Material Teknik

Pada pendinginan melewati temperatur eutektic (Gb. 9.11), struktur mikro yang terbentuk adalah struktur yang berbentuk lapisan atau lamellae (lapisan), struktur seperti ini disebut struktur eutectic. Pada pendinginan pada komposisi antara α dan titik eutectic akan terbentuk eutectic α, primary α, β. (gb. 9.13)

Material Teknik Universitas Darma Persada - Jakarta

60

REAKSI EUTECTOID DAN PERITECTIC Reaksi eutectoid yaitu

reaksi

dimana

terjadi

perubahan fase padat

menjadi 2 fase padat lainnya pada proses pendinginan atau sebaliknya. Contoh : pd T = 558 0C 75 Wt% Zn – 25 Wt% Cu.

δ

cooling

γ + ε

heating

Reak Reaksi si perit peritec ectic tic yait yaitu u pada pada pros proses es pema pemana nasa san, n, satu satu fase fase pada padatt beru beruba bah h menjadi 1 fase padat dan 1 fase cair. Contoh : pd T = 598 0C 78,6 Wt% Zn – 21,4 Wt% Cu.

δ+L

cooling

ε

heating


61


62

TRANSFORMASI FASE KONGRUEN/SEBANGUN Transf Transform ormasi asi fase fase congru congruent ent adalah adalah transf transform ormas asii fase fase dimana dimana tidak tidak terjad terjadii perubahan komposisi Lawannya transformasi fase incongruent → terjadi perubahan komposisi. Contoh transformasi fase congruent Titik M pada pada Gb. 9.18

.

HUKUM FASE GIBBS Konstr Konstruks uksii diagra diagram m fase fase dan kondis kondisii keseti kesetimba mbanga ngan n fase fase mengik mengikuti uti hukum hukum termodinamika. j.w. gibbs memberikan formula yang disebut disebut hukum fase gibbs :

P + F = C + N

P =

jumlah fase

F =

dera deraja jatt ke kebeba bebas san

C = N =

Misal

juml jumlah ah komp kompon onen en sist sistem em jumlah varibel non – komposisi.

: sistem Cu – Ag (Gb. 9.6) Tekanan konstan N = 1

(hanya temperatur variabel non komposisi)

P + F = 2+1 2+1 =3

F = 3 – P P

Jika fase = fase tunggal (α atau β atau L) P = 1 F = 3 – 1 = 2 F = 2

Artinya bahwa menerangkan karakteristik paduan mempunyai fase tunggal, kita harus menentukan 2 parameter yaitu komposisi dan temperatur.

SISTEM BESI KARBON Besi dengan campuran karbon adalah bahan yang paling banyak digunakan. DIAGRAM FASA BESI – BESI CARBIDA (Fe – Fe3C) Diagram fasa besi – besi carbida bisa dilihat pada gambar 9.22.


63

Diagram fasa besi – karbida dibatasi sampai komposisi karbon 6,7 %wt. Diatas 6,7 wt% bahan digolongkan kedalam bahan grafit.

-

besi murni

: pada temperatur ruang disebut ferit atau besi α yang mempunyai struktur kristal BCC. Ferit Ferit akan akan beruba berubah h menjad menjadii auste austenit nit atau atau besi besi γ pada temperatur 912 0C(1674 0C) dengan struktur krista kristall FCC. FCC. Pada Pada temper temperatu aturr 1538 1538 0C (280 (2800 0 0F) auste austenit nite e akan akan beruba berubah h menjad menjadii besi besi ferit ferit δ dan struktur kristal BCC.

- baja dan besi besi tuang adalah adalah besi yang yang mempunyai kadar kadar karbon kecil dari 6,7 wt %. Pada 6,7wt% terdapat kandungan Fe 3C sebesar 100 100 %wt, %wt, sehi sehing ngga ga kand kandun unga gan n karb karbon on 6,7 6,7 wt% wt% Material Teknik Universitas Darma Persada - Jakarta

64

disebut juga mempunyai kandungan 100 wt% Fe3C (cementite). - besi α (ferit)

:

komposisi ma maksimum C adalah 0, 0,022 wt% pa pada 727 0

C (1341 0F).

sifat bahan : - lunak - bisa dibuat dibuat magnet magnet pada pada temperatur temperatur dibawah dibawah 768 768 0

C

- kerapa kerapatan tan : 9,88 9,88 gr/c gr/cm m3. - austenite (besi γ )

: maksimum karbon 2,11wt% pada 11480C. Struktur kristal FCC. Austenite bersifat non magnet.

- besi δ (ferit δ)

: mempunyai bentuk yang sama dengan ferit α hanya temperatur yang beda yaitu antara 1394 0C sampai 1538 0C.

- cementite (fe3c)

: terbentuk ketika batas kelarutan karbon pada besi α terlew terlewati ati pada pada temper temperatu aturr dibawa dibawah h 727 0C. Fe3C juga terbentuk dengan fasa γ pada temperatur temperatur 727 s/d 1148 0C. Sifat mekanik cementite adalah keras dan

rapuh.

Kekuatan

beberapa

baja

bisa

ditingkatkan dengan kandungan cementite.

•

Reaksi eutectic terjadi pada 4,3 wt% C dan temperatur 1148 0C L

cooling

γ + Fe3C

heating

•

Reaksi eutectoid terjadi pada 0,77 wt% C dan temperatur 727 0C :

γ (0,77 Wt% C) → α (0,022 Wt% C) + Fe3C


65

Pada pendinginan melewati temperatur eutektic (Gb. 9.11), struktur mikro yang terbentuk adalah struktur yang berbentuk lapisan atau lamellae (lapisan), struktur seperti ini disebut struktur eutectic. Pada pendinginan pada komposisi antara α dan titik eutectic akan terbentuk eutectic α, primary α, β. (gb. 9.13)


67

REAKSI EUTECTOID DAN PERITECTIC Reaksi eutectoid yaitu

reaksi

dimana

terjadi

perubahan fase padat

menjadi 2 fase padat lainnya pada proses pendinginan atau sebaliknya. Contoh : pd T = 558 0C 75 Wt% Zn – 25 Wt% Cu.

δ

cooling

γ + ε

heating

Reak Reaksi si perit peritec ectic tic yait yaitu u pada pada pros proses es pema pemana nasa san, n, satu satu fase fase pada padatt beru beruba bah h menjadi 1 fase padat dan 1 fase cair. Contoh : pd T = 598 0C 78,6 Wt% Zn – 21,4 Wt% Cu.

δ+L

cooling

ε

heating


68


69

TRANSFORMASI FASE KONGRUEN/SEBANGUN Transf Transform ormasi asi fase fase congru congruent ent adalah adalah transf transform ormas asii fase fase dimana dimana tidak tidak terjad terjadii perubahan komposisi Lawannya transformasi fase incongruent → terjadi perubahan komposisi. Contoh transformasi fase congruent Titik M pada pada Gb. 9.18

.

HUKUM FASE GIBBS Konstr Konstruks uksii diagra diagram m fase fase dan kondis kondisii keseti kesetimba mbanga ngan n fase fase mengik mengikuti uti hukum hukum termodinamika. j.w. gibbs memberikan formula yang disebut disebut hukum fase gibbs :

P + F = C + N

P =

jumlah fase

F =

dera deraja jatt ke kebeba bebas san

C = N =

Misal

juml jumlah ah komp kompon onen en sist sistem em jumlah varibel non – komposisi.

: sistem Cu – Ag (Gb. 9.6) Tekanan konstan N = 1

(hanya temperatur variabel non komposisi)

P + F = 2+1 =3

F = 3 – P P

Jika fase = fase tunggal (α atau β atau L) P = 1 F = 3 – 1 = 2 F = 2

Artinya bahwa menerangkan karakteristik paduan mempunyai fase tunggal, kita harus menentukan 2 parameter yaitu komposisi dan temperatur.

SISTEM BESI KARBON Besi dengan campuran karbon adalah bahan yang paling banyak digunakan. DIAGRAM FASA BESI – BESI CARBIDA (Fe – Fe3C) Diagram fasa besi – besi carbida bisa dilihat pada gambar 9.22.


70

Diagram fasa besi – karbida dibatasi sampai komposisi karbon 6,7 %wt. Diatas 6,7 wt% bahan digolongkan kedalam bahan grafit.

-

besi murni

: pada temperatur ruang disebut ferit atau besi α yang mempunyai struktur kristal BCC. Ferit Ferit akan akan beruba berubah h menjad menjadii auste austenit nit atau atau besi besi γ pada temperatur 912 0C(1674 0C) dengan struktur krista kristall FCC. FCC. Pada Pada temper temperatu aturr 1538 1538 0C (280 (2800 0 0F) auste austenit nite e akan akan beruba berubah h menjad menjadii besi besi ferit ferit δ dan struktur kristal BCC.

- baja dan besi besi tuang adalah adalah besi yang yang mempunyai kadar kadar karbon kecil dari 6,7 wt %. Pada 6,7wt% terdapat kandungan Fe 3C sebesar 100 100 %wt, %wt, sehi sehing ngga ga kand kandun unga gan n karb karbon on 6,7 6,7 wt% wt% Material Teknik Universitas Darma Persada - Jakarta

71

disebut juga mempunyai kandungan 100 wt% Fe3C (cementite). - besi α (ferit)

:

komposisi ma maksimum C adalah 0, 0,022 wt% pa pada 727 0

C (1341 0F).

sifat bahan : - lunak - bisa dibuat dibuat magnet magnet pada pada temperatur temperatur dibawah dibawah 768 768 0

C

- kerapa kerapatan tan : 9,88 9,88 gr/c gr/cm m3. - austenite (besi γ )

: maksimum karbon 2,11wt% pada 11480C. Struktur kristal FCC. Austenite bersifat non magnet.

- besi δ (ferit δ)

: mempunyai bentuk yang sama dengan ferit α hanya temperatur yang beda yaitu antara 1394 0C sampai 1538 0C.

- cementite (fe3c)

: terbentuk ketika batas kelarutan karbon pada besi α terlew terlewati ati pada pada temper temperatu aturr dibawa dibawah h 727 0C. Fe3C juga terbentuk dengan fasa γ pada temperatur temperatur 727 s/d 1148 0C. Sifat mekanik cementite adalah keras dan

rapuh.

Kekuatan

beberapa

baja

bisa

ditingkatkan dengan kandungan cementite.

•

Reaksi eutectic terjadi pada 4,3 wt% C dan temperatur 1148 0C L

cooling

γ + Fe3C

heating

•

Reaksi eutectoid terjadi pada 0,77 wt% C dan temperatur 727 0C :

γ (0,77 Wt% C) → α (0,022 Wt% C) + Fe3C


72

BESI PADUAN (FERROUS ALLOY) : adalah adalah dimana dimana besi besi sebaga sebagaii kompo komponen nen utama utama dan karbo karbon n besert beserta a komponen – komponen lainnya sebagai bahan paduan. Berdasarkan kandungan paduan, paduan, besi paduan dibagi atas :



•

Besi (iron)

•

Baja (steel)

•

Besi tuang (cast iron).

Besi murni

: kandungan karbon kurang dari 0,008 wt%, dan

strukturnya ferit pada temperatur ruang. 

Baja : kandungan karbon antara 0,008 – 0,11 wt% C struktur kristal :

α

+

Fe3C. 

Besi Besi tuan tuang g : kand kandun unga gan n karb karbon on anta antara ra 1,11 1,11 – 6,7 6,7 wt% wt% C. Besi Besi tuan tuang g komersial biasanya kandungan karbon < 4,5wt% C.

Transformasi fasa terjadi dari daerah γ ke daerah

α

+ Fe3C. Pada titik eutectoid

(gb. 9.24) austenite dengan komposisi 0,77 wt% c akan berubah menjadi ferit (0,022 wt% C) dan Fe3c (6,7 wt% C). Struktur α + Fe3C disebut juga pearlite (gb. 9.25).


74

PADUAN HYPOEUTECTOID Pembentukan fasa

α

+ Fe3C dengan komposisi dibawah titik eutectoid

dise disebu butt padu paduan an hypo hypoeu eute tect ctoi oid. d. Pros Proses es pemb pemben entu tuka kann nnya ya bisa bisa dilih dilihat at pada pada gambar gambar 9.27. 9.27. Strukt Struktur ur krista kristall yang yang terben terbentuk tuk mempun mempunyai yai fasa fasa pearlit pearlite e dan proeutectoid α. Proeutectoid ferit (α) adalah ferit yang terbentuk sebelum terbentuknya pearlite.

Pada pembentukan hypoeutectoid : (lihat Gb. 9.29), Wp = T T + V =

Wp

= fraksi fraksi pearlite. pearlite.

Co – 0,022 . 0,77 – 0,022 ’


75

α ’ W α ’ =

=

α’ = fraksi W α fraksi ferit ferit proeutectoid.

V . T + V 0,77 – Co’ Co’ . 0,77 – 0,022

PADUAN HYPEREUTCTOID HYPEREUTCTOID Pembentuka Pembentukan n fasa

α

+ Fe3C denga dengan n kompo komposis sisii diatas diatas titik titik eutect eutectoid oid

disebut paduan hypereutectoid. (gb. 9.30). Wp = _ X _ = _6,70 – C l l’_ ’_ 6,70 – 0,77 V + X – 0,77 _ W Fe3C = _ V V _ = _ C C l l’ ’ – V + X 6,70 – 0,77

W Fe3C = fraksi sementit proeutectoid

Proeutectoid sementit adalah : sementit yang terbentuk sebelum terbentuknya pearlite.


76

PENGARUH ELEMEN PADUAN LAINNYA . Elemen paduan lain seperti Cr, Ni, Ti, dll, memberikan m emberikan pengaruh yang besar besar pada diagram fasa Fe – C. Gb. 9.20 memperlihatkan m emperlihatkan pengaruh paduan ini terhadap posisi batas perubahan fasa. Gb. 9.30 memperlihatkan perubahan komposisi eutectoid karena logam paduan.


77


78

BAB VI TRANSFORMASI FASE PADA LOGAM

Sebagian besar transformasi bahan padat tidak terjadi terus menerus sebab ada hamba hambatan tan yang yang mengha menghalan langi gi jalan jalannya nya reaksi reaksi dan berga bergantu ntung ng terhad terhadap ap waktu. Contoh : umumnya transformasi membentuk minimal satu fase baru yang mempunyai komposisi atau struktur kristal yang berbeda dengan bahan induk (bahan (bahan sebel sebelum um terjad terjadiny inya a transf transform ormasi asi). ). Penga Pengatur turan an susuna susunan n atom atom tejadi tejadi karena proses difusi. Secara stuktur mikro, proses pertama yang terjadi pada transformasi fasa adalah nukleasi yaitu pembentukan partikel sangat kecil atau nuklei dari fase baru. Nuklei ini akhirnya tumbuh membesar membentuk fasa baru. Pertumbuhan fase ini akan selesai jika pertumbuhan tersebut berjalan sampai tercapai fraksi kesetimbangan. Laju Laju transf transform ormasi asi yang yang merupa merupakan kan fungsi fungsi waktu waktu (serin (sering g disebu disebutt kineti kinetika ka transf transform ormasi asi)) adalah adalah hal yang yang pentin penting g dalam dalam perlak perlakuan uan panas panas bahan. bahan. Pada Pada penelitian kinetik akan didapat kurva S yang di plot sebagai fungsi fraksi bahan yang bertransformasi vs waktu (logaritmik) . Fraksi transformasi , y di y di rumuskan:

Y = Y = 1 – exp ( - kt n )

t = waktu k,n

= konstanta yang tidak tergantung waktu.

Persaamaan ini disebut juga juga persamaan persamaan AVRAMI Laju transformasi , r diambil pada waktu ½ dari proses berakhir :

r =

1 t 0,5

t 0,5 = waktu ½ proses

Efek temperatur terhadap kinetik bisa dilihat pada gambar 10 ,2.

Laju transformasi , r terhadap jangkauan temperatur dirumuskan :

Q r Ae RT −

=

R = konstanta gas T = temperatur mutlak Material Teknik Universitas Darma Persada - Jakarta

73

A = konstanta , tidak tergantung

Waktu. Q = Energi aktivasi untuk reaksi

Tertentu. TRANRFORMASI MULTI FASA

Tran Transf sfor orma masi si fasa fasa bisa bisa dila dilaku kuka kan n deng dengan an memv memvar aria iasi sika kan n temp temper erat atur ur , komposisi dan tekanan. Perubahan panas yang terjadi bisa dilihat pada diagram fasa fasa..

Namu Namun n

kece kecepa pata tan n

peru peruba baha han n

temp temper erat atur ur

berp berpen enga garu ruh h

terh terhad adap ap

perke perkemba mbang ngan an pembe pembentu ntukan kan strukt struktur ur mikro. mikro. Hal ini tidak tidak bisa bisa diamat diamatii pada pada diagram fasa fasa komposisi komposisi vs temperatur. temperatur. Posisi ketimbangan yang yang dicapai pada pada proses pemanasan pemanasan atau pendinginan sesuai dengan diagram fasa bisa dicapai dengan laju yang sangat pelan sekali , sehingga hal ini tidak praktis. Cara lain yang dipakai adalah supercooling yaitu transformas transformasii pada proses pendingina pendinginan n dilakukan dilakukan pada temperatur temperatur yang lebih rendah, atau superheating yaitu superheating yaitu transformasi pada proses pemanasan dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi .

PERU PERUBA BAHA HAN N SIFA SIFAT T DAN DAN STRU STRUKT KTUR UR MI MIKR KRO O PADA PADA PADU PADUAN AN BESI BESI – KARBON

DIAGRAM TRANSFORMASI ISOTHERMAL

* PEARLITE *

δ ( 0,77 wt % C ) → α (0,022 wt % C )

+

Fe C 3 C ( 6,7 wt % C )

Pada reaksi eutektoid eutektoid,, austenite austenite dengan kandunga kandungan n karbon karbon sedang sedang akan akan berubah menjadi ferit dengan kadar karbon kecil dan sementit dengan kadar karbon tinggi. Pada saat pembentukan pearlite, gerakan atom C bergerak dari ferit ke sementit (gb.9.26). Pengaruh temperatur terhadap waktu pembentukan dearlite dilukiskan pada grafik 10.3.


74

Cara yang lebih menyenangkan dilukiskan pada gambar 10.4 dengan sumbu vertikal adalah temperatur dan sumbu horizontal adalah waktu. 2 kurva masingmasing adalah kurva awal yaitu mulai terjadinya transformasi dan kurva akhir yaitu berakhirnya transformasi. Dari transformasi tersebut, temperatur eutectoid adalah garis horizontal pada temperatur 727 oC. Transformasi terjadi dibawah garis eutectoid atau super cooling. Transformasi terjadi pada temperatur tetap atau atau isot isothe herm rmal al.. Kurva urva 10.4 10.4 dise disebu butt juga juga kurv kurva a TTT TTT (tim (time e temp temper erat atur ure e transformation).


75

Gb. 10.5 10.5 memper memperlih lihatk atkan an transf transform ormas asii fasa fasa austen austenit it ke pearlit pearlit.. Austen Austenit it didinginkan secara cepat dari A ke B, kemudian temperatur ditahan pada proses BCD . Jika temperatur ditahan pada sedikit dibawah temperatur eutectoid maka akan terbentuk lapisan ferit sementit yang tebal dan disebut juga “ coarse pearlite” (pearl (pearlite ite kasar) kasar),, kebali kebalikan kannya nya jika temper temperatu aturr transf transform ormas asiny inya a lebih lebih rendah rendah disekitar disekitar 540 oC maka maka lapisa lapisan-l n-lapi apisa san n perlit perlite e yang yang terben terbentuk tuk akan akan tipis tipis dan disebut juga “fine pearlite” (pearlite halus).


76

Jika pada reaksi eutectoid terbentuk fasa proeutectoid bersama-sama pearlite maka maka pada pada kurva kurva TTT perlu perlu ditamb ditambahk ahkan an kurva kurva lain lain yang yang mengga menggamba mbarka rkan n transformasi proeutectoid. Untuk besi dengan kandungan 1,13 wt % C grafik TTT diberikan pada gb. 10.7.

*BAINITE *

Bain Bainite ite adal adalah ah stru strukt ktur ur feri feritt dan dan seme sement ntit it yang yang berb berben entu tuk k lidi lidi atau atau plat plat tergantung temperatur transformasi. Struktur mikro bainit adalah sangat halus sehing sehingga ga resolu resolusin sinya ya hanya hanya bisa bisa diliha dilihatt dengan dengan mikros mikroskop kop elektr elektron on . Foto Foto mokroskop untuk bainit bisa dilihat pada gambar 10.8. Temperatur Temperatur pembentuka pembentukan n bainit bainit terjadi terjadi dibawah dibawah temperatur temperatur pembentuka pembentukan n pearlite yaitu diantara temperatur 215 oC-540 oC. Kurva TTT untuk bainit bisa diliha dilihatt pada pada gb. 10.9. 10.9. Laju pembent pembentuka ukan n bainit bainit akan naik dengan dengan

naikn naiknya ya

temperatur.


77

*SPHEROIDITE*

Jika paduan baja mempunyai struktur mikro pearlit atau bainit dipanaskan pada temperatur dibawah temperatur eutectiod dan ditahan untuk waktu yang


79

lama katakanlah t=700 oC selama 18 s/d 24 jam, maka akan terbentuk struktur mikro yang yang lain dan dan disebut spheroidite. Strukt Struktur ur sphero spheroidi idite te mempun mempunyai yai bentuk bentuk diman dimana a fasa fasa Fe3C muncu muncull dalam dalam bentuk lingkaran / bulat pada bahan ferit. Transformasi ini terjadi karena difusi atom karbon tanpa perubahan komposisi ferit dan sementit. Foto mikrograph bisa dilihat pada gb. 10.10.

*MARTENSITE*

Fasa Fasa yang yang lain lain dari dari yang yang sudah sudah diseb disebutk utkan an diatas diatas adalah adalah fasa fasa marten martensit sit.. Martensit terbentuk apabila besi austenit didinginkan dengan sangat cepat ke temperatur temperatur rendah, sekitar sekitar temperatur temperatur ambien. Martensit Martensit adalah adalah fasa tunggal yang tidak seimbang yang terjadi karena transformasi tanpa difusi dari austenit. Pada transformasi membentuk martensite, hanya terjadi sedikit perubahan posisi atom relatif terhadap yang lainnya. l ainnya. Struktur FCC austensit akan berubah menjadi struktur BCT (body centered tetrag tetragona onal) l) marten martensit sit (gb 10.11) 10.11),, pada pada transf transform ormasi asi ini. ini. Karena Karena transf transform ormas asii martensit martensit tidak melewati melewati proses proses difusi, maka maka ia terjadi seketika seketika sehingga sehingga laju transformasi martensit adalah tidak bergantung waktu. Butir martensit berbentuk seperti seperti lidi/jarum lidi/jarum atau plat (gb,10.12). (gb,10.12). Pada struktur struktur martensit martensit masih didapati didapati struktur austenit yang tidak sempat bertransformasi. Material Teknik Universitas Darma Persada - Jakarta

80

Garis pembentukan martensite dapat dilihat pada diagram TTT pada gb.10.13

DIAGRAM CONTINOUS COOLING TRANSFORMATION (CTT) (TRANSFORMASI PENDINGINAN KONTINYU)

Perlakuan Perlakuan panas panas isotermal isotermal pengerjaa pengerjaannya nnya tidak praktis praktis karena karena temperatur temperatur mesti dijaga. Disekitar temperatur eutectoid. Sebagian besar perlakuan panas untuk baja mencakup pendinginan secara kontinyu bahan sampai temperatur ruangan oleh sebab diagram TTT harus disesuaikan untuk pendinginan kontinyu tersebut.

Diagra Diagram m yang yang dipak dipakai ai disebu disebutt diagra diagram m transf transform ormas asii pendin pendingin ginan an conti continyu nyu (diagram CTT), bisa dilihat pada gambar 10.16 untuk bahan besi karbon.


82

Pada gambar 10.17 diperlihatkan kurva pendinginan cepat dan lambat yang masing-masinnya menghasilkan menghasilkan pearlite halus dan pearlit kasar. Pada diagram CTT tidak terbentuk bainit karena austenit akan membentuk pearlit pada saat seharusnya terbentuk bainit. Pada pendinginan melewati A-B (gbr (gbr 10.17) 10.17).. Auste Austenit nit yang yang belum belum membent membentuk uk pearlit pearlit akan akan menjad menjadii marten martensit sit ketika melewati garis M (start). Untuk Untuk pendin pendingin gin konti kontinyu nyu baja baja pandua panduan n dikena dikenall “laju “laju quench quenching ing kritis kritis”” yaitu laju minimum quencning (pencelupan) yang akan menghasilkan struktur martensit total (gbr 10.18) (laju quencning kritis = laju pendinginan kritis).

SIFAT MEKANIK BESI KARBON •

PEARLITE Sementit bersifat lebih keras dan lebih rapuh dari perlit karena itu dengan

menaikan fraksi Fe3C pada baja sementara elemen lain konstan maka material akan lebih keras dan lebih kuat, grafik sifat mekanik pearlit bisa dilihat pada gambar 10.20. Material Teknik Universitas Darma Persada - Jakarta

83

Ketebalan lapisan pearlit sementit juga mempengaruhi sifat mekanik sifat bahan. Pearlit halus lebih keras dan kuat dibandingkan deengan pearlit kasar. Hal ini dperlihatkan secara grafik pada gambar 10.21 Alasan kenapa pearlit mempunyai m empunyai sifat ini dikarenakan fase sementit lebih kuat kuat dan kaku kaku diband dibanding ingkan kan ferit ferit yang yang lebih lebih lunak lunak sehing sehingga ga bisa bisa mehnah mehnahan an deformasi dan dengan kata lain sementit sebagai penguat f erit. Pearlite halus akan lebih kuat di bandingkan dengan pearlit kasar karena butiran pearlit halus lebih banyak sehingga luas batas fase perunit volume akan lebih lebih kasa kasarr sehi sehing ngga ga memp mempun unya yaii kema kemamp mpua uan n yang yang lebi lebih h besa besarr mena menaha han n gerakan dislokasi.


84

•

SPHEROITIDE Spheroitide mempunyai kekuatan dan kekerasan dibawah pearlit. Fenomena

ini bisa diterangkan dengan metode penguatan oleh sementit dan hambatan gerakan dislokasi. Luas Luas permuk permukaa aan n batas batas butir butir sphero spherodit dit pesatu pesatuan an volume volume lebih lebih sedik sedikit it dari dari pearlit sehingga kekuatannya dan kekerasannya lebih r endah. •

BAINITE Karena Karena baja banite mempunyai mempunyai struktur struktur kristal kristal yang lebih halus maka banite

lebih kuat dan keras dari pearlit. •

MARTENSITE Dari bagian bentuk struktur mikro panduan baja, martensit adalah yang paling

kuat kuat dan keras keras namun namun paling paling rapuh. rapuh. Keker Kekeras asann annya ya tergan tergantun tung g kandu kandunga ngan n karbon. Pengaruh kandungan karbon terhadap kekerasan martensit bisa dilihat


85

pada pada gbr 10.22. 10.22. Kekuat Kekuatan an dan kekera kekerasan san marten martensit site e tidak tidak dikait dikaitkan kan denga dengan n struktur mikro tetapi lebih dikaitkan dengan efektifitas atom karbon yang larut dalam dalam bentu bentuk k inters interstis tisii yang yang akan akan mengha menghalan langi gi gerak gerakan an dislok dislokasi asi dan juga juga karena sistem slip yang lebih sedikit untuk kristal BTC.

•

TEMPERED MAERTENSITE

Mart Marten ensi sitt adal adalah ah kera keras s sehi sehing ngga ga tida tidak k bisa bisa dipa dipaka kaii seba sebagi gian an besa besar r aplik aplikas asi. i. Disa Disamp mpin ing g itu itu tega tegang ngan an inte intern rnal al kare karena na prose proses s quen quencn cnin ing g juga juga memb member erik ikan an efek efek perl perlem emah ahan an.. Keta Ketang nggu guha han n dan dan keul keulet etan an marte martens nsit it bisa bisa ditingkatkan dan tegangan internal bisa dibuang dengan cara perlakuan panas yang disebut tempering. Temp Temper erin ing g dila dilaku kuka kan n deng dengan an mema memana nask skan an baja baja mart marten ensi sitt sampa sampaii temperatur dibawah eutectoid pada periode waktu tertentu. Biasanya temering dilakukan pada temperatur antara 250-650 0C. Tegangan internal akan hilang pada suhu ± 200 0C. Proses tempering akan membentuk “tempered maetensite”. martensite (bct, satu fase)

tempered martensite (a + Fe 3c)

Foto struktur mikro tempered martensite sama dengan spheroidit hanya partikel sementit lebih banyak dan lebih kecil. Tempered martensit mempunyai sifat sekeras dan sekuat matensit namun ketangguhan dan keuletan lebih baik. Hubu Hubung ngan an anta antara ra tega tegang ngan an tarik tarik,, keku kekuat atan an lulu luluh h dan dan keul keulet etan an terh terhad adap ap temperatur temper pada baja paduan bisa dilihat pada gbr 10.24.


87

•

PERAPUHAN TEMPER

Pada Pada

pros proses es

temp temper erin ing g

bebe bebera rapa pa

baja baja

bisa bisa

meng mengal alam amii

penu penuru runa nan n

ketangguhan, hal ini disebut perapuhan temper. Fenomena ini terjadi bila baja dite ditemp mper er pada pada suhu suhu diata diatas s 575 575

0

C dan diikut diikutii pendin pendingin ginan an lambat lambat sampa sampaii

temperatur temperatur ruangan, ruangan, atau jika tempering tempering dilakukan dilakukan pada suhu antara 375 – 575 o

C. Perapuhaan ini disebabkan oleh kandungan elemen lain dalam jumlah yang

cukup signifikan seperti mangan, nikel, crom dan phospor, arsen, timah putih. Perapuhan temper bisa dicegah dengan : 1. Peng Pengon ontro trola lan n kompo komposi sisi si 2.

Temp Temper erin ing g diat diatas as 575 575oC atau tau dib dibawah wah 375oC diik diikut utii deng dengan an quenching pada temperatur ruang.

Ketangguhan baja yang telah mengalami perapuhan bisa diperbaiki dengan pemanasa pemanasan n samapai samapai kira-kira kira-kira 600 600oC, dan kemudian secara cepat didinginkan sampai temperatur dibawah 300oC.


88

BAB VI TRANSFORMASI FASE PADA LOGAM

Sebagian besar transformasi bahan padat tidak terjadi terus menerus sebab ada hambatan yang menghalangi jalannya reaksi dan bergantung terhadap waktu. Contoh : umumnya transformasi membentuk minimal satu fase baru yang mempunyai komposisi atau struktur kristal kristal yang yang berbeda berbeda dengan dengan bahan bahan induk induk (bahan (bahan sebelum sebelum terjadi terjadinya nya transformasi). transformasi). Pengaturan susunan atom tejadi karena proses difusi. Secara stuktur mikro, proses pertama yang terjadi pada transformasi fasa adalah nukleasi yaitu pembentukan partikel sangat kecil atau nuklei dari fase baru. Nuklei ini akhirnya tumbuh membesar membentuk fasa baru. Pertumbuhan fase ini akan selesai jika pertumbuhan pertumbuhan tersebut berjalan berjalan sampai tercapai fraksi kesetimbangan kesetimbangan.. Laju Laju

tran transf sfor orma masi si

yang yang

meru merupa paka kan n

fung fungsi si

waktu aktu

(ser (serin ing g

dise disebu butt

kine kineti tika ka

transformasi) adalah hal yang penting dalam perlakuan panas bahan. Pada penelitian kine kineti tik k akan akan dida didapa patt kurv kurva a S yang ang di plot plot seba sebaga gaii fung fungsi si frak fraksi si baha bahan n yang ang bertransformasi bertransformasi vs waktu (logaritmik) . Fraksi transformasi , y di y di rumuskan:

Y = Y = 1 – exp ( - kt n )

t = waktu k,n

konstan anta ta yang yang tidak tidak terga tergantu ntung ng = konst waktu.

Persaamaan ini disebut juga persamaan AVRAMI Laju transformasi , r diambil pada waktu ½ dari proses berakhir :

r =

1 t 0,5

t 0,5 0,5 = waktu ½ proses

Efek temperatur terhadap kinetik bisa dilihat pada gambar 10 ,2.

Laju transformasi , r terhadap jangkauan temperatur dirumuskan :

Q r Ae RT −

=

R = konstanta gas T = temperatur mutlak A = konstanta , tidak tergantung waktu. t ertentu. Q = Energi aktivasi untuk reaksi tertentu.

TRANRFORMASI TRANRFORMASI MULTI FASA Transformasi fasa bisa dilakukan dengan memvariasikan memvariasikan temperatur , komposisi dan tekana tekanan. n. Perub Perubaha ahan n panas panas yang yang terjad terjadii bisa bisa dili dilihat hat pada pada diagra diagram m fasa. fasa. Namun Namun Asyari Daryus - Material Teknik Teknik Mesin, Universitas Darma Persada - Jakarta

71

kecepatan perubahan temperatur berpengaruh terhadap perkembangan pembentukan struktur mikro. Hal ini tidak tidak bisa diamati pada diagram diagram fasa komposisi vs temperatur. Posisi ketimbangan ketimbangan yang dicapai pada proses proses pemanasan atau pendinginan pendinginan sesuai dengan diagram fasa bisa dicapai dengan laju yang sangat pelan sekali , sehingga hal ini tidak praktis. Cara lain yang dipakai adalah supercooling yaitu transformasi pada proses pendinginan dilakukan pada temperatur yang lebih rendah, atau superheating yaitu transformasi pada proses pemanasan dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi.

PERU PERUBA BAHA HAN N SIFA SIFAT T DAN DAN STRU STRUKT KTUR UR MIKR MIKRO O PADA PADA PADUA PADUAN N BESI BESI – KARBON DIAGRAM DIAGRAM TRANSFORMASI TRANSFORMASI ISOTHERMAL ISOTHERMAL

* PEARLITE * γ ( 0,77 wt % C ) → α

(0,022 wt % C ) + FeC 3C ( 6,7 wt % C )

Pada reaksi eutektoid, austenite dengan kandungan karbon sedang akan berubah menjadi ferit dengan kadar karbon kecil dan sementit dengan kadar karbon tinggi. Pada saat pembentukan pearlite, pearlite, gerakan atom C bergerak dari ferit ke sementit (gb.9.26). Pengaruh temperatur terhadap waktu pembentukan dearlite dilukiskan pada grafik 10.3.

Asyari Daryus - Material Teknik Teknik Mesin, Universitas Darma Persada - Jakarta

72

Cara yang lebih menyenangkan dilukiskan pada gambar 10.4 dengan sumbu vertikal adalah temperatur dan sumbu horizontal adalah waktu. 2 kurva masing-masing adalah kurva kurva awal awal yaitu yaitu mulai mulai terja terjadin dinya ya transf transfor ormas masii dan kurva kurva akhir akhir yaitu yaitu berak berakhir hirny nya a transformasi. Dari transformasi tersebut, temperatur eutectoid adalah garis horizontal pada temperatur 727 oC. Transformasi terjadi dibawah garis eutectoid atau supercooling. Transformasi terjadi pada temperatur tetap atau isothermal. Kurva 10.4 disebut juga kurva TTT (time (t ime temperature transformation).


73

Gb. 10.5 memperlihatkan transformasi fasa austenit ke pearlit. Austenit didinginkan secara cepat dari A ke B, kemudian temperatur ditahan pada proses BCD . Jika temperatur ditahan pada sedikit dibawah temperatur eutectoid maka akan terbentuk lapisan ferit sementit yang tebal dan disebut juga “ coarse pearlite” (pearlite kasar), kebalika kebalikanny nnya a jika temperatu temperaturr transforma transformasiny sinya a lebih lebih rendah rendah disekita disekitarr 540

o

C maka maka

lapisan-lapisan perlite yang terbentuk akan tipis dan disebut juga “fine pearlite” (pearlite halus).

Jika pada reaksi eutectoid terbentuk fasa proeutectoid bersama-sama pearlite maka pada pada kurva kurva TTT perlu perlu ditam ditamba bahka hkan n kurva kurva lain lain yang yang mengga menggamba mbarka rkan n trans transfor formas masii proeutectoid. Untuk besi dengan kandungan 1,13 wt % C grafik TTT diberikan pada gb. 10.7.

*BAINITE* *BAINITE * Bainite adalah struktur ferit dan sementit yang berbentuk lidi atau plat tergantung temperatur transformasi. Struktur mikro bainit adalah sangat halus sehingga resolusinya hanya bisa dilihat dengan mikroskop elektron . Foto mokroskop untuk bainit bisa dilihat pada gambar 10.8. Temperatur pembentukan bainit terjadi dibawah temperatur pembentukan pearlite yaitu diantara temperatur 215 oC-540 oC. Kurva TTT untuk bainit bisa dilihat pada gb. 10.9. Laju pembentukan pembentukan bainit akan naik naik dengan naiknya temperatur. temperatur.


74


75

*SPHEROIDITE* Jika paduan baja mempunyai mempunyai struktur struktur mikro pearlit pearlit atau bainit dipanask dipanaskan an pada pada temp temper erat atur ur diba dibaw wah temp temper erat atur ur eute eutect ctio iod d dan dan dita ditaha han n untu untuk k wakt waktu u yang yang lama lama katakanlah t=700 oC selama 18 s/d 24 jam, maka akan terbentuk struktur mikro yang lain dan disebut spheroidite. spheroidite. Struktur Struktur spheroid spheroidite ite mempuny mempunyai ai bentuk bentuk dimana dimana fasa Fe 3C muncul dalam bentuk lingkaran / bulat pada bahan ferit. Transformasi ini terjadi karena difusi atom karbon


76

tanpa perubahan komposisi ferit dan sementit. Foto mikrograph bisa dilihat pada gb. 10.10.

*MARTENSITE* Fasa yang lain dari yang sudah disebutkan diatas adalah fasa martensit. Martensit terbentuk apabila besi austenit didinginkan dengan sangat cepat ke temperatur rendah, sekitar temperatur ambien. Martensit adalah fasa tunggal yang tidak seimbang yang terjadi terjadi karena karena transforma transformasi si tanpa tanpa difusi difusi dari austenit austenit.. Pada transformasi transformasi membentuk membentuk martensite, hanya terjadi sedikit perubahan posisi atom relatif terhadap yang lainnya. Stru Strukt ktur ur FCC FCC auste austens nsit it akan akan beru beruba bah h menj menjad adii stru struktu kturr BCT BCT (bod (body y cent center ered ed tetragonal) martensit (gb 10.11), pada transformasi ini. Karena transformasi martensit tidak tidak melew melewati ati proses proses difus difusi, i, maka maka ia terjad terjadii seketi seketika ka sehing sehingga ga

laju laju trans transfor forma masi si

martensit adalah tidak bergantung waktu. Butir martensit berbentuk seperti lidi/jarum atau plat (gb,10.12). Pada struktur martensit masih didapati struktur austenit yang tidak sempat bertransformasi. bertransformasi.


77

Garis pembentukan martensite dapat dilihat pada diagram TTT pada gb.10.13

Contoh soal Dengan Dengan mengguna menggunakan kan diagram diagram transform transformasi asi untuk paduan paduan besi-karb besi-karbon on komposis komposisii eutektik (gambar (gambar 10.13), tentukanlah tentukanlah kondisi alami alami struktur mikro akhir akhir (dalam kondisi kondisi mikro yang ada dan persentanse perkiraan) dari spesimen yang mengalami perlakuan berikut: berikut: Dalam setiap setiap kasus

diasumsi diasumsikan kan bahwa bahwa perlakua perlakuan n spesimen spesimen dimulai dimulai pada

temperatur 760 0 C dan ditahan cukup lama pada temperatur ini untuk mendapatkan struktur austenit yan homogen dan sempurna.


78

a. Dengan cepat didinginkan hinga 350 0 C, ditahan 10 4 detik, dan didinginkan dengan cepat ke temperatur ruang. b. Dengan cepat didinginkan hinga 250 0 C, ditahan 100 detik, dan didinginkan dengan cepat ke temperatur ruang. c. Dengan cepat didinginkan hinga 650 0 C, ditahan 20 detik, didinginkan dengan cepat ke temperatur 400 0 C, ditahan 10 3 detik, dan didinginkan dengan cepat ke temperatur ruang. Jawab Jalur Jalur waktu-te waktu-temper mperatur atur untuk masing-m masing-masin asing g kasus kasus ditunju ditunjukkan kkan oleh gambar gambar 10.15. 10.15. Pada setiap kasus, pendinginan awal cukup cepat untuk mencegah transformasi terjadi. a. Pada 3500 C austenit austenit secara isotermal isotermal akan bertrans bertransforma formasi si ke bainit; bainit; reaksi ini dimulai setelah kira-kira 10 detik dan berlangsung sampai waktu waktu 500 detik. Karena itu setelah 104 detik 100% spesimen adalah bainit dan tidak terjadi transformasi yang lain, walaupun pendinginan akhir melewati daerah martensit pada diagram. b. Dalam hal ini, perlu waktu 150 detik pada 250 0 C untuk mulai bertransformasi menjadi menjadi baini bainit. t. Sehin Sehingga gga untuk untuk waktu waktu 100 100 detik detik spesi spesimen men masih masih dalam dalam keadaa keadaan n 100% 100% austenit. Ketika spesimen didinginkan meleati daerah martensite, dimulai pada 215 0 C, secara progresif austenite berubah menjadi martensite. Reaksi ini selesai ketika temp temper erat atur ur ruan ruang g terc tercap apai ai.. Sehi Sehing ngga ga stru strukt ktur ur mikr mikro o akhi akhirn rnya ya adal adalah ah

100% 100%

martensite. c. Untuk garis isotermal pada 650 0 C, pearlite mulai terbentuk setelah kira-kira 7 detik; ketika waktu penahanan sampai 20 detik, baru kira-kira 50% dari spesimen yang berubah berubah

menjadi menjadi pearlite pearlite.. Pendingin Pendinginan an cepat cepat ke 400 0 C ditunjuk ditunjukkan kan oleh oleh garis garis

vertik vertikal; al; selama selama pendi pending ngina inan n ini, ini, sanga sangatt sediki sedikit, t, jika jika ada, ada, auste austenit nite e sisa sisa akan akan bertransformasi baik ke pearlite atau bainit, walaupun garis pendinginan melewati daerah pearlite dan bainit pada diagram. Pada 400 0 C, kita mulai waktunya dari nol kembal kembali, i, sehin sehingga gga dengan dengan waktu waktu 103 detik, detik, semua semua 50% auste austeni nite te tersi tersisa sa akan akan berubah menjadi bainit. Pada pendinginan secarfa cepat ke temperatur ruang, tidak lagi terjadi perubahan fasa karena tidak ada lagi austenit tersisa. Sehingga sturktur mikro spesimen pada temperatur ruang adalah 50% pearlite dan 50% bainit.

Gb 10.15


79

DIAGRAM DIAGRAM CONTINOUS COOLING TRANSFORMATION (CTT) (TRANSFORMASI (TRANSFORMASI PENDINGINAN KONTINYU)

Perlakuan panas isotermal pengerjaannya tidak praktis karena temperatur mesti dijaga. Disekitar temperatur eutectoid. Sebagian besar perlakuan panas untuk baja mencakup pendinginan secara kontinyu bahan sampai temperatur ruangan oleh sebab diagram TTT harus disesuaikan untuk pendinginan kontinyu tersebut. Diagram yang dipakai disebut diagram transformasi pendinginan continyu (diagram CTT), bisa dilihat pada gambar 10.16 untuk bahan besi karbon.


80

Pada gambar 10.17 diperlihatkan kurva pendinginan cepat dan lambat yang masingmasinnya menghasilkan menghasilkan pearlite halus dan pearlit kasar. Pada diagram CTT tidak terbentuk bainit karena austenit akan membentuk pearlit pada saat seharusnya terbentuk bainit. Pada pendinginan melewati A-B (gbr 10.17). Austenit yang belum membentuk pearlit akan menjadi martensit ketika melewati garis M (start). Untuk pendingin kontinyu baja panduan dikenal “laju quenching kritis” yaitu laju minimum quencning (pencelupan) yang akan menghasilkan struktur martensit total (gbr 10.18) (laju quencning kritis = laju pendinginan kritis).

SIFAT MEKANIK BESI KARBON •

PEARLITE Semen Sementit tit bersif bersifat at lebih lebih keras keras dan lebih lebih rapuh rapuh dari dari perli perlitt karena karena itu denga dengan n

menaikan fraksi Fe 3C pada baja sementara elemen lain konstan maka material akan lebih keras dan lebih kuat, grafik sifat mekanik pearlit bisa dilihat pada gambar 10.20.


81

Ketebalan lapisan pearlit sementit juga mempengaruhi sifat mekanik sifat bahan. Pear Pearli litt halu halus s lebi lebih h kera keras s dan dan kuat kuat diba diband ndin ingk gkan an deen deenga gan n pear pearli litt kasa kasar. r. Hal Hal ini ini dperlihatkan dperlihatkan secara grafik pada gambar 10.21 Alasan kenapa pearlit mempunyai mempunyai sifat ini dikarenakan dikarenakan fase sementit lebih kuat dan kaku dibandingkan ferit yang lebih lunak sehingga bisa mehnahan deformasi dan dengan kata lain sementit sebagai penguat ferit. Pearlite halus akan lebih kuat di bandingkan dengan pearlit kasar karena butiran pearlit halus lebih banyak sehingga luas batas fase perunit volume akan lebih kasar sehingga mempunyai kemampuan yang lebih besar menahan gerakan dislokasi.


82

•

SPHEROITIDE Spheroitide mempunyai mempunyai kekuatan dan kekerasan dibawah pearlit. Fenomena ini bisa

diterangkan dengan metode penguatan oleh sementit dan hambatan gerakan dislokasi. Luas permukaan permukaan batas batas butir butir spherodi spheroditt pesatuan pesatuan volume lebih lebih sedikit sedikit dari pearlit sehingga kekuatannya dan kekerasannya lebih rendah. •

BAINITE Karena baja banite mempunyai struktur kristal yang lebih halus maka banite lebih

kuat dan keras dari pearlit. •

MARTENSITE Dari bagian bentuk struktur mikro panduan baja, martensit adalah yang paling kuat

dan keras namun paling rapuh. Kekerasannya tergantung kandungan karbon. Pengaruh kandungan karbon terhadap kekerasan martensit bisa dilihat pada gbr 10.22. Kekuatan dan kekerasan martensite tidak dikaitkan dengan struktur mikro tetapi lebih dikaitkan deng dengan an efek efekti tifi fita tas s atom atom karb karbon on yang yang laru larutt dala dalam m bent bentuk uk inte inters rsti tisi si yang yang akan akan


83

menghalangi gerakan dislokasi dan juga karena sistem slip yang lebih sedikit untuk kristal BTC.

•

TEMPERED MAERTENSIT M AERTENSITE E Martensi Martensitt adalah adalah keras keras sehingga sehingga tidak bisa dipakai sebagian sebagian besar aplikasi aplikasi..

Disam Disampi ping ng itu tegang tegangan an inter internal nal karena karena proses proses quenc quencni ning ng juga juga membe memberik rikan an efek efek perlemah perlemahan. an. Ketangguh Ketangguhan an dan keuletan keuletan martensit martensit bisa ditingka ditingkatkan tkan dan tegangan tegangan internal bisa dibuang dengan cara perlakuan panas yang disebut tempering. Temperin Tempering g dilakuka dilakukan n dengan dengan memanask memanaskan an baja baja martensit martensit sampai sampai temperatu temperatur r dibawah dibawah eutectoid eutectoid pada periode periode waktu waktu tertentu. tertentu. Biasanya Biasanya temperin tempering g dilakukan pada temperatur antara 250-650 0C. Tegangan internal akan hilang pada suhu ± 200 0C. Proses tempering akan membentuk “tempered maetensite”.

martensite (bct, satu fase)

tempered martensite (α + Fe 3c)

Foto struktur mikro tempered martensite sama dengan spheroidit hanya partikel sementit lebih banyak dan lebih kecil. Tempered martensit mempunyai sifat sekeras dan sekua sekuatt matens matensit it namun namun ketan ketangg gguha uhan n dan keulet keuletan an lebih lebih baik. baik. Hubun Hubungan gan antar antara a tegangan tegangan tarik, kekuatan kekuatan luluh luluh dan keuletan keuletan terhadap terhadap temperatu temperaturr temper temper pada baja paduan bisa dilihat pada gbr 10.24.


84


85

•

PERAPUHAN PERAPUHAN TEMPER Pada proses tempering beberapa baja bisa mengalami penurunan ketangguhan, hal

ini disebut perapuhan temper. Fenomena ini terjadi bila baja ditemper pada suhu diatas 575 0C dan diikuti pendinginan lambat sampai temperatur ruangan, atau jika tempering dilakukan pada suhu antara 375 – 575 oC. Perapuhaan ini disebabkan oleh kandungan elemen lain dalam jumlah yang cukup signifika signifikan n seperti seperti mangan, mangan, nikel, nikel, crom dan phospor, phospor, arsen, timah timah putih. putih. Perapuha Perapuhan n temper bisa dicegah dengan : 1. Peng Pengon ontro trola lan n komp kompos osis isii 2. Tempering diatas 575 oC atau dibawah 375 oC diikuti dengan quenching

pada temperatur ruang. Ketang Ketangguh guhan an baja baja yang yang telah telah mengal mengalami ami perap perapuha uhan n bisa bisa diper diperba baiki iki dengan dengan pemanasan samapai kira-kira 600 oC, dan kemudian secara cepat didinginkan sampai temperatur dibawah 300 oC.


86

Soal-soal 1. Sebut Sebutkan kan dua tingka tingkatt pembe pembentu ntukan kan partikel partikel ke fase fase baru. baru. Jelask Jelaskan an masin masinggmasingnya. 2. Untuk Untuk beber beberap apa a trans transfor formas masii yangm yangmeng engiku ikuti ti persa persamaa maan n Avrami Avrami,, param paramete eter r n mempunyai harga 1,5. Jika setelah 125 s reaksi terbentuk 25%, berapa lama waktu total yang diperlukan diperlukan sampai reaksi terbentuk 90%. 3. Hitu Hitung ngla lah h laju laju bebe bebera rapa pa reak reaksi si yang yang meng mengik ikut utii kine kineti tik k Avra Avrami mi,, asum asumsi sika kan n konstanta n dan k masing-masing adalah 3,0 dan 7

×

10-3 untuk waktu dalam

detik. 4. Di bawah bawah ini adalah data data fraksi rekristalisasi rekristalisasi dan waktu untuk untuk proses rekristalisasi pada 6000 C dari baja terdeformasi. Diasumsikan proses mengikuti persamaan Avrami, carilah carilah fraksi rekristalisasi rekristalisasi setelah waktu waktu total 22,8 menit. menit. Fraksi Rekristalisasi

Waktu (min)

0,20 0,70

13,1 29,1

5. Misalkan Misalkan baja baja dengan dengan komposisi komposisi eutektoid eutektoid diding didinginka inkan n ke temperatur temperatur 675 0 C dari 7600 C kurang dari 0,5 s dan ditahan pada temperatur ini. a. Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk reaksi austente ke pearlite untuk 50% pembentukan, dan 100% pembentukan? b. Perkirakanlah kekerasan paduan yang telah bertransformasi bertransformasi ke pearlite. 6. Secar Secara a singka singkatt jelask jelaskanl anlah ah perbe perbedaa daan n antar antara a pearli pearlit, t, baini bainit, t, dan spheroi spheroidit dite e terhadap struktur mikro dan sifat mekaniknya. 7. Buatl Buatlah ah kopi dari gamba gambarr 10.13 10.13,, dan dan kemudi kemudian an buatla buatlah h sketsa sketsa dan label label pada pada diagram ini untuk menghasilkan struktur mikro berikut: a. 100% pearlite kasar. b. 100% tempered martensite c. 50% pearlite kasar, 25% bainit, dan 25% martensit. 8. Terangka Terangkanla nlah h dengan ringkas ringkas prosedur prosedur perlakua perlakuan n panas yang paling paling sederhana sederhana yang digunakan untuk merubah baja 0,76 wt%C dari satu struktur ke struktur lainya, sebagai berikut: a. Spheroidite ke t empered martensite b. Tempered martensite ke pearlite. c. Bainit ke martensite. d. Martensite ke pearlite e. Pearlite ke tempered martensite f. Tempered T empered martensite martensite ke pearlite. g. Bainit ke tempered martensite. martensite. Asyari Daryus - Material Teknik Teknik Mesin, Universitas Darma Persada - Jakarta

87

BAB VIII LOGAM BESI PABRIKASI LOGAM METAL FABRI CATION TECHNIQUES

FORMING OPERATIONS

FORGING

SAND

EXTRUSION

ROLLING

LAIN-LAIN

CASTING

DRAWING

INVESTMENT

POWDER METALLURYGY

WELDING

DIE

Formin Forming g opera operatio tion n : adalah adalah dimana dimana bentuk bentuk poton potongan gan logam logam dirubah dirubah dengan dengan proses defomasi plastis. Jika proses deformasi plastis dilakukan diatas temperatur reskristalisasi maka proses proses disebu disebutt penger pengerjaa jaan n panas panas (hot (hot worki working) ng),, sedang sedangkan kan jika dilakuk dilakukan an dibawah temperatur reskristalisasi disebut pengerjaan dingin (cold working). - pengerjaan panas

: - dimungkinkan untuk terjadinya deformasi yang lebih besar - energi energi untuk untuk melaku melakukan kan defo deforma rmasi si lebih lebih kec kecilil dari cold working - permuk permukaa aan n logam logam menga mengalam lamii oksi oksida dasi si

- pengerjaan dingin :

- kualitas permukaan lo logam yang lebih baik - kont kontro roll dime dimens nsii leb lebih ih mudah mudah

Proses forging, rolling, exrusion dan drawing bisa dilihat pada gb.12.2.

Forging: Dilakukan dengan cara memukul potongan logam. Gaya diberikan pada cetak yang mmbentuk produk logam. Contoh produk forging al: pada roda kereta api , kunci kunci, crank shft mobil dll. dl l. Rolling Prose Proses s dilaku dilakukan kan degan degan melewa melewatka tkan n logam logam pada pada 2 buah buah logam logam yang yang aikan mengkompresi logam sehngga tebalnya berkurang. Produk yang di hasilkan bisa berupa berupa bulat, tiang 1 dan rel kereta api, api, plat dll. Extrusion Batangan logam didorong melalui cetakan dan produk akan berbentuk sesu sesuai ai yang yang dike dikeha hand ndai aiki ki dan dan pena penamp mpan ang g yang yang lebi lebih h keci kecil. l. Prod Produk uk extrusion al ; batangan logam/ kawat, tube, dll. Drawing Dilakukan dengan cara menarik potongan logam pada sisi keluar cetakan. Batangan logam,kawat, tube adalah produk produk yang bisa di hasaijkan dengan drawing.

Material Teknik Universitas darma Persada - Jakarta

99

Casting Adalah proses pabrikasi pabrikasi di mana logam cair dituang. Casting dilakukan jika : 1.

Benyuk akhir besar atau complicated

2.

Kualitas dan kekuata bukan merupakan pertimbangan pertimbangan utama

3.

Bahan logam mempunyaikeuletan rendah sehingga tidak bisa dilakukan “forming operation “.

4.

Paling ekonomis .

Sand casting (cetakan pasir ) Adalah metoda yang paling umum. Pasir digunakan sebagai bahan cetakan potongan potongan cetakan pasir di buat dengan memadatkan pasir ke pola yang berbentuk dimensi yang diinginkan. Proses pencetakan dilakukan dengan mengalirkan logam cair kedalam cetakan. Contoh produk : silinder blok mobil, fire hydrant, fitting pipa yang besar-besar. Die casting Pada die casting, logam didorong masuk cetak pada tekanan tertentu dan kece kecepa pata tan n ting tinggi gi dan dan kemu kemudi dian an loga logam m memb membek eku u deng dengan an menj menjag aga a teka tekana nan. n. Ceta Cetaka kann nnya ya bias biasan anya ya dari dari baja baja.. Ceta Cetaka kan n bisa bisa di guna gunaka kan n berulang-ulang. Logam coran biasanya dipakai dipakai yang mempunyai tiik leleh rendah seperti: seng, almunium, dan magnesium. Investment casting Pola untuk membuat cetakan biasanya dipakai lilin atau palstik. Disekililing pola pola ditua dituang ng lumpur lumpur cair cair biasa biasanya nya dari dari bahan bahan gips. gips. Setela Setelah h menger mengeras as cetakan cetakan dipanaska dipanaskan n sehingga sehingga lilin didalamnya didalamnya menguap. menguap. Cetakan Cetakan siap digunakan . Teknik ini biasanya digunakan untuk cetakan dengan dengan kualitas tinggi. Dan produk akhir yang tinggi. Contohnya : perhiasan, gigi palsu dll.


100

TEKNIK-TEKNIK LAIN Metalurgi bubuk (powder methallurgy) Dipaka Dipakaii untuk untuk mengha menghasil silkan kan produk produk akhir akhir yang yang tingk tingkat at kerap kerapat atan an nya tinggi. Proses dilakukan dengan memanfaatkan bubuk logam dan diikui dengan perlakuan panas.

Pengelasan Pengel Pengelasa asan n dilaku dilakukan kan untuk menyamb menyambung ung dua atau atau

lebih lebih poton potongan gan

menjadi satu potongan logam. Pengelasan dilakukan apabila membentuk potongan logam menelan biaya tinggi atau susah untuk dil akukan.

PADUAN BESI (FERROUS ALLOUYS). Padua Paduan n besi besi adal adalah ah padu paduan an loga logam m dima dimana na besi besi palin paling g domin dominan an dan dan digunakan secara luas didalam masyarakat. Klasifikasi skema berbagai logam besi ditunjukkan berikut ini:


101

BAJA Baja Baja meru merupa paka kan n padu paduan an besi besi deng dengan an karb karbon on sert serta a seju sejumla mlah h keci kecill campuan campuan bahan bahan lainnya. Kandungan Kandungan karon karon biasanya biasanya kurang kurang dari 1,0 wt %.berdasarkan kandungan karbon, baja dibagi atas baja karbon rendah, sedang dan tinggi. Baja Karbon Rendah Baja Baja

karb karbon on

rend rendah ah

meng mengan andun dung g

karb karbon on

(0,2 (0,25w 5wt% t%))

berd berdas asar arka kan n

kandun kandungan gan karbon karbon baja baja ini bersif bersifat at tidak tidak respo respontif ntif terha terhadap dap perlak perlakuan uan panas yang bertujuan untuk membentuk martensit. Penguatan dilakukan dengan : - struk struktur tur mikr mikro o berup berupa a : ferit ferit +pear +pearlit lite. e. - sifat : - lunak dan lemah tetapi tetapi keuletan dan tangguhan tangguhan sangat tinggi tinggi - mudah di “mach “maching“, ing“, di las - diantara semua baja karbon, paling murah di produksi. - aplik plika asi

: komp kompo onen bod bodi mo mobil, bil, baja, ja, struk truktu turr (ti (tia ang I. C, dll) dll),, pip pipa gedung, jembatan , kaleng.

Beberapa Beberapa baja karbon rendah bisa dilihat dil ihat pada tabel 12.1a dan 12.1b. High High stre streng ngth th,, lowlow-al allo loy y (HSL (HSLA) A) : adal adalah ah baja baja karb karbon on rend rendah ah yang yang ditambah unsur lain seperti : tembaga, tembaga, vanadium, nikel, molibdenum yang yang akan menaikkan kekuatan baja. Baja karbon sedang - baja ini mengandung mengandung karbon karbon kira-k kira-kira ira 0,2-0. 0,2-0.60w 60wtt %. %. - bisa diberika diberikan n perlakuan perlakuan pana panas s : austen austenitizin itizing, g, quenchin quenching g ,dan tempering untuk menaikan sifat mekanik. - serin sering g digunak digunakan an dalam dalam bentuk bentuk strukt struktur ur marten martensit site. e. - penambaha penambahan n chrom, chrom, nikel nikel dan molibd molibdenum enum meningk meningkatka atkan n kemampua kemampuan n untuk perlakuan panas. - baja yang yang telah telah mengala mengalami mi perlakuan perlakuan panas panas lebih lebih kuat kuat dari dari pada pada baja karbon rendah namun keuletan dan ketangguhannya menurun. - aplikasi aplikasi : roda roda kereta kereta api, api, rel, roda roda gigi, gigi, crank crank shaft, shaft, dan kompon komponen en mesin yang membutuh kan kekuatan tinggi. Beberapa Beberapa type baja karbon karbon sedang bisa dilihat pada tabel tabel :12.2a dan 12.2b


102

Baja karbon tinggi - kandu kandunga ngan n karbo karbon n antar antara a 0,60 0,60-1 -1,4 ,4 %wt. %wt. - mempunya mempunyaii sifat sifat : paling paling keras keras,, paling paling kuat kuat namun namun keuletan keuletan paling paling rendah. - umumnya umumnya digunak digunakan an dalam dalam kondisi kondisi sudah sudah diperkera diperkeras s dan dan ditemper ditemper.. Sehingga tahan aus dan mampu menahan alat potong yang tajam. - campuran campuran bahan bahan lain lain berupa berupa chrom, chrom, vanadiu vanadium, m, tungsten tungsten molibdenum molibdenum dan banyak digunakan untuk baja tool dan baja cetak. - pemakaia pemakaian n : pisau, pisau, pisau pisau cukur, cukur, gerga gergaji, ji, pega pegas s dan kawa kawatt.

Baja anti karat (stainless steel) - elemen elementt padua paduan n utama utama : chrom chrom (>11 (>11wt% wt%). ). - dibagi dibagi atas tiga jenis : -baja anti karat karat marten martensitie sitie -baja anti karat feritic. -baja anti karat austenitic - baja marten martensitic sitic bisa diberikan diberikan pelaku pelakuan an panas panas sementa sementara ra baja baja feritic feritic dan austeritic tidak bisa. - penguata penguatan n baja anti anti karat karat feritic feritic dan dan austetic austetic dilaku dilakukan kan dengan dengan penger penger jaan dingin. - martensit martensitc c dan feritic feritic stailess stailess bersifa bersifatt magnet magnet sedangk sedangkan an baja anti anti karat karat austenitic tidak. Penomoran Baja Titik pembagi antara baja dan besi cor adalah kandungan karbon baja adalah 2,11% 2,11%,, dimana dimana pada pada daerah daerah ini bisa bisa terjad terjadii reaksi reaksi eutektik . Pada Pada baja baja,, kita kita konse konsentr ntrasi asi di daera daerah h eutektik (Gamba (Gambarr 12.2) 12.2) dimana dimana garis garis kelaru kelarutan tan dan isotermal isotermal eutektoid eutektoid terlihat. terlihat. A3 memperliha memperlihatkan tkan tempera temperatur tur dimana dimana ferit mulai terbentuk terbentuk pada proses proses pendingina pendinginan; n; Acm memperliha memperlihatkan tkan temperat temperatur ur dimana dimana sementit mulai sementit mulai terbentuk; dan A dan A1 adalah temperatur eutektoid.


103

Hampir semua perlakuan panas baja diarahkan untuk mendapatkan struktur campuran ferit dan ferit dan sementit . Gambar 12.3 memperlihatkan tiga susunan struktur mikro mikro ferit ferit dan semen sementit tit yang yang biasa biasanya nya dibua dibuat. t. Pearlit mempunya mempunyaii struktur struktur lamellar (berla (berlapis pis)) ferit ferit dengan dengan semen sementit tit.. Pada Pada Bainit , seme sement ntit it lebi lebih h bula bulatt daripada pearlit. Martensit mempunyai struktur campuran halus dan hampir bulat sementit di dalam ferit.

AISI (American Iron and Steel Institute) dan SAE (Society of Automotive Engineers Engineers)) mempunya mempunyaii sistem sistem pengelomp pengelompoka okan n seperti seperti pada tabel 1. Dimana Dimana diguna digunakan kan 4 atau atau 5 digit digit angka angka.. Dua angka angka pertama pertama meruju merujuk k pada pada elemen elemen pemadu utama, dan dua atau tiga angka berikutnya merujuk kepada persentase Material Teknik Universitas darma Persada - Jakarta

104

karbon. Misal: baja AISI 1040 adalah baja karbon dengan kandungan karbon 0,40%. Tabel 1. Komposisi beberapa baja BS dan AISI-SAE. Nom Nomor Grad Grade e BS AISI-SAE setara 1020 1040 1060 1080 1095 1140 4140 4340 4620 52100 8620 9260

040A20 080A40 080A62 070A78 060A96 212M44 708M40 817M49 665H20 534A99 805H20 250A58

%C

%Mn

0,18-0,23 0,37-0,44 0,55-0,65 0,75-0,88 0,90-1,03 0,37-0,44 0,38-0,43 0,38-0,43 0,17-0,22 0,98-1,10 0,18-0,23 0,56-0,64

0,30-0,60 0,60-0,90 0,60-0,90 0,60-0,90 0,30-0,50 0,70-1,00 0,75-1,00 0,60-0,80 0,45-0,65 0,25-0,45 0, 0,70-0,90 0,75-1,00

%Si

%Ni

0,15-0,30 0,15-0,30 1,65-2, -2,0 0,15-0,30 1,65-2,0 0,15-0,30 0,15-0,30 0, 0,40-0,70 1,80-2,20

%Cr

Lainnya

0,08-0,13% S 0,80-1,10 0,15-0,25%Mo 0,70-0,90 0,20-0,30%Mo 0,20-0,30%Mo 0,40-0,60 0,15-0,25%V

Perlakuan Panas Sederhana Empat Empat perlak perlakuan uan panas panas sederh sederhana ana yaitu yaitu:: annealing proses, annealing, normalising, dan pheroidis dan pheroidising ing umum umum dipakai pada baja (Gambar 12.4). Perlakuan panas panas ini bertuj bertujuan uan untuk untuk mencap mencapai ai salah salah satu satu dari: dari: 1. menghi menghilan langka gkan n efek efek penger pengerjaa jaan n dingin dingin,, 2. mengon mengontro troll pengua penguatan tan disper dispersi si dan 3. mening meningka katka tkan n kemampumesinan.

Annealing proses - Menghilangkan efek pengerjaan dingin. Perlakuan panas rekristalisasi digunakan untuk menghilangkan efek pengerjaan dingin pada baja yang yang kandun kandungan gan karbo karbonny nnya a kurang kurang dari dari 0,25% 0,25% dan disebu disebutt Anneal proses. proses. Material Teknik Universitas darma Persada - Jakarta

105

Anneal proses dilakukan pada suhu 800C hingga 1700C dibawah temperatur A A1. Ini diatas temperatur rekristalisasi ferit. Annealing Annealing dan Normalising - Penguatan Dispersi. Baja bisa diperkuat dengan dispersi dengan mengatur kehalusan butir pearlit. Baja pertama-tama dipanaskan untuk menghasilkan menghasilkan austenit austenit yang homogen, homogen, langkah langkah ini disebut disebut austenising . Annealing atau anneal penuh (full anneal) anneal) adalah adalah mendinginka mendinginkan n baja secara perlahan perlahan pada pada dapur pemanas pemanas sehingga menghasilkan menghasilkan butiran butiran pearlit pearlit kasar. kasar. Normalising adal adalah ah mend mendin ingin ginka kan n baja baja seca secara ra cepa cepat, t, di udar udara, a, sehi sehing ngga ga menghasilkan butiran pearlit halus. Gambar 12.5 memperlihatkan sifat-sifat yang diperoleh pada proses proses annealing dan normalising normalising pada baja karbon biasa. biasa.

Pada Pada anne anneal alin ing, g, pemb pemben entu tuka kan n

aust austen enit it (aus (auste teni nisi sing ng))

baja baja hypo hypoeu eute tect ctoi oid d

dilakukan kira-kira 300C diatas A diatas A3, menghasilkan 100% γ . Austenising untuk baja hypereutectoid dilakukan pada kira-kira 300C diatas A1, menghasilkan austenit dan Fe3C; proses ini mencegah pembentukan bentukan yang getas, lapisan tipis kontinyu Fe3C di batas butir yang terjadi pada pendinginan pelan dari daerah 100% γ . Pada kedua kasus ini dihasilkan pearlit kasar dengan kekuatan rendah namun keuletan tinggi.


106

Pada normalising, austenising dilakukan pada kira-kira 550C diatas A3 atau Acm; baja baja kemud kemudian ian dikelu dikeluark arkan an dari dari dapur dapur paman pamanas as dan diding didingink inkan an di udara. udara. Pendinginan cepat menghasilkan pearlit halus yang mempunyai kekuatan lebih tinggi. Spheroidising - Meningkatkan Meningkatkan Kemampumesinan. Baja karbon tinggi yang mengandung sejumlah besar Fe 3C mempunyai karakteristik pemesinan rendah. Selama perlakuan spheroidising , yang dilakukan beberapa jam pada suhu kirakira 300C dibawah A1, Fe3C berubah bentuk menjadi partikel besar, speris yang mengurangi area butir. Struktur mikronya mikronya disebut karbida spheroid, spheroid, mempunyai mempunyai matrik matriks s ferit ferit kontin kontinyu yu yang yang lunak lunak dan mampu mampu dimes dimesin in (gamba (gambarr 6). Strukt Struktur ur sejenis didapatkan bila martensit di temper sedikit dibawah A dibawah A1 untuk waktu yang lama.

BESI TUANG Besi Besi tuang tuang adalah adalah padua paduan n besi besi dengan dengan kadar kadar karbo karbon n diata diatas s 2.1%w 2.1%wt. t. Umumnya kadar karbon karbon berkisar antara 3,0-4,5wt%. 3,0-4,5wt%. - titik itik lele leleh h : 11500-13000 c, lebih rendah dari baja - memp mempun unya yaii sifat sifat rapu rapuh/ h/ge geta tas. s. - pemb pembent entuka ukan n grafit grafit dipeng dipengaru aruii oleh : kadar kadar si>1% si>1%.. - besi besi tuang tuang umumnya umumnya berupa berupa : besi besi tuang tuang kelabu, kelabu, besi besi tuang tuang nodular, nodular, besi tuang putih, dan besi tuang maliable. Besi tuang kelabu (gray cast iron) i ron) - diproses diproses melalui melalui pendingina pendinginan n pelan pelan

struktur struktur : ferit+perl ferit+perlit it dan

grafit yang berbentuk panjang serpihan.


107

Grafit merupakan karbon bebas yang kekuatannya sangat rendah sekitar 1kg/mm2. Sifat besi tuang sangat dipengaruhi oleh bentuk grafit. -

Sifa Sifat-s t-sifa ifatt : - keku kekuat atan anny nya a rela relati tiff ren renda dah h - getas, keuletan rendah - tahan terhadap panas, korosi, dan aus - mampu meredam getaran - memiliki sifat mampu potong potong (machining ability) ability) yang yang baik

- biay biaya a pemb pembua uata tan n mur murah ah . - aplikasi aplikasi : blok blok mesin, mesin, rangka rangka mesin, mesin, perka perkakas, kas, rangka rangka mesinmesin-mesin mesin lainnya.

Besi tuang nodular Perbedaan dengan besi tuang kelabu adalah bentuk grafitnya berbentuk bulat. Bentuk grafitnya yang bulat karena dengan bahan sejumlah kecil magnesium (Mg), cerium (Ce) kedalam besi tuang kelabu. Keuletan dan kekuatan besi tuang nodular lebih tinggi dari besi tuang kelabu. Besi tuang putih Pada Pada besi besi tuang tuang putih, putih, kandun kandungan gan karbo karbonny nnya a tidak tidak memben membentuk tuk grafit grafit melainkan melainkan karbida karbida (Fe3c). Sifat besi tuang ini sangat keras dan cocok untuk digunakan pada peralatan dengan ketahanan aus tinggi seperti alatalat penghancur (crusher), alat-alat pertambangan, dll.

Besi tuang malleable Besi tuang dibuat dengan memberi proses perlakuan panas pada besi tuang putih sehingga kekerasannya menurun.


108


109


110


111


99


100


101


102

BAB IX LOGAM NON-FEROUS

Sifat-sifat Sifat-sifat

serta struktur struktur kelompok kelompok logam logam non-besi non-besi yang berbeda berbeda akan akan

mempunyai harga yang jauh berbeda. Contohnya, temperatur leleh, bervariasi dari dari temper temperatu aturr ruang ruang untuk untuk logam logam galium galium hingga hingga lebih lebih dari dari 3000 30000C untu untuk k wolfram. wolfram. Kekuatan Kekuatan bervarias bervariasii mulai dari 5 MN.m-2 hingga lebih dari 1.500 MN/ m2. Aluminium, magnesium dan beryllium (logam ringan) mempunyai kerapatan yang sangat rendah, sedangkan timbal dan wolfram mempunyai kerapatan yang sangat tinggi. Pada Pada bany banyak ak apli aplika kasi si,,

bera beratt meru merupa paka kan n

menghubun menghubungkan gkan kekuatan kekuatan material material dengan

fakt faktor or yang yang krit kritis is.. Untu Untuk k

beratnya beratnya,, yang dikenal dikenal dengan dengan

kekuatan spesifik atau rasio kekuatan terhadap berat, didefinisikan dengan: Kekuatan spesifik =

kekuatan kerapatan

Tabel Tabel 1 menamp menampilk ilkan an perban perbandin dinga gan n kekua kekuatan tan spesif spesifik ik dari dari beber beberapa apa paduan non-besi kekuatan tinggi. Faktor lainnya dalam desain yang berkaitan dengan logam non-besi adalah biaya, yang juga bisa berbeda dengan sangat berarti. Tabel 1. Kekuatan spesifik paduan non-besi. Logam Aluminium Beryllium Tembaga Timbal Magnesium Nikel Titanium Wolfram Seng Besi

Kerapatan (Mg.m-3 ) 2,70 1,85 8,93 11,36 1,74 8,90 4,51 19,25 7,13 7,87

Kekuatan Tarik (MN.m-2) 570 380 1300 70 380 1360 1350 1030 520 2070

Kekuatan Tarik Spesifik (m2 s-2 ) 211000 205000 146000 6000 218000 153000 299000 54000 73000 263000

PADUAN ALUMINIUM Aluminium adalah logam kedua terbanyak di bumi. Aluminium digunakan di jutaan aplikasi, diantaranya kaleng minuman, alat rumah tangga, peralatan pemros pemrosesa esan n kimia, kimia, perala peralatan tan transm transmisi isi daya daya listrik listrik,, kompon komponen en otomot otomotif if dan komponen pesawat ruang angkasa. Sifat-sifat Aluminium Aluminium mempunyai kerapatan 2,70 Mg.m-3 atau sepertiga sepertiga kerapatan kerapatan baja, dan modulus elastisitas sebesar 70 GN.m -2. Walaupun paduan aluminium mempunyai sifat tarik yang rendah bila dibandingkan dengan baja, kekuatan spesifiknya sangat baik. Aluminium sering digunakan ketika berat merupakan faktor penting, seperti di pesawat terbang dan otomotif. Aluminium juga bisa berespon terhadap mekanisme penguatan. Tabel 2 membanding membandingkan kan kekuatan kekuatan aluminium aluminium dianil dianil murni dengan dengan paduan paduan aluminium aluminium yang diperkuat diperkuat dengan dengan berbagai berbagai teknik. teknik. Paduan Paduan aluminium aluminium bisa mempunya mempunyaii kekuatan 30 kali lebih besar dari aluminium murni. Tabel 2. Efek mekanisme penguatan pada aluminium dan paduan aluminium.

Material Al murni (99,999% (99,999% Al) Al murni komersial komersial (99% (99% Al) Paduan Al diperkuat larutan-jenuh (Al, 1,2% Mn) Al diperkuat diperkuat 75% pengerjaan pengerjaan dingin dingin (99% l) Paduan Al diperkuat dispersi (Al, 5% Mg) Paduan Al diperkeras penuaan (aging) (Al, 5,6% Zn, 2,5% Mg)

Kekuatan tarik (MN.m-2 )

Kekuatan luluh (MN.m-2 )

% elongasi

Kekuatan luluh(paduan) Kekuatan luluh(murni)

45 90 110

17 35 41

60 45 35

2,0 2,4

165

152

15

8,8

290

152

35

8,8

572

503

11

29,2

Sifat fisik yang menguntungkan dari aluminium diantaranya konduktifitas listrik dan termal, sifat nonmagnetik (para magnetik) dan ketahanan yang baik terhadap oksidasi dan korosi. Aluminium akan beraksi dengan oksigen, bahkan pada pada temper temperatu aturr ruang, ruang, memben membentuk tuk lapisa lapisan n sanga sangatt tipis tipis alumin aluminium ium oksida oksida (Al2O3) yang akan melindungi lapisan dibawahnya dari li ngkungan yang korosif.


118

Aluminium tidak menunjukkan

batas fatigue yang tinggi, sehingga

kerusakan bisa terjadi pada tegangan rendah. Karena temperatur lelehnya yang rendah rendah,, alumin aluminium ium tidak tidak cocok cocok diguna digunakan kan pada pada temper temperatu aturr tinggi tinggi.. Terak Terakhir, hir, paduan paduan aluminium aluminium mempunyai mempunyai kekerasa kekerasan n rendah, rendah, sehingga sehingga mengakiba mengakibatkan tkan tahanan aus yang rendah. Penandaan Paduan aluminium bisa dibagi atas dua kelompok utama: paduan tempa dan cor, tergantung kepada metode pabrikasinya. Paduan tempa, yang dibentuk dengan deformasi plastis (pengerjaan panas atau dingin), mempunyai komposisi dan struktur mikro yang berbeda sekali dengan paduan cor. Disetiap kelompok utama, paduan dikelompokkan atas dua subkelompok: paduan yang bisa diberi perlakuan panas (heat-treatable) dan yang tidak bisa diberi perlakuan panas (nonheat-tretable). Paduan aluminium diberi tanda dengan sistem penomoran seperti yang ditunjukkan oleh tabel 3. Nomor pertama menunjukkan unsur pemadu utama, dan nomor nomor selanjutny selanjutnya a mengacu mengacu kepada kepada komposisi komposisi spesifik paduan. Sistem penomo penomoran ran IADS IADS ini (Inter (Internat nation ional al Alloy Alloy Design Designati ation on System System)) telah telah banya banyak k diadopsi oleh berbagai negara. Tabel Tabel 3. Sistem Sistem Penand Penandaan aan IADS IADS (Inter (Internat nation ional al Alloy Alloy Design Designati ation on System System)) untuk paduan aluminium. Paduan Tempa : 1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx

Al murni komersial komersial (>99% Al) Al-Cu dan Al-Cu-Li Al-Cu-Li Al-Mn Al-Si dan Al-Mg-Si Al-Mg-Si Al-Mg Al-Mg-Si Al-Mg-Zn Al-Li, Sn, Zr, B, Fe atau Cr

Tidak bisa di aging Bisa diaging diaging Tidak bisa di aging Bisa diaging diaging jika jika mengandung mengandung Mg Tidak bisa di aging Bisa di aging Bisa di aging Sebagian besar bisa besar bisa di aging

Paduan Cor : 1xx 2xx 3xx 4xx 5xx 7xx 8xx

Al murni komersial komersial Al-Cu Al-Si-Cu atau Al-Mg-Si Al-Mg-Si Al-Si Al-Mg Al-Mg-Zn Al-Sn


Tidak bisa di aging Bisa di aging Beberapa bisa di aging Tidak bisa di aging Tidak bisa di aging Bisa di aging Bisa di aging

119

Derjat penguatan diberikan oleh penandaan temper T atau H, tergantung apakah paduan di beri perlakuan panas atau pengerasan regangan (tabel 4). Penandaan lainnya adalah apakah paduan dianil (O), perlakuan larutan (W) atau digu diguna naka kan n sepe seperti rti kond kondis isii pabr pabrik ikas asii (F). (F). Angk Angka a yang yang meng mengik ikut utii T atau atau H menunjukkan jumlah pengerasan regangan, jenis perlakuan panas, atau aspek khusus khusus lainny lainnya a pada pada pemros pemrosesa esan n padua paduan. n. Padua Paduan n yang yang umum umum dan dan sifatsifatsifatnya ditunjukkan oleh tabel 5. Tabel 4. Penandaan temper paduan aluminium. F O H

W T

Sebagaimana Sebagaimana pabrikasi (pengerjaan panas, tempa, cor dsb. Dianil (pada kondisi paling lunak yang mungkin) Pengerjaan dingin H1x – hanya pengerjaan dingin. (x merupakan jumlah pengerjaan dingin dan penguatan H12 H12 – penge pengerja rjaan an dingi dingin n yang yang membe memberik rikan an kekuat kekuatan an tarikd tarikdite itenga ngahhtengah antara temper O dan H14. H14 H14 - penge pengerja rjaan an dingi dingin n yang yang memb memberi erikan kan kekuat kekuatan an tarikd tarikdite itenga ngahhtengah antara temper O dan H18. H16 H16 - penge pengerja rjaan an dingi dingin n yang yang memb memberi erikan kan kekuat kekuatan an tarikd tarikdite itenga ngahhtengah antara temper H14 dan H18. H18 – pengerjaan dingin yang memberikan kira-kirea 75% reduksi. H19 – pengerjaan dingin yang memberikan kekuatan tarik minimal 15 MN.m-2 lebih besar dari yang diperoleh oleh temper H18. H2x – pengerjaan dingin dan sebagian dianil. H3x – pengerjaan dingin dan distabilkan pada temperatur rendah untruk mencegah pengerasan penuaan (aging) pada struktur. Perlakuan larutan Pengerasan penuaan T1 – didinginkan dari suhu pabrikasi dan di aging secara aging secara alami T2 – didingin didinginkan kan dari suhu pabrikasi, pabrikasi, pengerj pengerjaan aan dingin dingin dan di aging secara alami T3 – perlakuan larutan, pengerjaan dingin, dan di aging secara aging secara alami T4 - perlakuan larutan, dan diaging di aging secara secara alami T5 – didinginkan dari suhu pabrikasi dan diaging diaging secra secra artifisial. T6 - perlakuan larutan, dan diaging di aging secara secara artifisial. T7 - perlakuan larutan dan distabilkan dengan overaging. T8 - perlakuan larutan, pengerjaan dingin, dan di aging secara aging secara artifisial. T9 - perlakuan larutan, diaging di aging secara secara artifisial, dan pengerjaan dingin. T10 – diidinginkan dari suhu pabrikasi, pengerjaan dingin dan di aging secara artifisial.


120

Tabel 5. Sifat-sifat umum paduan aluminium Paduan

Kekuatan Tarik (MN.m-2 )

Kekuatan Luluh (MN.m-2 )

% Elongasi

Aplikasi

Paduan tempa nonheat-treatable 1100-O >99% Al 1100-H18

90 165

35 150

40 10

Komponen Komponen listrik, foil Proses makanan

3004-O 3004-H18

1,2% Mn-1,0% Mg

180 285

70 250

25 9

Kaleng minuman, penggunaan arsitek

4043-O 4043-H18

5,2% Si

145 285

70 270

22 1

Logam pengisi las

5182-O 5182-H19

4,5% Mg

290 420

130 395

25 4

Tutup kaleng minuman Komponen kapal

4,4% Cu 2,4% Li-2,7% Cu 12% Si-1% Mg 1% Mg-0,6% Si 5,6% Zn-2,5% Mg

470 550 380 310 570

325 517 30 275 505

20 6 9 15 11

Roda truk Kulit pesawat udara Piston Cano, gerbon kereta api Rangka pesawat udara

4,5% Cu 6% Si-3,5% Cu 7% Si-0,3% Mg 8,5% Si-3,5% Cu 17% Si-4,5% Cu 5,2% Si (cor pasir) mould permanen die cast

485 185 230 315 285 130 160 230

435 125 165 160 240 55 60 110

7 2 3 3 1 8 10 9

Rumah transmisi Pengecoran umum Fitting pesawat udara Rumah motor Mesin otomotif Peralatan penanganan makanan, fitting kapal

Paduan tempa heat-treatable 2024-T4 2090-T6 4032-T6 6061-T6 7075-T6 Paduan cor 201-T6 319-F 356-T6 380-F 390-F 443-F

Paduan Tempa. Paduan tempa 1xxx, 3xxx, 5xxx dan sebagian besar 4xxx tidak bisa diberi perlakuan panas. Paduan 1xxx dan 3xxx adalah paduan fasa tunggal, kecuali ada sejumlah kecil inklusi atau senyawa antar logam (Gambar 13.2). Sifat-sifat Sifat-sifat paduan paduan ini dikontrol dikontrol oleh pengerasa pengerasan n regangan regangan,, penguatan penguatan larutan larutan jenuh dan pengontrolan besar butir. Namun kelarutan elemen pemadu pada aluminium rendah pada temperatur ruang, maka derjat penguatan larutan jenuh terbatas. Paduan Paduan Cor. Banya Banyak k paduan paduan cor cor alumin aluminium ium yang yang ditunj ditunjukk ukkan an oleh oleh tabel tabel 5 mengan mengandun dung g cukup cukup siliko silikon n untuk untuk menyeb menyebabk abkan an reaksi reaksi eutekt eutektik, ik, sehing sehingga ga membuat paduan mempunyai titik leleh rendah, fluiditas baik, dan kemampuan cor yang baik. Fluiditas adalah kemampuan logam cair untuk mengalir melalui cetakan tanpa pembekuan lebih awal, dan kemampuan cor adalah berhubungan dengan kemudahan dimana benda cor yang baik bisa dibuat dari paduan. Material Teknik Universitas Darma Persada - Jakarta

121

Paduan Aluminium Lanjut. Sejumlah peningkatan terhadap paduan aluminium konvensio konvensional nal dan metode metode pabrikasi pabrikasi telah meningkatkan meningkatkan kegunaa kegunaan n logam logam ini. Padu Paduan an yang yang meng mengan andu dung ng lihi lihium um tela telah h dibu dibuat at,, khus khusus usny nya a untu untuk k indu indust stri ri pesawat udara. Lihium mempunyai kerapatan 0,534 Mg/m3, sehingga kerapatan paduan paduan Al-Li Al-Li 10% lebih lebih kecil kecil dari dari paduan paduan alumin aluminium ium konve konvensi nsiona onall (Gamba (Gambar r 13.5). Modulus elastisitas meningkat, dan kekuatan bisa sama atau melebihi paduan konvensional (lihat paduan 2090 pada tabel 5). Kerapatan yang rendah membuat membuat kekuatan kekuatan spesifik spesifik sangat sangat bagus sekali dan peningkata peningkatan n kekakuan kekakuan spes spesifi ifik k lebi lebih h besa besarr sehi sehing ngga ga memb membua uatt padu paduan an ini ini sang sangat at disu disuka kaii dala dalam m penggunaan struktur pesawat udara. Paduan ini mempunyai laju pertumbuhan reta retak k

fati fatigu gue e

rend rendah ah,,

sehi sehing ngga ga

meni mening ngka katk tkan an

keta ketaha hana nan n

fati fatigu gue, e,

dan dan

mempun mempunya yaii ketang ketangguh guhan an yang yang baik baik pada pada temper temperatu atur r kriogenik. Al-Li juga digunakan pada lantai, kulit dan rangka pesawat mi liter dan komersial. Kekuatan tinggi paduan Al-Li adalah akibat pengersan penuaan (Gambar 13.6). Paduan yang mengandung sampai 2,5% Li bisa diberi perlakuan panas dengan dengan metode metode konve konvensi nsiona onal. l. Penamb Penambah ahan an Li (hingg (hingga a 4%) bisa bisa dilak dilakuka ukan n dengan proses pembekuan cepat, yang akan menurunkan berat paduan dan menaikkan kekuatan.


122

PADUAN MAGNESIUM Magnesium, dimana sering diekstraksi secara elektrolitik dari magnesium klorid klorida a yang yang terkon terkonsen sentra trasi si di air laut, laut, adala adalah h lebih lebih ringan ringan dari dari alumin aluminium ium,, dengan dengan kerap kerapata atan n 1,74 1,74 Mg/m Mg/m3, dan dan mele meleleh leh pada pada temp temper erat atur ur sedi sediki kitt lebi lebih h rend rendah ah dari dari alum alumin iniu ium m (650 (650oC). C). Di bany banyak ak ling lingk kunga ungan, n, taha tahana nan n koro korosi si magnes magnesium ium mendek mendekati ati alumin aluminium ium,, namun namun jika jika berad berada a di lingku lingkunga ngan n yang yang mengandung garam, seperti dekat laut, akan menyebabkan penguraian yang cepat. Walaupun paduan magnesium tidak sekuat paduan aluminium, kekuatan spesif spesifikn iknya ya hampir hampir sama. sama. Oleh Oleh sebab sebab itu padua paduan n alumin aluminium ium diguna digunakan kan di aplika aplikasi si pesawa pesawatt udara, udara, mesin mesin kecep kecepata atan n tinggi tinggi,, perala peralatan tan transp transport ortasi asi dan peralatan penangan material. Material Teknik Universitas Darma Persada - Jakarta

123

Magn Magnes esiu ium m memp mempun unya yaii modu modulu lus s elast elastis isita itas s rend rendah ah (45 (45 GN/m GN/m2) dan ketaha ketahan n fatigu fatigue, e, creep creep dan aus aus yang yang rendah rendah.. Magnes Magnesium ium juga juga berbah berbahay aya a selama pekerjaan pengecoran atau pemesinan, karena bisa bereaksi dengan mudah dengan oksigen dan terbakar. Respon magnesium terhadap mekanisme kekuatan juga rendah. Stru Strukt ktur ur dan dan keul keulet etan anny nya a

Sifa Sifat. t. Magn Magnes esiu ium m

lebi lebih h

rend rendah ah dari dari

murn murnii

memp mempun unya yaii

alum alumin iniu ium. m.

Namu Namun n

stru strukt ktur ur HCP HCP padu paduan an

dan dan

magn magnes esiu ium m

mempunyai keuletan karena unsur pemadu meningkatkan jumlah bidang slip aktif. aktif. Bebera Beberapa pa deform deformasi asi dan penger pengerasa asan n regang regangan an bisa bisa dilak dilakuka ukan n pada pada temperatur ruang, dan paduan bisa dideformasi pada suhu tinggi. Pengerasan regan regangan gan mengha menghasilk silkan an penga pengaruh ruh yang yang relati relatiff kecil kecil pada pada magnes magnesium ium murni murni karena koefisien pengerasan regangan yang rendah. Sebagaima Sebagaimana na pada paduan aluminium, aluminium, kelarutan kelarutan elemen pemadu pemadu pada magnesium magnesium pada temperatur temperatur ruang terbatas, terbatas, menyebabk menyebabkan an hanya hanya sejumlah sejumlah kecil derjat penguatan larutan jenuh. Namun kelarutan banyak elemen pemadu meningkat terhadap temperatur, sebagaimana terlihat pada diagram fasa Mg-Al (gambar 13.8). Karenanya paduan bisa diperkuat dengan penguatan dispersi atau pengerasan penuaan. Beberapa paduan magnesium pengerasan penuaan, sepert sepertii padua paduan n yang yang menga mengandu ndung ng elemen elemen Zr, Th, Ag, Ag, atau atau Ce, mempun mempunya yaii ketaha ketahanan nan yang yang baik baik terhad terhadap ap overageing pada pada temper temperatu aturr sampa sampaii 3000C. Paduan yang mengandung hingga 9% Li mempunyai berat yang sangat ringan. Sifat-sifat paduan magnesium ditabulasikan di tabel 6. Sistem penomoran dibuat oleh “American Society for Testing Materials” (ASTM) dan telah diadopsi oleh banyak negara.


124

Tabel 6. Sifat-sifat paduan magnesium pada umumnya. Paduan (Penomoran ASTM)

Komposisi


Kekuatan Luluh (MN.m-2 )

% Elongasi

Mg Murni: Dianil Pengerjaan dingin

160 180

90 115

3-15 2-10

10% Al-0,1% Mn 7,6% Al-0,7% Zn 6% Zn-0,7% Zr

275 275 310

150 85 195

1 15 10

8,5% Al-0,5% Zn 4% Zn-0,45% Zr 3% Th-0,6% Zr

380 275 260

25 255 205

7 4 8

Paduan Cor: AM100-T6 AZ81A-T4 ZK61A-T6 Paduan Tempa: AZ80A-T5 ZK40A-T5 HK31A-H24

Paduan magnesium lanjut termasuk diantaranya paduan dengan impuritas rendah dan paduan yang mengandung sejumlah besar (>5%) cerium dan unsur bumi jarang lainnya. Paduan ini membentuk lapisan tipis pelindung MgO yang mening meningkat katkan kan ketah ketahana anan n koros korosi. i. Proses Proses pembe pembekua kuan n yang yang cepat cepat akan akan bisa bisa membuat penyerapan elemen pemadu lebih banyak ke magnesium, sehingga akan akan mening meningka katka tkan n tahana tahanan n korosi korosi.. Pening Peningkat katan an kekuat kekuatan, an, teruta terutama ma pada pada temperatur tinggi, bisa didapatkan dengan memasukkan partikel keramik atau serat seperti silikon karbida ke dalam logam. PADUAN TEMBAGA Paduan berbasis tembaga lebih berat dari besi. Walaupun kekuatan luluh bebera beberapa pa paduan paduan tinggi tinggi,, kekuat kekuatan an spesif spesifikn iknya ya umumny umumnya a lebih lebih rendah rendah dari dari paduan paduan aluminium aluminium atau magnesium. magnesium. Paduan Paduan mempunyai mempunyai ketahanan ketahanan fatigue, fatigue, creep creep dan aus lebih lebih baik

dari dari paduan paduan ringan ringan aluminiu aluminium m atau atau magnes magnesium ium..

Banyak paduan mempunyai keuletan, ketahanan korosi dan konduktifitas listrik dan termal termal yang yang baik baik dan dan sebag sebagian ian besar besar bisa bisa disamb disambung ung atau atau dipabr dipabrika ikasi si kedalam bentuk yang berguna. Aplikasi paduan berbasis tembaga antara lain: komponen listrik (seperti kabel), pompa, katup, dan komponen plumbing komponen plumbing . Paduan tembaga juga tidak seperti logam biasa dimana paduan ini bisa dipil dipilih ih untu untuk k meng mengha hasi silk lkan an warn warna a deko dekora ratif tif yang yang tepa tepat. t. Temb Tembag aga a murn murnii Material Teknik Universitas Darma Persada - Jakarta

125

berwarna merah, penambahan seng akan menghasilkan waarna kuning, dan penambahan nikel nikel menghasilkan warna perak. perak. Paduan tembaga tembaga bisa diperkuat dengan semua mekanisme penguatan yang kita kenal. Pengaruh mekanisme penguatan terhadap sifat mekanik bisa dilihat pada tabel 7. Tabel 7. Sifat-sifat paduan tembaga umum yang diperoleh dengan mekanisme penguatan yang berbeda. Material

Cu murni, dianil Cu murni komersial, Dianil Dianil untuk untuk mendapatk mendapatkan an butir kasar Cu murni komersial, Dianil Dianil untuk untuk mendapatk mendapatkan an butir halus Cu murni komersial, Pengerjaan dingin 70% Cu-35%Zn, dianil Cu-10%Sn, dianil Cu-35%Zn, penegrjaan dingin

Kekuatan Tarik (MN.m-2 ) 210 220

Cu-2% Be, pengerasan penuaan Cu-Al di quench dan temper Perunggu mangan cor

Kekuatan Luluh (Mn.m-2 ) 35 70

% Elongas i 60 55

Mekanisme Penguatan

235

75

55

Ukuran butir

395

365

4

Strain hardening

325 455 675

105 195 435

62 68 3

1310

1205

4

Solid solution Solid solution Solid solution + Strain hardening Age-hardening Age-hardening

760 490

415 195

5 30

Martensitic reaction Eutectoid reaction

Tembaga yang mengandung impuritas kurang dari 1% digunakan untuk apli aplika kasi si dibi dibida dang ng keli kelist stri rika kan. n. Seju Sejuml mlah ah keci kecill cadm cadmiu ium, m, pera perall dan dan Al2O3 meningkat meningkatkan kan kekerasa kekerasan n tanpa tanpa mempenga mempengaruhi ruhi konduktiv konduktivitas itas dengan dengan berarti. berarti. Paduan tembaga tembaga fasa tunggal diperkuat diperkuat dengan pengerjaan pengerjaan dingin. Tembaga Tembaga FCC mempunyai keuletan yang sangat baik dan koefisien pengerasan regangan yang tinggi. Padu Paduan an

Temb Tembag aga a

Timb Timbal al..

Umumn mumnya ya padu paduan an temb tembag aga a

temp tempa a

bisa bisa

mengandung timbal (Pb) hingga 4,5%. Timbal membentuk reaksi monotektik deng dengan an temb tembag aga a dan dan meng mengha hasi silk lkan an bola bola timb timbal al keci kecill kare karena na palin paling g akhi akhir r membeku. membeku. Timbal Timbal akan menaikkan menaikkan karakterist karakteristik ik pemesinan pemesinan.. Bahkan Bahkan jumlah jumlah timbal yang lebih besar digunakan pada pengecoran tembaga, dimana timbal memberikan kemampuan pelumasan dan daya rekat, dengan cara partikel keras lekat ke bola timbal lunak, dan karenanya mengurangi keausan.


126

NIKEL DAN COBALT Padu Paduan an nike nikell dan dan coba cobalt lt bany banyak ak digu diguna naka kan n untu untuk k prote proteks ksii kara karatt dan dan lingkungan temperatur tinggi, karena logam ini mempunyai titik leleh yang tinggi dan kekuatan yang tinggi. Nikel mempunyai struktur kristal FCC dan mempunyai kemampuan pembentukan yang tinggi, cobalt mempunyai struktur FCC diatas 4170C dan struktur HCP pada temperatur ruang. Paduan nikel dan cobalt umum bisa dilihat pada tabel 8. Tabel 8. Komposisi, sifat dan aplikasi beberapa paduan nikel dan cobalt. Material


Kekuatan Luluh (Mn.m-2 )

% Elonga si

345 655

110 620

45 4

Dianil Pengerjaan dingin

Corrosion resistance Corrosion resistance

540

270

37

Dianil

1030

760

30

di-aging

Katup, pompa, heat Exchanger Poros, pegas, Impeller

620

200

49

karbida

Peralatan perlakuan Panas

900

415

61

karbida

Corrosion resistance

490

330

14

dispersi

Turbin gas

615

258

37

karbida

Heat exchanger

1220

710

4

karbida

Abrasive wear wear resistance

Ni murni (99,9% Ni)

Ni-Cu alloy: Monel 400 (Ni-31,5%Cu) Monel K-500 (Ni-29,5% Cu2,7%Al-0,6%Ti) Ni Superalloy Inconel 600 (Ni-15,5% Cr8%Fe) Hastelloy B-2 (Ni-28% Mo) DS-Ni (Ni-2% ThO2) Fe-Ni superall s uperalloy: oy: Incoloy 800 (Ni-46% Fe1%Cr) Co Superalloy: Stellite 6B (60%Co30%Cr-4,5%W)

Mekanisme Penguatan

Aplikasi

Nikel Nikel dan Monel. Monel. Nikel Nikel dan padua paduanny nnya a mempun mempunya yaii ketaha ketahanan nan koros korosii dan kara karakt kter eris isti tik k pemb pemben entu tuka kan n yang yang sang sangat at baik baik.. Jika Jika temb tembag aga a dita ditamb mbah ahka kan n kedalam nikel, kekuatan maksimum yang diperoleh mendekati 60% kekuatan Ni. Sejumlah Sejumlah paduan, paduan, disebut disebut monel , dengan dengan kompos komposisi isi sekita sekitarr angka angka terseb tersebut ut karen karena a kekua kekuatan tan dan ketaha ketahanan nan koros korosiny inya a diguna digunaka kan n di air asin asin dan dan pada pada temper temperatu aturr tinggi tinggi.. Beber Beberapa apa monel monel mengan mengandun dung g alumin aluminium ium dan titaniu titanium. m. Padu Paduan an-pa -padu duan an

ini ini

menu menunj njuk ukka kan n


resp respon on

peng penger eras asan an

penu penuaa aan n

deng dengan an

127

presipitasi γ ’, dimana Ni3 Al Al atau Ni3Ti berpresipitasi yang akan menggandakan kekuatan tariknya. Bebera Beberapa pa sifat sifat khusu khusus s bisa bisa didapa didapatka tkan n pada pada paduan paduan nikel. nikel. Nikel Nikel bisa bisa digunakan

untuk

menghasilkan

magnet

permanen

karena

sifat

ferr ferrom omag agne netik tikny nya. a. Padu Paduan an Ni-36 Ni-36% % Fe (Inv (Invar ar)) menu menunj njuk ukka kan n geja gejala la tanp tanpa a ekspansi selama pemanasan; efek ini digunakan untuk menghasilkan material komposit bimetal. Superalloy. Superalloy Superalloy (paduan super) adalah adalah nikel, nikel, besi-nikel besi-nikel,, dan paduan paduan cobalt yang mengandung sejumlah besar elemen pemadu yang dimaksudkan untuk menghasilkan kekuatan tinggi pada temperatur tinggi, tahan creep pada temperatur mencapai 10000C, dan tahan korosi. Sifat yang baik pada temperatur tinggi ini didapatkan walaupun temperatur lelehnya kira-kira sama dengan baja. Aplikasi umum adalah sudu untuk turbin dan mesin jet, heat exchanger, komponen bejana untuk reaksi kimia, dan peralatan perlakuan panas. Untuk mendapatkan kekuatan tinggi dan ketahanan creep, elemen pemadu harus menghasilkan struktur mikro yang kuat dan stabil pada temperatur tinggi. Peng Pengua uata tan n

yang yang umum umumny nya a dila dilaku kuka kan n

adal adalah ah peng pengua uata tan n

laru laruta tan n

pada padat, t,

penguatan dispersi dan pengerasan presipitasi. PADUAN TITANIUM Titanium mempunyai sifat yang baik pada temperatur tinggi, tahan korosi, dan dan keku kekuat atan an spes spesifi ifik k ting tinggi. gi. Keku Kekuat atan anny nya a menc mencap apai ai 1400 1400 MN/m MN/m2, dan kerapatan kerapatan 4,505 Mg/m3.

Disamp Disamping ing itu, itu, lapisan lapisan pelind pelindun ung g TiO2 memberikan

kekuatan yang baik terhadap korosi dan kontaminasi dibawah suhu 535 0C. Sifat Sifat tahan tahan koros korosii yang yang baik baik diman dimanfaa faatka tkan n untuk untuk aplika aplikasi si di perala peralatan tan pemrosesan kimia, komponen kapal, dan implan biomedical. Juga digunakan untuk bahan pesawat udara seperti rangka pesawat dan komponen mesin jet. Jika Jika dikom dikombin binasi asikan kan denga dengan n niobiu niobium, m, dihas dihasilka ilkan n senya senyawa wa superconductive intermetallic. Titanium juga sering dikombinasikan dengan nikel atau aluminium.


128

Titanium Titanium Murni Murni Komersial. Komersial. Titan Titanium ium tanpa tanpa paduan paduan diguna digunakan kan dalam dalam hal ketaha ketahanan nan koros korosiny inya. a. Impuri Impuritas tas,, seper seperti ti oksige oksigen n mening meningka katka tkan n kekua kekuatan tan titanium tetapi menurunkan ketahanan korosinya. Penggunaannya meliputi: heat exchanger, pipa, reaktor, pompa dan katup untuk i ndustri kimia dan petrokimia. Paduan Titanium Alpha. Paduan umum paduan alpha mengandung 5% Al dan 2,5% 2,5% Sn. Sn. Padu Paduan an alph alpha a yang yang dian dianil il ke temp temper erat atur ur ting tinggi gi di daer daerah ah β , pendin pendingin ginan an cepat cepat akan akan mengha menghasil silkan kan strukt struktur ur butir butir α Widmanstat Widmanstatten ten dan menghasilkan ketahanan yang baik terhadap fatigue. Pendinginan di dapur akan menghasilkan struktur α seperti pelat yang memberikan ketahanan yang elbih baik terhadap creep.


129

Paduan Titanium Beta. Walaupun penambahan sejumlah besar vanadium atau molybdenum akan menghasilkan struktur β secara keseluruhan pada temperatur ruan ruang, g, tida tidak k ada ada padu paduan an beta beta yang yang mema memadu du pada pada kond kondis isii ini. ini. Namu Namun n sebenarnya paduan ini kaya akan stabilizer β , sehingga pendinginan cepat akan mengha menghasil silkan kan strukt struktur ur meta meta stabil stabil yang yang terdir terdirii semua semuanya nya dari dari β . Penguatan diperoleh dengan sejumlah besar elemen pemadu penguatan larutan jenuh dan dengan proses penuaan (aging) sturuktur β meta stabil yang akan membentuk presipitasi alpha. Aplikasi logam ini antara lain: fastener kekuatan fastener kekuatan tinggi, beam, beam, dan fitting untuk fitting untuk penggunaan di pesawat antariksa. Paduan Titanium Alpha-Beta. Dengan keseimbangan yang tepat dari stabilizer

α dan β , campuran α dan β diperoleh pada temperatur ruang. Ti-6% Al-4% V adalah contohnya. Karena paduan mengandung dua fasa, perlakuan panas bisa digunakan untuk mengontrol struktur mikro dan sifat-sifatnya. Proses annil akan memberikan keuletan tinggi, sifat yang seragam dan kekuatan yang baik. Paduan dipanaskan sedikit dibawah garis temperatur β , menghasilkan sejumlah kecil α yang tak berubah dan mencegah pertumbuhan butir (gambar 13.18). Pendinginan lambat akan menghasilkan butir α equiaxed ; dimana dimana struktur struktur equiaxed akan akan memb member erik ikan an sifa sifatt keul keulet etan an yang yang baik baik dan dan kema kemamp mpu u bent bentuk ukan an sehi sehing ngga ga suli sulitt bagi bagi reta retak k

fati fatigu gue e untu untuk k terb terben entu tuk. k.

Pendinginan cepat akan menghasilkan fasa alpha berbentuk tenunan keranjang (bas (baske ketw twea eave ve))

(ga (gambar mbar

13.1 13.18c 8c). ).

Kond Kondis isii

ini ini

akan akan

meng mengha hasi silk lkan an

laju laju

pertum pertumbuh buhan an retak retak fatigu fatigue e yang yang lambat lambat,, ketang ketangguh guhan an patah patah yang yang baik baik dan ketahanan yang baik terhadap creep.


130


131

Material Teknik

Recommend Documents