pengala man komponen yang mengalami beban dinamis dapat
patah pada suatu tingkat tegangan yang jauh dibawah kekuatan luluhnya. Dari
survey ditemukan bahwa 90% kerusakan komponen mesin disebabkan oleh fatik.
Tiga faktor penyebab kerusakan fatik:
a. Tegangan tarik maksimum.
b. Besarnya fluktuasi beban.
c. Besarnya jumlah cycle pembebanan.
Faktor lain penyebab kerusakan fatik:
1. Kosentrasi Tegangan.
Bila suatu komponen terdapat distribusi tegangan yang tidak merata maka
disitu
akan terjadi kosentrasi tegangan, maka fatik limit / strength cenderung
akan
meurun, hal ini disebabkan karena sebagian penampang akan menerima
tegangan yang lebih besar dari harga rata- rata yang seharusnya terjadi.
2. Ukuran / Dimensi.
Ukuran benda kerja yang besar cenderung menurunkan fatique limit ( strength
).
3. Kondisi Permukaan.
a. Kekasaran Permukaan.
Benda kerja yang kasar akan mudah mengalami kelelahan, karena
permukaan yang kasar digambarkan sebagai permukaan yang penuh goresan
dan setiap goresan dapat merupakan kosentrasi tegangan dan potensial
sekali untuk menjadi awal dari keretakan yang akan merambat karena beban
berulang.
b. Kekuatan Permukaan.
Benda kerja yang menerima beban paling tinggi adalah bagian permukaan,
oleh karena itu retak sering kali diawali ( merambat ) dari permukaan. Jadi
benda kerja yang mempunyai kekuatan permukaan lebih tinggi akan memiliki
fatique limit / strength yang lebih tinggi( diberi laku permukaan.
c. Residual Compressive Stress.
Dengan membiarkan tegangan sisa dipermukaan, akan menyebabkan fatique
limit / strength berkurang.
d. Korosi.
Media korosif pada bagian yang menerima cyclic stress akan menurunkan
ketahanan terhadap kelelahan dengan adanya korosi dapat mempercepat
terjadinya kelelahan ( corrosion fatique




















BAB III STRUKTUR KRISTAL DAN DEFORMASI

a. Struktur Atom.
Semua zat terdiri dari atom dan atom terdiri dari inti ( terdiri dari
sejumlah proton
dan neotron ) yang dikelilingi oleh sejumlah elektron. Elektron menempati
sel tertentu
dan satu atom mempunyai satu sel atau lebih, setiap sel ditempati oleh
elektron
sebanyak 2n2, dimana n adalah nomor sel.Jumlah elektron terluar banyak
menentukan sifat dari unsur tersebut, atom yangmemiliki jumlah elektron
yang sama pada sel terluar yaitu unsur pada group yangsama akan memiliki
sifat yang hampir sama.
b. Ikatan Atom
Ada tiga jenis ikatan atom yang utama yaitu:
( Ikatan ionik
( Ikatan kovalen atau homopolar.
( Ikatan logam.

1. Ikatan Ionik.
Bila suatu atom hanya memiliki satu elektron pada sel terluar, maka ia
cenderung untuk melepas elektron tersebut dan sel yang lebih dalam yang
biasanya
sudah terisi penuh akan menjadi sel terluar dan ini menyebabkan menjadi
lebih
stabil, tetapi hal ini menyebabkan atom kelebihan proton ( yang bermuatan
positip) sehingga atom akan bermuatan positip( berubah menjadi ion positip.
Sebaliknya bila otom lain yang memiliki tujuh elek tron pada sel
terluarnya, ia
cenderung menerima satu elek tron lagi dan bila ini terjadi atom itu akan
bermuatan negatif ( karena kelebihan elektron )( ion negatif. Bila kedua
elektron ini berdekatan akan terjadi tarik menarik karena kedua ion itu
memiliki muatan listrik yang berlawanan kedua atom itu akan terikat satu
sama lain dengan gaya tarik menarik ( ionik bonding.
2. Ikatan Kovalen.
Beberapa atom dapat memperoleh konfigurasi elektron yang stabil dengan
saling meminjamkan elektronya. Dengan saling meminjamkan elektron ini atom
akan memperoleh susunan elektron yang stabil tanpa menyebabkan menjadi
bermuatan. Ikatan akan terjadi melalui elektron yang saling dipinjamkan
itu, elektron ini masih mempu nyai ikatan dengan atom asalnya tetapi juga
sudah terikat dengan atom yang meminjamnya.
3. Ikatan Logam
Disini juga terjadi saling meminjamkan elektron, hanya saja jumlah atom
yang
sama-sama saling meminjamkan elektron valensinya ini hanya antara dua atau
beberapa atom tetapi dalam jumlah yang tak terbatas. Setiap atom
menyerahkan
elektron valensinya untuk digunakan bersama. Dengan demikian akan ada
ikatan
tarik menarik antara atom-atom yang saling berdekatan dan jarak antar atom
ini
akan tetap. Bila menjauh ditarik dan bila mendekat ditolak ( ikatan logam.
C. Struktur Krista[
Ada tujuh macam sistem kristal yaitu: cubic, tetragonal, arthorhombic,
monoclinic, triclinic, hexagonal dan rombohedral. Dari ketujuh sistim
kristal tersebut
ternyata ada 14 jenis bentuk space latice yang mungkin terjadi. Kebanyakan
logam-
logam yang penting membeku dengan membentuk kristal dengan sistem kristal
kubus atau sistem kristal hexagonal.
Dari ke empat belas space latice tersebut ternyata hanya ada tiga macam
saja
yang sering dijumpai pada logam-logam yang biasa digunakan yaitu:
-Face Centered Cubic ( FCC ) atau Kubus Pemusatan Sisi ( KPS ).
-Body Centered Cubic ( BCC ) atau Kubus Pemusatan Ruang ( KPR ).
-Hexagonal Close Packet ( HCP ) atau Hexagonal Tumpukan Padat / HTP
Disamping itu ternyata ada beberapa unsur yang dapat dijumpai dengan jenis
space latice yang berbeda, sifat yang demikian ini dinamakan polimorfi.
Diantara
logam-logam yang memiliki sifat polimorfi ini ada yang sifat polimorfinya
bersifat
reversble, pada suatu kondisi jenis space laticenya tertentu dan bila
kondisi berubah, space laticenya juga berubah, bila kondisinya kembali
seperti semula maka kondisinya akan kembali seperti semula, sifat ini
disebut " ALLOTROPI "













Gambar 1, Sifat allotropi struktur kristal besi yang berubah karena
temperatur

d. Kistalisasi.
Kristalisasi yaitu proses pembentukan kristal yang terjadi pada saat
pembekuan,
perubahan dari fasa cair ke fasa padat dan dilihat dari mekanismenya
kristalisasi
terjadi melalui dua tahap:
a. Pengintian ( nucleation ).
b. Pertumbuhan kristal ( crystal growth ).
e. Cacat Pada Kristal ( Imperfection ).
Kristal yang sempurna adalah kristal yang susunan atomnya seluruhnya
teratur
mengikuti suatu pola tertentu. Cacat yang dimaksud disini adalah ketidak
sempurnaan susunan atom dalam kristal ( latice ). Cacat ini dapat terjadi
pada saat
pembekuan ataupun sebab-sebab mekanik. Cacat ini dapat berupa:
1. Cacat titik ( point ).
2. Cacat garis ( line defect ).
3. Cacat bidang ( interfacial defect ).
4. Cacat bidang ( bulk defect ).












BAB IV. SUSUNAN PADUAN

Definisi
Paduan ( alloy ) adalah campuran bahan yang memiliki sifat-sifat logam yang
terdiri dari dua atau lebih komponen ( unsur ) dan sedikitnya satu komponen
utamanya adalah logam.
Sisitem Paduan adalah suatu sistem yang terdiri dari semua paduan yang
dapat terbentuk dari beberapa unsur dengan semua macam komposisi yang
mungkin dibuat.
Fase ( Phase ) adalah bagian dari material yang homogen, komposisi kimia
dan
strukturnya, dapat dibedakan secara fisik, dapat dipisahkan secara mekanik
dari
bagian lain material itu.
Pada paduan dalam keadaan padat tiga kemungkinan macam fase yaitu:
1. Logam murni.
2. Compound ( senyawa ).
3. Larut padat ( solid solution ).
1. Logam Murni.
Pada kodisi equilibrium logam murni akan mengalami perubahan fase pada
suatu temperatur tertentu, perubahan dari fase padat ke cair akan terjadi
pada
temperatur tertentu dinamakan titik cair, perubahan ini berlangsung pada
temperatur yang tetap hingga seluruh perubahan selesai.
2. Coimpound ( Senyawa ).
Copound / senyawa adalah gabungan dari beberapa unsur dengan perbandingan
tertentu yang tetap, compound memiliki sifat dan struktur yang sama sekali
berbeda dari unsur-unsur pembentuknya.
Ada tiga macam compound yang sering dijumpa
1. Intermetallic Compound, biasanya terbentuk dari logam-logam yang sifat
kimianya berbeda dan kombinasinya mengikuti aturan valensi kimia, sifatnya
seperti non metal, keuletan dan konduktifitas listrik rendah dan struktur
kristalnya komplek. Contoh: CaSe, Mg2Pb, Mg2Sn, Cu2Se.
2. Interstitial Compound, biasanya terbentuk dari logam-logam transisi
seperti:
Sc, Ti, Ta, W, Fe dengan H, O, C, B dan N kelima atom ini diameter atomya
sangat kecil sehingga dapat masuk ke dalam lattice kristal logam diatas
secara interstitial. Contoh: Fe3C, TiC, TaC, W2C, Fe4N, CrN, TiH.
3. Electron Compound, senyawa ini dapat terbentuk diantara logam-logam:
Cu, Au, Ag, Fe dan Ni dengan logam-logam: Cd, Mg, Sn, Zn dan Al.
3. Larutan Padat ( Solid Solution ).
Solid solution adalah larutan dalam keadaan padat terdiri dari dua atau
lebih
jenis atom yang berkombinasi dalam satu jenis space lattice. Biasanya
kelarutan
dalm keadaan padat jauh lebih rendah dari pada kelarutan pada keadaan cair.
Ada
dua jenis larutan padat yaitu : larutan padat substusional dan larutan
padat

3.1.Larutan padat substitusional.
Pada larutan jenis ini atom solute menggantikan tempat ( substitusi ) atom
solvent dalam struktur lattice solvent. Pada sisitim paduan ini ada
beberapa faktor
yang mempengaruhi kelarutan antara lain:
1. Crystal struktur faktor.
2. Relative size faktor.
3. Chemical affinity factor.
4. Relative-valence factor.

3.2.Larutan Padat Interstisial.
Larutan ini dapat terbentuk bila atom dengan diameter yang sangat kecil
dapat
menyisip ( masuk ) pada rongga antar atom dalam struktur lattice dari
solvent
dengan diameter atom yang besar. Atom yang ukuranya sangat kecil antara
lain:
hidrogen ( 0,46 A ), boron ( 0,97 ), carbon ( 0,71 ) dan oksigen ( 0,60 ).
Larutan padat interstitial biasanya mempunyai kelarut padatan sangat
terbatas dan
biasanya juga tidak penting, kecuali larutan padat karbon dalam besi yang
sangat
banyak mempengaruhi struktur dan sifat baja. Berbeda dengan intermetalic
dan interstitial compound, larutan padat mudah dipisahkan ( diuraikan )
dengan mencair pada daerah temperatur tertentu, sifatnya dipengaruhi oleh
sifat solvent dan solute, komposisinya dapat bervariasi sangat luas
sehingga tidak dapat dinyatakan dengan suatu rumus kimia. Dan perlu diingat
bahwa dalam suatu paduan seringkali strukturnya merupakan kombinasi dari
beberapa fase


























BAB V. DIAGRAM FASE

Fungsi diagram fase:
1. Mengetahui fase-fase pada tiap temperaturnya.
2. Meramalkan strukturmikro yang akan diperoleh melalui proses
solidifikasi.
3. Mengaitkan / meramalkan sifat mekanik dari struktur mikro yang kita
peroleh.
4. Meramalkan proses penguatan yang mana yang dapat diterapkan pada
paduan itu


Gambar 2. Diagram Fe-Fe3C



Variasi Diagram Fase Briner ( Diagram fasa Fe-Fe3C )
Dari diagram fasa Fe – Fe3C terlihat bahwa secara garis besar sistim
paduan
besi – karbida besi dapat dibedakan menjadi dua yaitu baja dan besi tuang (
cast
iron )
Nama-nama yang terdapat pada diagram fasa besi – karbida besi dapat
dijelaskan sbb:
1. Cementite adalah karbida besi Fe3C merupakan senyawa interstitial
mengandung 6,67% C. Sangat keras ( sekitar 650 BHN ) getas dan kekuatanya
rendah ( sekitar 350 kg/cm2).
2. Austenite adalah larutan padat karbon dalam besi (. Kekuatan tariknya
sekitar
1050 kg/cm2, kekerasan 40 Rc, ketangguhan tinggi dan biasanya tidak stabil
pada temperatur kamar.
3. Ledeburite adalah suatu eutectic mixture dari austenite dan cementite,
mengandung 4,3% C dan terbentuk pada temperatur 1130oC.
4. Ferrite adalah larutan padat karbon dalam besi (. Kelarutan karbon
maksimum
0,025% ( pada 723oC ) dan hanya 0,008% pada temperatur kamar. Kekuatanya
rendah tetapi keuletanya tinggi, kekerasannya kurang dari 90 Rb.
5. Pearlite adalah suatu eutectoid mixture dari sementite dan ferrite.
Mengandung
0,8% C dan terbentuk pada 723oC.
6. Lower Critical Temperature A1temperatur eutectoid. Pada diagram fasa Fe-
Fe3C tampak berupa garis mendatar di temperatur 723oC. Pada temperatur
initerjadi reaksi eutectoid:
Austenite Ferrite + Sementite = Pearlite
7. Upper Critical Temperature A3tempeature awal terjadinya perubahan
allotropik dari ( ke ( ( pada pendinginan ) atau akhir perubahan
allotropik dari (ke ( ( pada pemanasan ).
8. Garis solvus Acmmerupakan batas kelarutan karbon dalam austenite.
Catatan:
Ferit pro eutektoid adalah ferit yang terbentuk sebelum terjadi reaksi
eutektoid
yaitu untuk membedakan dengan ferit yang terbentuk pada saat reaksi
eutektoid dan paradigma selanjutnya sudah tidak terjadi perubahan fasa






















BAB VI. STRUKTUR METALOGRAFI DAN KAITANNYA
DENGAN SIFAT

Jika permukaan dari spesimen suatu baja di persiapkan dengan cermat dan
struktur mikronya diamati dengan mikroskup maka akan tampak baja tersebut
memiliki struktur mikro yang berbeda-beda. Jenis struktur mikro yang ada
sangat
dipengaruhi oleh komposisi kimia dari baja dan jenis perlakuan panas yang
diterapkan pada baja tersebut. Stuktur mikro yang ada pada baja adalah:
ferit,
perlit, bainit, martensit, sementit dan karbida lainya
1.Ferit.
Larutan padat karbon dan unsur paduan lainya pada besi kubus pusat badan
( Fe ). Ferit terbentuk pada proses pendinginan yang lambat dari austenit
baja
hypoeutektoid pada saat mencapai A3
. Ferit bersifat sangat lunak, ulet dan kekerasannya sekitar 70-100 BHN
memiliki konduktifitas yang baik. Jika austenit didinginkan dibawah A3
akan bertrasnformasi ke ferit ( kelarutan C maksimum sekitar 0,025% pada
temperatur 723oC ).
2.Sementit
Senyawa besi dengan karbon yang umumnya dikenal sebagai karbida besi
dengan rumus kimia Fe3C dengan kandungan C 6,67%. Sel satuanya orthorombik
dan kekerasanya 65-68 HRC, pada struktur hasil anil karbida tersebut
bebentuk bulat dan tertanam pada matrik ferit yang lunak.
3.Perlit
Campuran sementit dan ferit yang memiliki kekerasan sekitar 10-30 HRC. Jika
baja eutektoid ( 0,8% C ) diaustenisasi kemudian didinginkan dengan cepat
sampai
dibawah A1 dan dibiarkan hingga terjadi transformasi isothermal maka
austenit akan mengurai dan membentuk perlit melalui proses pengintian dan
pertumbuhan, perlit yang terbentuk berupa campuran ferit dengan sementit.
Pembentukan Pearlite:
1. Transformasi ( ( ( + Fe3C ( pearlite ) diawali pada batas butir.
2. Laju pendinginan makin cepat struktur pearlite makin halus ( jarak antar
lamel Fe3C makin rapat ).
3. Makin halus struktur pearlite maka kekuatan baja meningkat.
4.Bainit
Merupakan fasa yang meta stabil yang diperoleh dari austenit pada
temperatur
yang lebih rendah dari temperatur transformasi ke perlit dan lebih tinggi
dari
temperatur transformasi ke martensit. Kekerasanya sekitar 45-55 HRC
tergantung
temperatur transformasinya.
Temperatur awal terbentuknya Bainit secara empiris:
B start( oC ) = 830 – 270 ( %C )- 90 (%Mn)-37(%Cr)-83(%Mo)
5.Martensit
Merupakan larutan padat dari karon lewat jenuh yang melewati fasa austenit
sehingga latice sel satuanya terdistorsi, sifatnya sangat keras dan
diperoleh dengan
laju pendinginan yang lebih besar dari pendinginan kritiknya. Sel satuan
martensit
BCT atom karbon dianggap menggeser latis kubus menjadi tetragonal,
kelaruatan
karbon dalam BCC menjadi lebih besar jika terbentuk martensit dan hal
inilah yangmenyebabkan BCT.
Pembentukan Martensit tergantung oleh komposisi karbon sedangkan sisa
austenit dapat dihilangkan dengan:
- proses temper ( bertujuan untuk menghilangkan sisa austenit.
- Sub zero treatment
Rekomposisi austenit pada temperatur:
- 80 – 160oC : pembentukan karbida yang mempunyai karbon tinggi ( ( karbida
)
tidak terikat pada komposisi yang perbandinganya tetap.
- 230 - 280oC : pembentukan bainit.
- 160 - 400oC : pembentukan dan pertumbuhan Fe3C dengan hilangnya (
karbida.
- 400 - 700oC : pertumbuhan lanjut dari Fe3C dan pertumbuhan dari sementit.
- Baja paduan yang mengandung elemen paduan: Cr, V, W yang mempunyai
kecenderungan membentuk karbida maka dilakukan proses secondary hardening
pada temperatur ( 550oC.
6.Karbida.
Unsur-unsur paduan seperti: C, Mn, Cr, W, Mo dan V pada baja akan
menimbulkan terbentuknya karbida-karbida seperti: M3C, M23C6, M6C, M7C3
dimana menyatakan atom-atom logam sedangkan C menyatakan kadar karbon.
Karbidamemiliki kekerasan yang sangat tinggi sehingga dapat meningkatkan
ketahanan aus dari baja perkakas. Banyaknya karbida yang terbentuk
tergantung dari kadar karbon dan unsur paduan dari jenis baja tsb. Pada
baja hypereutektoid unsur paduan yang memperkaya austenit seperti: Cr, W,
Mo atau V akan menciptakan kondisi yang mempermudah terbentuknya
presipitasi karbida pada saat dikeraskan maupun pada saat ditemper
Klasifikasi dan sifat umum karbida dalam suatu perkakas.

(Tabel klasifikasi karbida)
Karbida Sementit:
Karbida besi dengan simbul M3C terdapat pada semua jenis baja.
Kekerasanya berkisar antara 910 dan 1050 HV tergantung kondisi
pembentukanya
Karbida Chrom kompleks M23C6( Cr, Fe, Mo, W, V )23C6
Karbida seperti ini akan ada pada baja dengan kadar krom lebih dari 3-4%
dan kadar C kurang dari 0.8 – 1 %. Kekerasanya bervariasi antara 1000 dan
1100 HV, ketika diaustenisasi pada temperatur sekitar 950 – 1000oC, karbida-

karbida tersebut akan memperkaya austenit dengan V, Mo dan W. Pada HSS
yang memiliki temperatur pengerasan yang tinggi, M23C6 seluruhnya akan
larut,
sedangkan pada jenis baja yang lain sebagian karbida tidak larut.(
Karbida Chrom kompleks M7C3( Cr, Fe, Mo, W, V )7C3
Karbida seperti ini akan mengandung krom lebih dari 3-4 % dan C lebih dari
0.8 – 1 %. Kekerasanya sekitar 1600 – 1800 HV karbida M7C3
memperkayaaustenit dengan Cr, V, Mo dan W pada temperatur pengerasan
sekitar 950 –1150oC. Keberadaan karbida ini akan meningkatkan ketahanan aus
dan stabilitasthermal.
( Karbida W - Mo kompleks ( Cr, Mo, W, V )6C.
Merupakan karbida utama yang ada pada semua jenis baja HSS dan hot-
worked, kekerasanya bervariasi antara 1200 – 1300 HV, larut dalam austenit
dalam rentang temperatur 1150 – 1300oC. Baja yang memiliki karbida ini akan
memiliki ketahanan aus yang tinggi, pada saat ditemper pada temperatur
sekitar
500- 600oC, karbida ini akan terbentuk hasil transformasi dari fasa karbida
lain.
Karbida Vanadium ( MC ):
Karbida ini memiliki kekerasan yang sangat tinggi sekitar 2000 HV sehingga
mampu meningkatkan ketahanan aus dari baja yang bersangkutan. Larut dalam
austenit pada temperatur sekitar 1100 - 1150oC dan kandungan maksimum 1.5
–2%

Elemen Paduan VS Diagram Fe- C
( Elemen Penstabil fasa Austenite: ( Merendahkan A1
- Open ( field: Ni, Mn, Co & Ru, Pd, Os, Ir, Pt.
- Expanded ( field: C, N, Cu, Zn, Au.
( Elemen Penstabil fasa Ferrite: ( Menaikan A1
- Closed ( field: Si, Al, Be, P & Ti, V, Mo, Cr.
- Contracted ( field: B & Ta, Nb, Zr.
( Elemen Perubah titik Eutectoid:
Semua elemen paduan mengeser titik eutectoid ke kandungan karbon yang
lebih rendah.
( Elemen Pembentuk Karbida / Nitrida:
- Karbida: Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Zr.
- Nitrida: Al dan semua elemen pembentuk karbida membentuk nitrida.

Pengaruh Unsur Paduan Spesifik Terhadap Baja
Sifat mekanik yang diperoleh dari proses perlakuan panas sangat tergantung
pada komposisi kimia material. Baja merupakan kombinasi Fe dan C disamping
unsur yang lain seperti: Mn, P, S dan Si yang senantiasa ada walaupun
sedikit.
Penambahan unsur-unsur padauan seperti: Mn, Ni, Cr, Mo, V, M dst baik
secara
individu maupun kombinasi dapat menolong untuk mencapai sifat-sifat yang
diinginkan. Adapun pengaruh unsur paduan spesifik terhadap sifat baja dapat
diuraikan sbb:
1. Karbon.
C adalah unsur pengeras utama pada baja, jika berkombinasi dengan besi
akan membentuk karbida Fe3C atau sementit yang sifatnya keras, yang akan
meningkatkan kekuatan tarik dan kekerasan namun akan menurunkan kekuatan
impak. Jika kadar karbon diatas 0,85% kekuatanya cenderung turun karena
setelah di quench kekerasan maksimum yang dicapai sebanding dengan
peningkatan kadar karbon, namun diatas 0,6% laju kenaikan kekerasanya
menjadi kecil. Untuk baja konstruksi kadar karbonya antara 0,1 – 0,6 %,
untuk
baja perkakas 0,5 – 1,4%, untuk baja case hardening 0,05 – 0,025%.
2. Mangan.
Unsur ini ada pada seluruh baja komersiil yang berfungsi untuk
meningkatkan kekerasan dan kekuatan, menurunkkan laju pendinginan kritik
sehingga mampu keras baja dapat ditingkatkan dan juga meningkatkan
ketahanan terhadap abrasi. Baja dengan kadar karbon yang tinggi ( > 0,8% )
disebut baja paduan mangan. Baja mangan banyak digunakan untuk pegas,
sambungan rel KA, Crusher, dan komponen dredger.
3. Silikon.
Si dan Mn adalah unsur yang selalu ada pada baja, keberadaan Si pada baja
konstruksi 0,35%. Si menaikan kekerasan dan elastisitas tetapi menurunkan
kekuatan tarik dan keuletanya. Jika dikeraskan dan ditemper baja silikon
akan
memiliki kekuatan yang tinggi disertai keuletan dan ketahanan terhadap
impak.
Digunakan pada baja dengan histerisis yang rendah, baja pegas serta sebagai
material tahan asam pada industri Petrokimia.
4. Chrom.
Cr merupakan unsur yang penting setelah C dan dapat membentuk karbida.
Cr ada pada baja-baja konstruksi dan baja perkakas dengan grade yang tinggi
dan Cr merupakan salah satu unsur utama pada HSS. Pada baja tahan karat dan
baja tahan panas, Cr meningkatkan ketahanan korosi, karena Cr dapat
membentuk lapisan oksida Cr dipermukaan baja. Cr digunakan untuk
meningkatkan mampu keras baja, kekuatan tarik, ketangguhan dan ketahanan
abrasi.
5. Nikel.
Ni digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan ketangguhan baja, jika
jumlah Ni relatif banyak maka austenit baja akan stabil sampai temperatur
kamar.
Ni tidak membentuk karbida dan tidak berpengaruh pada kekerasan dan
memperbaiki ketahanan korosi. Baja paduan nikel digunakan sebagai material
konstruksi dan teknik dengan kadar sekitar 2-4%, komponen mesin dan case
hardening.
6. Molibden.
Mo sangat besar pengaruhnya terhadap mampu keras dibandingkan Mn,
dengan penambahan Mo pengerasan baja meningkat dan laju pendinginan
kritiknya menurun. Jika berkombinasi dengan unsur lain akan meningkatkan
ketangguhan dan ketahanan mulur dan juga meningkatkan ketahanan pada
temperatur tinggi, menurunkan temper embrittlement. Temper embrittlement
ini
sering terjadi pada baja-baja Ni-Cr pada saat pendinginan dengan laju
pendinginan tinggi dari temperatur temperingnya.
7. Wolfram.
W membentuk karbida komplek, baja paduan W mempunyai kekerasan yang
tinggi, tahan abrasi, kekuatan dan kekerasan pada temperatur tinggi yang
baik, W
juga menyebabkan transformasi austenit ke martensit menjadi lambat dan
dapat
memperlambat pertumbuhan butir. Baja paduan W tidak rentan terhadap
overheating dan pada baja austenitik Cr-Ni penambahan W dapat menaikan
batas mulurnya. Baja paduan W banyak digunakan pada HSS, baja perkakas,
hotwork, baja magnet, katup dan baja tahan karat.
8. Vanadium.
Pada baja konstruksi vanadium menaikan kekuatan tarik dan batas mulur.
Vanadium merupakan unsur pembentuk karbida yang kuat dan sifatnya sangat
stabil, dengan penambahan sekitar 0,04% - 0,05% mampu keras baja karbon
medium dapat ditingkatkan, diatas harga tsb mampu kerasnya menurun karena
adanya pembentukan karbida yang tidak larut.
Vanadium banyak digunakan pada baja perkakas karena dapat
meningkatkan kekerasan pada temperatur tinggi dan bila jumlahnya cukup
ketahanan ausnya juga akan meningkat.
V bersama dengan Cr, Ni dan Mo digunakan pada baja konstruksi yang
menerima tegangan yang tinggi, digunakan pada meterial " Punching dan
Blanking dies ", coldwork dan forming dies serta pada HSS





















BAB VII . KEKUATAN TEORITIK

Kekuatan Teoritik
Perhitungan kekuatan teoritis yang tepat memerlukan pengetahuan mengenai
perilaku jangka panjang dari interaksi antar potensi, dan dengan demikian
non-linear antar aspek kekuatan. Selain itu, orang perlu pengetahuan
mengenai ikatan kovalen yang perlu interaksi multi-tubuh, serta pengetahuan
tentang rentang antara struktur dari kaca berbentuk jaringan. Akhirnya,
satu juga membutuhkan pengetahuan mengenai efek topologi gangguan pada
konsentrasi tegangan, dan penggunaan suhu terbatas untuk memungkinkan
perubahan-perubahan struktural dan deformasi plastik.
Dalam ilmu material, kekuatan dari suatu material adalah kemampuannya
untuk menahan tegangan tanpa kegagalan. Kekuatan luluh mengacu pada teknik
titik pada kurva tegangan-regangan (sebagai lawan sejati kurva tegangan-
regangan) di luar materi yang dimulai deformasi yang tidak dapat dibalikkan
pada pemuatan penghapusan. Kekuatan ultimate mengacu pada teknik titik pada
kurva tegangan-regangan maksimum yang sesuai dengan stres. Tegangan dapat
tarik, tekan, atau geser, torsi.
Sebuah kekuatan bahan tergantung pada mikrostruktur. Proses teknik
yang terkena material dapat mengubah mikrostruktur ini. Berbagai penguatan
mekanisme yang mengubah kekuatan material kerja meliputi pengerasan,
penguatan larutan padat, curah hujan pengerasan dan penguatan batas butir
dan dapat dikuantifikasi dan kualitatif menjelaskan. Namun, mekanisme
penguatan disertai dengan peringatan bahwa beberapa sifat mekanik bahan
dapat merosot dalam usaha untuk membuat materi lebih kuat. Misalnya, dalam
batas butir penguatan, meskipun kekuatan luluh dimaksimalkan dengan
penurunan ukuran butir, pada akhirnya, ukuran butir yang sangat kecil
membuat materi rapuh. Secara umum, kekuatan luluh material adalah indikator
yang memadai dari kekuatan mekanik bahan. Dipertimbangkan bersama-sama
dengan fakta bahwa kekuatan luluh adalah parameter yang memprediksi
deformasi plastik dalam materi, seseorang dapat membuat keputusan tentang
bagaimana meningkatkan kekuatan material, tergantung pada sifat
mikrostruktur dan efek akhir yang diinginkan. Kekuatan dianggap dalam hal
kekuatan tekan, kekuatan tarik, dan kekuatan geser, yaitu negara-negara
batas kompresi stres, tegangan tarik dan tegangan geser, masing-masing.
Efek pembebanan dinamis mungkin yang paling praktis yang penting bagian
dari kekuatan material, terutama masalah kelelahan. Loading ulang sering
memulai rapuh retak, yang tumbuh perlahan-lahan sampai terjadi kegagalan.
Namun, istilah kekuatan bahan paling sering merujuk pada berbagai metode
untuk menghitung tekanan pada anggota-anggota struktural, seperti balok,
kolom dan shaft. Metode yang dapat digunakan untuk memprediksi respons dari
struktur di bawah loading dan kerentanan terhadap berbagai mode kegagalan
dapat mempertimbangkan berbagai properti dari bahan selain bahan (yield
atau tertinggi) kekuatan. Sebagai contoh kegagalan dalam tekuk bahan
tergantung pada kekakuan (Young Modulus).
Sebuah materi yang dimuat dalam sebuah) kompresi, b) ketegangan, c)
geser.
Uniaksial stres dinyatakan oleh di mana F adalah gaya [N] yang bekerja pada
suatu daerah A [m2]. Kawasan dapat menjadi kawasan atau undeformed daerah
cacat, tergantung pada apakah rekayasa stres atau stres benar digunakan.
Compressive stres (atau kompresi) adalah negara stres yang disebabkan
oleh beban yang diterapkan tindakan untuk mengurangi panjang material
(kompresi anggota) di sumbu beban yang diterapkan, dengan kata lain negara
stres yang disebabkan oleh bahan memeras. Sebuah kasus sederhana kompresi
adalah kompresi uniaksial dipicu oleh tindakan yang berlawanan, mendorong
kekuatan. Kekuatan tekan untuk bahan secara umum lebih tinggi dibandingkan
dengan tegangan tarik. Namun, struktur loaded in kompresi tunduk pada mode
kegagalan tambahan tergantung pada geometri, seperti tekuk Euler.
Tensile stres adalah negara stres yang disebabkan oleh beban yang
diterapkan cenderung memanjang materi dalam sumbu beban yang diterapkan,
dengan kata lain stres yang disebabkan oleh bahan menarik. Struktur
kekuatan yang sama luas penampang silang loaded in ketegangan tidak
tergantung penampang geometri. Bahan loaded in ketegangan yang rentan
terhadap stres konsentrasi seperti bahan cacat atau perubahan mendadak
dalam geometri. Namun, bahan menunjukkan perilaku ulet (logam misalnya)
dapat mentolerir beberapa cacat sementara bahan rapuh (seperti keramik)
bisa gagal utama mereka di bawah stres.
Tegangan geser adalah negara stres yang disebabkan oleh sepasang
menentang gaya yang bekerja sepanjang garis-garis sejajar tindakan melalui
materi, dengan kata lain stres yang disebabkan oleh wajah-wajah geser
material relatif terhadap satu sama lain. Contohnya adalah memotong kertas
dengan gunting.
[sunting] Kekuatan istilah
Yield terendah kekuatan adalah stres yang memberikan deformasi permanen
dalam suatu material. Dalam beberapa bahan, seperti aluminium paduan, titik
menyerah sulit didefinisikan, sehingga biasanya diberikan sebagai tegangan
yang diperlukan untuk menimbulkan ketegangan 0,2% plastik. Hal ini disebut
0,2% bukti stres.
Kekuatan Compressive batas kompresi keadaan stres yang mengarah ke
kompresi kegagalan dalam cara ulet kegagalan (hasil teoritis tak terbatas)
atau dalam cara kegagalan getas (pecah sebagai hasil perambatan retak, atau
meluncur sepanjang pesawat yang lemah – lihat kekuatan geser).
Tensile strength atau kekuatan tarik utama adalah keadaan batas tegangan
tarik tarik yang mengarah pada kegagalan dalam cara ulet kegagalan (hasil
sebagai tahap pertama gagal, beberapa pengerasan pada tahap kedua dan
istirahat setelah mungkin "leher" formasi) atau dalam cara kegagalan getas
(tiba-tiba pecah dalam dua atau lebih potongan dengan keadaan stres yang
rendah). Kekuatan tarik dapat diberikan baik sebagai teknik benar stres
atau stres.
Kelelahan kekuatan adalah ukuran kekuatan suatu material atau komponen di
bawah beban siklik, dan biasanya lebih sulit untuk menilai daripada ukuran
kekuatan statis. Kekuatan fatik diberikan sebagai amplitudo stres atau
stres range (Δσ = σmax – σmin), biasanya pada tegangan rata-rata nol,
bersama dengan jumlah siklus kegagalan.
Dampak kekuatan, itu adalah kemampuan bahan tahan tiba-tiba diterapkan
oleh banyak dalam hal energi. Sering diukur dengan kekuatan dampak Izod tes
atau ujian Charpy dampak, baik yang mengukur dampak fraktur energi yang
dibutuhkan untuk sampel.
Strain (deformasi) istilah
Deformasi dari materi adalah perubahan geometri ketika stres diterapkan
(dalam bentuk gaya pemuatan, medan gravitasi, percepatan, ekspansi termal,
dll). Deformasi dinyatakan oleh bidang perpindahan material.
Strain atau mengurangi deformasi adalah sebuah istilah matematika untuk
mengekspresikan kecenderungan perubahan deformasi antara bidang material.
Untuk uniaksial loading – perpindahan dari spesimen (misalnya sebuah bar
elemen) itu dinyatakan sebagai hasil bagi perpindahan dan panjang spesimen.
Untuk 3D perpindahan ladang itu dinyatakan sebagai turunan dari fungsi
perpindahan dalam hal urutan kedua tensor (dengan 6 unsur independen).
defleksi adalah istilah untuk menggambarkan besar yang elemen struktural
membungkuk di bawah beban.
[sunting] Stres-regangan hubungan
Elastisitas adalah kemampuan dari suatu material untuk kembali ke bentuk
sebelumnya setelah stres dilepaskan. Dalam banyak bahan, hubungan antara
tegangan dan regangan yang dihasilkan berbanding lurus (sampai batas
tertentu), dan sebuah grafik yang mewakili dua kuantitas adalah garis
lurus.
Kemiringan garis ini dikenal sebagai Modulus Young, atau "Modulus of
Elasticity." Elastisitas Modulus dari yang dapat digunakan untuk menentukan
hubungan tegangan-regangan di bagian linier-elastis dari kurva tegangan-
regangan. Elastis linear-daerah yang dianggap antara 0 dan 0,2% regangan,
dan didefinisikan sebagai wilayah ketegangan di mana tidak ada yang
menghasilkan (permanen deformasi) terjadi.
Plastisitas atau deformasi plastik adalah lawan dari deformasi elastis
dan diterima sebagai unrecoverable tegang. Deformasi plastik dipertahankan
bahkan setelah relaksasi dari tegangan. Kebanyakan bahan dalam kategori
elastis linear biasanya mampu deformasi plastik. Bahan rapuh, seperti
keramik, tidak mengalami deformasi plastik dan akan patah di bawah tekanan
yang relatif rendah. Bahan-bahan seperti logam biasanya mengalami sedikit
deformasi plastik sebelum kegagalan sementara lembut atau ulet polimer
cacad plasticly akan banyak lagi.
Mempertimbangkan perbedaan antara wortel dan mengunyah permen karet. Wortel
akan meregangkan sangat sedikit sebelum bubar, namun akan tetap meregang.
Yang mengunyah permen karet, di sisi lain, akan mengalami deformasi plastis
sangat sebelum akhirnya pecah.
[sunting] Desain istilah
Ultimate kekuatan adalah sebuah atribut yang langsung berhubungan dengan
material, bukan hanya spesimen tertentu dari materi, dan dengan demikian
dikutip gaya per satuan luas penampang (N / m²). Sebagai contoh, kekuatan
tarik tertinggi (UTS) dari AISI 1018 Steel adalah 440 MN / m². Secara umum,
satuan SI stres adalah pascal, di mana 1 Pa = 1 N / m². Dalam Imperial
unit, satuan stres diberikan sebagai lbf / in ² atau pound-force per square
inch. Unit ini sering disingkat sebagai psi. Satu ribu psi disingkat ksi.
Faktor keselamatan adalah kendala desain bahwa suatu komponen atau struktur
direkayasa harus dicapai. FS = UTS / R, di mana FS: para Faktor
Keselamatan, R: The diterapkan stres, dan UTS: Ultimate gaya (atau stres).
Margin of Safety juga kadang-kadang digunakan untuk sebagai kendala desain.
Didefinisikan MS = Faktor keselamatan – 1
Misalnya untuk mencapai faktor keamanan dari 4, stres yang diizinkan dalam
baja AISI 1018 komponen dapat bekerja sebagai R = UTS / FS = 440 / 4 = 110
MPa, atau R = 110 × 106 N / m².


















BAB VIII. BAJA PERKAKAS
BAJA PERKAKAS (TOOL STEEL)
Tool Steel adalah baja dengan kandungan Carbon antara 0.3 – 1.6% dan
mengandung unsur-unsur paduan lainnya (Cr, V, W, Mo, dll). Unsur-unsur
paduan tersebut membuat baja tersebut mempunyai sifat mekanik (kekerasan,
ketahanan abrasi, kemampuan potong, kekerasan pada temperatur tinggi) yang
sangat baik sehingga baja tersebut dapat digunakan sebagai tool (perkakas),
misalkan sebagai mould, dies atau pisau. Umumnya tool Steel digunakan
setelah di "heat treatment" (perlakuan panas), hal ini untuk mendapatkan
sifat mekanik yang benar-benar sesuai dengan kebutuhan.
Tool steel diproduksi dalam berbagai type atau grade. Pemilihannya
tergantung pada jenis pembebanannya (impact, abrasi) atau pada pekerjaannya
: stamping, cutting, extrusi, forging, dll.

Klasifikasi dari baja perkakas

Selection of Tool Steels
Most application:

1. Kekerasan
2. Ketangguhan
3. Tahan aus
4. Red hardness
Individual application:
1. Distorsi yang diijinkan
2. Surface decarburization yang ditoleransi
3. Hardenability atau deep of hardness yang diperoleh
4. Heat-treating yang dibutuhkan
5. Machinability

Karakteristik dari Tool Steels
1. Nondeforming property
Perkakas biasanya dikeraskan dengan laku panas
Pada pemanasan dan pendinginan baja akanmengalami pemuaian dan penyusutan
mengakibatkan perubahan bentuk dan ukuran mungkin juga terjadi distorsi
atau retak
Nondeforming property baik tidak banyak mengalami perubahan bentuk dan
dimensi
Perkakas yang kompleks atau yang mempunyai perbedaan penampang yang
drastis harus mempunyai sifat nondeforming yang baik
Biasanya air-hardening mempunyai sifat nondeforming yang baik

2. Deep of hardening
Perkakas sering kali memerlukan kekerasan pada seluruh penampang
Dalamnya penetrasi kekerasan ini berkaitan dengan hardenability
Semua unsur paduan, kecuali cobalt, menaikkan hardenability
Bila diperlukan kekerasan sampai ke bagian dalam maka dipilih high alloy
steel (deep hardening)
Shallow hardening steel, seperti group W, group F,dan beberapa group P
harus diquench dengan air

3. Toughness
Ketangguhan didefinisikan sebagai kemampuan menahan beban tanpa menjadi
patah, bukan kemampuan menyerap energi selama deformasi
Perkakas biasanya harus kaku (rigid), tidak boleh terjadi deformasi
plastic sedikitpun
Perkakas dengan kadar karbon rendah dan medium (group S dan H) akan
mempunyai ketangguhan paling baik, karenanya dikelompokkan dalam shock
resisting tool steel
Shallow hardening steel dengan inti yang tangguh dan lunak dianggap
mempunyai ketangguhan baik
Cold-work tool steel, yang kadar karbonnya tinggi, cenderung agak getas
dan dikatakan ketangguhannya rendah
4. Wear resistance
Didefiniskan sebagai ketahanan terhadap abrasi atau ketahanan terhadap
kehilangan toleransi dimensi
Dimiliki oleh semua baja perkakas tetapi ada beberapa baja perkakas yang
sangat baik sifat tahan ausnya terutama yang mengandung partikel-partikel
karbida yang tak larut
Wear resistance teruatama dibutuhkan oleh perkakas potong bermata tunggal
5. Red-hardness
Disebut juga hot-hardness, dikatakan sebagai kekerasan pada temperatur
tinggi
Red-hardness banyak berkaitan dengan ketahanan terhadap tempering pada
baja
Sifat ini diperlukan pada perkakas potong kecepatan tinggi dan perkakas
untuk hot-working
Unsur paduan carbide former, seperti chromium, tungsten, molybdenum
sangat memperbaiki sifat ini
Baja dengan kandungan unsur-unsur tersebut dalam jumlah banyak akan
memiliki sifat red-hardness yang sangat baik
6. Machinability
Kemampuan suatu bahan untuk dipotong dan menghasilkan permukaan yang
halus
Faktor yang berpengaruh: kekerasan pada kondisi anealed, strukturmikro
dan banyaknya karbida
Baja perkakas lebih sulit dimachining dibandingkan dengan baja konstruksi
Carbon tool steel (group W) mempunyai machinability paling baik diantara
baja perkakas
Machinability dan workability menurun dengan makin tingginya kadar karbon
dan paduan
Unsur pembentuk karbida yang kuat seperti chromium, vanadium dan
molybdenum membentuk sejumlah besar partikel karbida sesudah annealing
sehingga baja sulit dimachining
7. Resistance to decarburization
Keluarnya karbon dari baja yang terjadi selama baja dipanaskan (heat
treatment) diatas 700 oC
Jika terjadi decarburasi maka kekerasan yang diharapkan tidak akan
tercapai
Dekarburasi dapat dicegah dengan beberapa cara perlindungan (misal
pemanasan pada protective atmosphere)
Perkakas dengan desain yang kompleks dan tidak dapat digrinding setelah
pengerasan tidak boleh mengalami decarburasi
Shock-resisting tool steel paling jelek, hot-work tool steel agak baik
dan carbon tool steel paling baik ketahanan terhadap decarburasi

Jenis tool steel

Water-hardening tool steel (Group W)
1. Menurut kadar karbon :
a. 0,6 – 0,75 % C; aplikasi dimana ketangguhan adh syarat utama
b. 0,75% - 0,95%; aplikasi dimana ketangguhan dan kekerasan adalah penting
c. 0,95%- 1,40%; aplikasi dimana sifat tahan aus dan ketajaman sisi potong
sangat penting
2. Karakteristik
a. Kekerasan permukaan yang tinggi diperoleh dg heat treatment, quenching
dg media air.
b. Machineability paling tinggi.
c. Sifat red-hardness-nya jelek
d. Pemakaian terbatas untuk perkakas pemotongan kecepatan rendah, pemakanan
tipis dan bahan yang relatif lunak.


Shock-resisting steel (Group S)
a. Digunakan pada tools yang menerima beban kejut berulang-ulang.
b. Kadar karbon 0,45-0,65%, unsur paduan silicon, chrom, tungsten dan
molybdenum.
c. Wear resistance dan machineabilitynya bagus
d. Digunakan untuk forming tool, punch, pneumatic tool, shear blade


Cold-work tool steel
a.Group O (Oil hardening) mengandung mangan dan memiliki sifat nondeforming
yang baik
b.Group A (Baja paduan medium) mengandung 1% C, 3% Mn, 5% Cr dan 1% Mo.
Sifat Nondeforming istimewa, wear resistance baik, ketangguhan, red-
hardness sedang. Tetapi machineabilitynya jelek.
c. Group D (high carbon high chromium) 2,25% C dan 12% Cr. Sifat wear
resitance dan nondeforming istimewa.

Hot-work Steel (Group H)
a.Group H11-H19 (Chrom base hot work tool steel)
Memiliki red hardness yang baik dg 3,25% Cr.
Ketangguhan naik pada kadar akrbon dan unsur paduan rendah.
Air-hardenable, nondeforming baik.
b.Group H21-H26 (Tungsten base hot work steel)
Mengandung 9% tungsten, 2-12% Cr.
Red hardness makin baik tapi ketangguhan turun
Air-hardenable.
c. Group H41-H43 (Molybdenum base hot-work steel)
Mengandung 8% Mo, 4% Cr .
karakteristik sama dengan tungsten base hot-work steel.

High–speed tool steel
a. Tool steel yang memiliki kadar paduan tinggi
b.Tungsten base atau molybdenum base, dg unsur paduan chrom,vanadium dan
karbon 0,7-1%.
c. Sbg perkakas potong dikenal dg inisial HSS. Memiliki red hardness
sitimewa dg wear resisten dan ketanguhan yang hampir sama.

Metal Mold (Group P)
a. Memiliki Chrom dan Nikel sbg paduan utama.
b.Pada dasarnya baja paduan untuk dikarburizing
c. Kekerasan rendah pada kondisi annealed dan tahan terhdap work hardening
untuk proses hubbing.
d.Memiliki tahan aus setelah dikeraskan
e. Sifat red hardnessnya jelek

Special purpose tool steel
a. Jenis baja perkakas di luar yang disebut diatas.
b.Dibuat khusus utk menangani persyaratan istimewa pada suatu penggunaan.
c. Group L (low alloy) paduan utama Chrom, dg Vanadium, Molybden dan Nikel.
d.Group F (Carbon Tungsten) shallow hardening, water quench. Dg kadar
karbon dan tungsten yang tinggi sangat tahan aus.

Heat Treatment on Tool steel
Perlakuan Panas
1.Tidak boleh dipanaskan terlalu cepat
2.Dilakukan pemanasan bertahap untuk menghindari timbulnya gradien
temperature yang akan menibulkan tegangan.
3.Tidak dianjurkan dipanaskan pada etmperatur terlalu tinggi dan waktu
tahan yang lama.
4.Perlu dicegah timbulnya dekarburasi dan scalling pada baja perkakas group
tertentu.
5.Quenching dilakukan dengan media air, brine, minyak, udara atau garam
cair
6.Tempering dilakukan segera setelah quenching sebelum benda kerja mencapai
temperature kamar

Persentase Karbon dalam baja perkakas
Hardness/sharpness (high %C)
low temperature – cold work
high temperature – high speed
Toughness (medium %C)
low temperature – shock resistance
high temperature – hot work