Sabtu, 02 April 2011

metalografi


A.    PENGERTIAN

Baja dikatakan padu jika kompesisi unsur-unsur paduannya secara khusus, bukan baja karbon biasa yang terdiri dari unsur silisium dan mangan. Baja paduan semakin banyak digunakan.Unsur yang paling banyak digunakan untuk baja paduan, yaitu: Cr,Mn, Si, Ni, W, Mo, Ti, Al, Cu, Nb dan Zr.
Penambahan unsur-unsur lain dalam baja karbon dapat dilakukan dengan satu atau lebih unsur, tergantung dari karakteristik atau sifat khusus yang dikehendaki. Baja ini memiliki lebih kekuatan, kekerasan, kekerasan panas, memakai perlawanan, kemampukerasan, atau ketangguhan dibandingkan dengan baja karbon. However, they may require heat treatment to achieve such properties.

B.     Kandungan Atom atau Unsur kiMIA

Unsur paduan ditambahkan untuk mencapai sifat tertentu dalam materi. Sebagai pedoman, unsur paduan ditambahkan dalam persentase lebih rendah (kurang dari 5%) untuk meningkatkan kekuatan atau kekerasan, atau dalam persentase yang lebih besar (lebih dari 5%) untuk mencapai sifat-sifat khusus, seperti ketahanan korosi atau suhu ekstrim stabilitas.
Mangan(Mg), silicon(Si), atau aluminium(Al) ditambahkan selama pembuatan baja proses untuk menghilangkan oksigen terlarut dari lelehan. Mangan, silikon, nikel, dan tembaga ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dengan membentuk larutan padat di ferit. Kromium, vanadium, molibdenum, dan tungsten meningkatkan kekuatan dengan membentuk fase kedua-karbida. Nikel dan tembaga meningkatkan ketahanan korosi dalam jumlah kecil. Molibdenum membantu untuk melawan embrittlement. Zirconium, cerium, dan kalsium meningkatkan ketangguhan dengan mengendalikan bentuk inklusi. Mangan sulfida, timbal, bismut, selenium, dan telurium-mesin meningkat.
Elemen paduan cenderung yang baik untuk membentuk senyawa atau karbida. Nikel sangat larut dalam ferit, sehingga membentuk senyawa, biasanya Ni 3 Al. Aluminium larut dalam ferit dan membentuk senyawa Al 2 O 3 dan AlN. Silikon juga sangat larut dan biasanya membentuk senyawa SiO 2 • M x O y.   Mangan kebanyakan larut dalam membentuk senyawa ferit Mns, MnO • SiO 2, tetapi juga akan membentuk karbida dalam bentuk (Fe, Mn) 3 C. Bentuk kromium partisi antara fasa ferit dan karbida di baja, membentuk (Fe, Cr 3) C, Cr 7 C 3, dan Cr 23 C 6.  Jenis bentuk kromium karbida yang tergantung pada jumlah karbon dan jenis-jenis elemen paduan hadir. Tungsten dan molibdenum membentuk karbida jika ada karbon yang cukup dan tidak adanya unsur-unsur pembentuk karbida kuat (yaitu titanium & niobium), mereka membentuk karbida Mo 2 C dan W 2 C, masing-masing. Vanadium, titanium, dan niobium karbida unsur-unsur kuat yang membentuk karbida V 3 C 3, TiC, dan NIC satu demi satu.
Unsur paduan juga memiliki mempengaruhi pada suhu eutektoid baja. Mangan dan nikel eutektoid menurunkan suhu dan dikenal sebagai unsur menstabilkan austenit. Cukup dengan elemen-elemen ini pada struktur austenitik dapat diperoleh pada suhu kamar.   Elemen pembentukan karbida eutektoid menaikkan suhu; elemen ini dikenal sebagai unsur menstabilkan ferit.

C.    Bentuk Struktur mikro

Baja secara umum memiliki struktur mikro berupa ferit, dan pearlite. Ada beberapa perbedaan struktur mikro yang disebabkan oleh konsentrasi karbon pasa masing masing campuran,  Fasa-fasa padat yang ada didalam baja :
a. Ferit (alpha) : merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan teratur) berupa Body Centered Cubic (BCC= kubus pusat badan), Ferit ini mempunyai sifat magnetis, agak ulet, dan agak kuat.
b. Autenit : merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC = kubus pusat muka), Austenit ini mempunyai sifat Non magnetis, dan ulet.
c. Sementid (besi karbida) : merupakan sel satuan yang berupa orthorombik, Sementid ini mempunyai sifat keras dan getas.
d. Perlit : merupakan campuran fasa ferit dan sementid sehingga mempunyai sifat kuat.
e. Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan)
High Speed Steel (HSS) merupakan salah satu bagian dari Tool steel dengan kararakteristik mampu mempertahankan nilai kekerasan pada suhu 300~700 derajat celcius. Selain itu material HSS juga memeliki kadar karbon yang relative lebih tinggi dibandingkan material tool steel lainnya yaitu berkisar 1.5~2.0% C. Unsur-unsur paduan utama yang terdapat dalam material HSS yang akan membentuk karbida yaitu Tungsten, Molybdenum, Vanadium. Chromium. Unsur Nickel dan Manganese tidak terlalu banyak digunakan yaitu berkisar 0.2~0.5%. Penambahan Cobalt, Boron, Niobium merupakan salah satu alternatif untuk meningkatkan kinerja material HSS. Material HSS bisa di hasilkan melalui proses pengecoran atau proses metalurgi serbuk. Berikut ini saya tampilkan beberapa struktur mikro material HSS hasil proses pengecoran dengan menggunakan etsa Murakami dengan perbesaran 500X, mikroskop Olympus GX51 Inverted Type




D.    Cara Pembuatan

  Proses dalam Dapur Tinggi
Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat
karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam
pada   suhu   tinggi.   Pada   pembakaran   suhu   tinggi  +  18000       C   dengan   udara panas,     maka     dihasilkan     suhu    yang    dapat    menyelenggarakan        reduksi tersebut. Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung maka diberi batu kapur sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih besinya   mempunyai   sifat   basa   dan   sebaliknya   bahan   tambahan   diberikan yang bersifat basa apabila bijih besi bersifat asam.
Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan keluar melalui bagian   atas   dan   ke   dalam   pemanas   udara.   Terak   yang   menetes   ke   bawah melindungi besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian dipisahkan.
Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai berikut:
Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi :

 C+O2   à         CO2

 sebagian   dari   CO2    bersama   dengan   zat   arang   membentuk   zat   yang   berada ditempat yang lebih atas yaitu gas CO.

CO + C  à          2CO
   
Di bagian atas dapur tinggi pada suhu 300  sampai 800  C oksid besi yang lebih    tinggi  diubah     menjadi    oksid   yang    lebih   rendah    oleh   reduksi    tidak langsung dengan CO tersebut menurut prinsip :

Fe  O  + CO   à      2FeO+CO


Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi reduksi
tidak langsung menurut prinsip :

FeO+CO    à         FeO+CO2

Reduksi      ini  disebut   tidak   langsung     karena    bukan    zat  arang    murni    yang mereduksi   melainkan   persenyawaan   zat   arang   dengan   oksigen.   sEdangkan reduksi     langsung      terjadi  pada    bagian    yang    terpanas     dari   dapur,    yaitu langsung di atas pipa pengembus. Reduksi ini berlangsung sebagai berikut.

FeO+C     à             Fe+CO

CO   yang   terbentuk   itulah   yang   naik   ke   atas   untuk   mengadakan   reduksi tidak langsung tadi.
Setiap   4   sampai   6   jam   dapur   tinggi   dicerat,   pertama   dikeluarkan   teraknya dan   baru   kemudian   besi.   Besi   yang   keluar   dari   dapur   tinggi   disebut   besi kasar   atau   besi   mentah   yang   digunakan   untuk   membuat   baja   pada   dapur pengolahan baja atau dituang menjadi balok-balok tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja sebagai bahan baku. Besi   cair   dicerat   dan   dituang   menjadi   besi   kasar   dalam   bentuk   balok-balok besi   kasar   yang   digunakan   sebagai   bahan   ancuran   untuk   pembuatan   besi tuang (di dalam dapur kubah) atau masih dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja (dapur Siemen Martin).
Terak yang keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan menjadi bahanpembuatan   pasir   terak   atau   wol   terak   sebagai   bahan   isolasi   atau   sebagai bahan campuran semen. Besi cair yang dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum dituang menjadi balok     besin   kasar   sebagai    bahan    ancuran    di   pabrik   penuangan,      perlu dicampur   dahulu   di   dalam   bak   pencampur   agar   kualitas   dan   susunannya seragam.      Dalam      bak   pencampur        dikumpulkan       besi   kasar    cair dari bermacam-macam dapur tinggi yang ada untuk mendapatkan besi kasar cair yang     sama    dan    merata.    Untuk    menghasilkan       besi   kasar   yang    sedikit mengandung   belerang   di   dalam   bak   pencampur   tersebut   dipanaskan   lagi menggunakan gas dapur tinggi.

Proses Peleburan Baja

        Pada gambar 3 dan 4 ditunjukkan proses peleburan baja dengan menggunakan   bahan   baku   berupa   besi   kasar   (pig   iron)   atau   berupa besi    spons    (sponge    iron).  Disampin      itu  bahan    baku    lainnya    yang biasanya   digunakan   adalah   skrap   baja   dan   bahan-bahan   penambah seperti ingot ferosilikon, feromangan dan batu kapur. Proses peleburan dapat dilakukan pada tungku BOF (Basic Oxygen Furnace) atau pada tungku busur listrik (Electric Arc Furnace atau disingkat EAF). Tanpa memperhatikan tungku atau proses yang diterapkan, proses peleburan baja pada umumnya mempunyai tiga tujuan utama, yaitu :
ü  mengurangi sebanyak mungkin bahan-bahan impuritas
ü   mengurangi sebanyak mungkin bahan-bahan impuritas.
ü   mengatur kadar karbon agar sesuai dengan tingkat grade/spesifikasi baja       yang diinginkan.
ü   menambah elemen-elemen pemadu yang diinginkan.

Proses Peleburan Baja Dengan BOF

        Proses     ini  termasuk      proses    yang   paling    baru    dalm    industri
pembuatan   baja.   Gambar   sketsa   dari   tungku   ini   ditunjukkan   dalam gambar   7.   Terlihat   bahwa   dalam   gambar   tersebut   bahwa   konstruksi BOF      relatif   sederhana,       bagian    luarnya      dibuat    dari    pelat    baja sedangkan        dinding    bagian     dalamnya      dibuat    dari   bata    tahan    api (firebrick). Kapasitas BOF ini biasanya bervariasi antara 35 ton sampai dengan 200 ton.
        Bahan-bahan   utama   yang   digunakan   dalam   proses   peleburan dengan   BOF   adalah   :   besi   kasar   cair   (65-85%),   skrap   baja   (15-35%), batu   kapur   dan   gas   oksigen   (kemurnian   99,5%).   Keunggulan   proses BOF   dibandingkan   proses   pembuatan   baja   lainnya   adalah   dari   segi waktu peleburannya yang relatif singkat yaitu hanya berkisar sekitar 60 menit untuk setiap proses peleburan.
        Tingkat   efisiensi   yang   demikian   tinggi   dari   BOF   ini   disebabkan oleh pemakaian gas oksigen dengan kemurnian yang tinggi sebagai gas oksidator   utama   untuk   memurnikan   baja.   Gas   oksigen   dialirkan   ke dalam      tungku     melalui    pipa    pengalir    (oxygen    lance)    dan   bereaksi dengan   cairan   logam   di   dalam   tungku.   Gas   oksigen   akan   mengikat karbon      dari   besi   kasar   berangsur-angsur         turun    sampai     mencapai tingkat     baja   yang    dibuat.    Disamping      itu,   selama    proses     oksidasi berlangsung        terjadi   panas    yang    tinggi   sehingga     dapat    menaikkan temperatur logam cair sampai diatas 1650 oC.
       Pada saat oksidasi berlangsung, ke dalam tungku ditambahkan batu   kapur.   Batu   kapur   tersebut   kemudian   mencair   dan   bercampur dengan        bahan-bahan         impuritas      (termasuk       bahan-bahan         yang  teroksidasi) membentuk terak yang terapung diatas baja cair.     
            Bila proses oksidasi selesai maka aliran oksigen dihentikan dan pipa pengalir oksigen diangkat/dikeluarkan dari tungku. Tungku BOF kemudian   dimiringkan   dan   benda   uji   dari   baja   cair   diambil   untuk dilakukan analisa komposisi kimia.
           Bila komposisi kimia telah tercapai maka dilakukan penuangan (tapping).   Penuangan   tersebut   dilakukan   ketika   temperatur   baja   cair sekitar 1600 oC. Penuangan dilakukan dengan memiringkan perlahan- lahan   sehingga   cairan   baja   akan   tertuang   masuk   kedalam   ladel.   Di dalam ladel biasanya dilakukan skimming untuk membersihkan terak dari    permukaan      baja   cair  dan    proses   perlakuan     logam    cair  (metal treatment).  Metal   treatment  tersebut   terdiri   dari   proses   pengurangan impuritas      dan    penambahan        elemen-elemen       pemadu      atau    lainnya dengan      maksud      untuk     memperbaiki       kualitas    baja    cair   sebelum dituang ke dalam cetakan.




Proses Peleburan Baja Dengan EAF

        Proses    peleburan     dalam    EAF    ini  menggunakan        energi   listrik. Konstruksi tungku ini ditunjukkan dalam gambar 8. Panas dihasilkan dari busur listrik yang terjadi pada ujung bawah dari elektroda. Energi panas     yang    terjadi  sangat    tergantung     pada    jarak   antara   elektroda dengan   muatan   logam   di   dalam   tungku.   Bahan   elektroda   biasanya dibuat     dari   karbon    atau    grafit.  Kapasitas     tungku     EAF    ini  dapat berkisar     antara    2  -  200   ton  dengan     waktu    peleburannya       berkisar antara 3 - 6 jam.
        Bahan   baku   yang   dilebur   biasanya   berupa   besi   spons   (sponge iron)    yang   dicampur      dengan     skrap    baja.   Penggunaan       besi   spons dimaksudkan         untuk    menghasilkan       kualitas    baja   yang    lebih   baik. Tetapi dalam banyak hal (terutama untuk pertimbangan biaya) bahan
baku   yang   dilebur   seluruhnya   berupa   skrap   baja,   karena   skrap   baja
lebih murah dibandingkan dengan besi spons. Disamping bahan baku diatas, seperti halnya pada proses BOF, bahan-bahan lainnya yang ditambahkan pada EAF adalah batu kapur, ferosilikon, feromangan, dan lain-lain dengan maksud yang sama pula.
        Proses    basa    dan   asam    dapat    diterapkan    dalam     EAF.   Untuk pembuatan baja berupa produk cor maka biasanya digunakan proses
asam, sedangkan untuk pembuatan baja spesial biasanya digunakan proses basa.
        Peleburan baja dengan EAF ini dapat menghasilkan kualitas baja yang   lebih   baik   karena   tidak   terjadi   kontaminasi   oleh   bahan   bakar atau gas yang digunakan untuk proses pemanasannya.

A.    KLASIFIKASI BAJA PADUAN

1.      Berdasarkan persentase paduannya
a.       Baja paduan rendah
Bila jumlah unsur tambahan selain karbon lebih kecil dari 8% (menurut Degarmo. Sumber lain, misalnya Smith dan Hashemi menyebutkan 4%), misalnya : suatu baja terdiri atas 1,35%C; 0,35%Si; 0,5%Mn; 0,03%P; 0,03%S; 0,75%Cr; 4,5%W [Dalam hal ini 6,06%<8%]>
b.      Baja paduan tinggi
Bila jumlah unsur tambahan selain karban lebih dari atau sama dengan 8% (atau 4% menurut Smith dan Hashemi), misalnya : baja HSS (High Speed Steel) atau SKH 53 (JIS) atau M3-1 (AISI) mempunyai kandungan unsur : 1,25%C; 4,5%Cr; 6,2%Mo; 6,7%W; 3,3%V.
Sumber lain menyebutkan:
a.       Low alloy steel (baja paduan rendah), jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
b.      Medium alloy steel (baja paduan sedang), jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
c.       High alloy steel (baja paduan tinggi), jika elemen paduannya > 10 %

2.      Berdasarkan jumlah komponennya:
a.       Baja tiga komponen
Terdiri satu unsur pemadu dalam penambahan Fe dan C.
b.      Baja empat komponen atau lebih
Terdiri dua unsur atau lebih pemadu dalam penambahan Fe dan C. Sebagai contoh baja paduan yang terdiri: 0,35% C, 1% Cr,3% Ni dan 1% Mo.

3.      Berdasarkan strukturnya:
a.       Baja pearlit (sorbit dan troostit)
Unsur-unsur paduan relatif kecil maximum 5% Baja ini mampu dimesin, sifat mekaniknya meningkat oleh heat treatment (hardening &tempering)
b.      Baja martensit
Unsur pemadunya lebih dari 5 %, sangat keras dan sukar dimesin
c.       Baja austenit
Terdiri dari 10 – 30% unsur pemadu tertentu (Ni, Mn atau CO) Misalnya : Baja tahan karat (Stainless steel), nonmagnetic dan baja tahan panas (heat resistant steel).
d.      Baja ferrit
Terdiri dari sejumlah besar unsur pemadu (Cr, W atau Si) tetapi karbonnya rendah. Tidak dapat dikeraskan.
e.       Karbid atau ledeburit
Terdiri sejumlah karbon dan unsur-unsur pembentuk karbid (Cr, W, Mn, Ti, Zr).


4.      Berdasarkan penggunaan dan sifat-sifatnya
a.       Baja konstruksi (structural steel)
Dibedakan lagi menjadi tiga golongan tergantung persentase unsur pemadunya, yaitu baja paduan rendah (maksimum 2 %), baja paduan menengah (2- 5 %), baja paduan tinggi (lebih dari 5 %). Sesudah di-heat treatment baja jenis ini sifat-sifat mekaniknya lebih baik dari pada baja karbon biasa.
b.      Baja perkakas (tool steel)
Dipakai untuk alat-alat potong, komposisinya tergantung bahan dan tebal benda yang dipotong/disayat,kecepatan potong, suhu kerja. Baja paduan jenis ini dibedakan lagi menjadi dua golongan, yaitu baja perkakas paduan rendah (kekerasannya tak berubah hingga pada suhu 250 °C) dan baja perkakas paduan tinggi (kekerasannya tak berubah hingga pada suhu 600°C). Biasanya terdiri dari 0,8% C, 18% W, 4% Cr, dan 1% V, atau terdiri dari 0,9% C, 9 W, 4% Cr dan 2-2,5% V.
c.       Baja dengan sifat fisik khusus
Dibedakan lagi menjadi tiga golongan, yaitu baja tahan karat (mengandung 0,1-0,45% C dan 12-14% Cr), baja tahan panas (yang mengandung 12-14% Cr tahan hingga suhu 750-800oC, sementara yang mengandung 15-17% Cr tahan hingga suhu 850-1000oC), dan baja tahan pakai pada suhu tinggi (ada yang terdiri dari 23-27% Cr, 18-21% Ni, 2-3% Si, ada yang terdiri dari 13-15% Cr, 13-15% Ni, yang lainnya terdiri dari 2-2,7% W, 0,25-0,4% Mo, 0,4-0,5% C).

d.      Baja paduan istimewa
Baja paduan istimewa lainnya terdiri 35-44% Ni dan 0,35% C,memiliki koefisien muai yang rendah yaitu :
·       Invar : memiliki koefisien muai sama dengan nol pada suhu 0 – 100 °C, digunakan untuk alat ukur presisi.
·       Platinite : memiliki koefisien muai seperti glass, sebagai pengganti platina.
·       Elinvar : memiliki modulus elastisitet tak berubah pada suhu 50°C sampai 100°C. Digunakan untuk pegas arloji dan berbagai alat ukur fisika.

e.       Baja Paduan dengan Sifat Khusus
·       Baja Tahan Karat (Stainless Steel)
Sifatnya antara lain:
     Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekan
     Tahan temperature rendah maupun tinggi
     Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil
     Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus
     Tahan terhadap oksidasi
     Kuat dan dapat ditempa
     Mudah dibersihkan
     Mengkilat dan tampak menarik
·       High Strength Low Alloy Steel (HSLA)
Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifat-sifat di atas maka baja ini diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium.
·       Baja Perkakas (Tool Steel)
Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam atau mudah diasah, tahan panas, kuat dan ulet. Kelompok dari tool steel berdasarkan unsur paduan dan proses pengerjaan panas yang diberikan antara lain:
     Later hardening atau carbon tool steel (ditandai dengan tipe W oleh AISI), Shock resisting (Tipe S), memiliki sifat kuat dan ulet dan tahan terhadap beban kejut dan repeat loading. Banyak dipakai untuk pahat, palu dan pisau.
     Cool work tool steel, diperoleh dengan proses hardening dengan pendinginan yang berbeda-beda. Tipe O dijelaskan dengan mendinginkan pada minyak sedangkan tipe A dan D didinginkan di udara.
     Hot Work Steel (tipe H), mula-mula dipanaskan hingga (300 – 500) ºC dan didinginkan perlahan-lahan, karena baja ini banyak mengandung tungsten dan molybdenum sehingga sifatnya keras.
     High speed steel (tipe T dan M), merupakan hasil paduan baja dengan tungsten dan molybdenum tanpa dilunakkan. Dengan sifatnya yang tidak mudah tumpul dan tahan panas tetapi tidak tahan kejut.
     Campuran carbon-tungsten (tipe F), sifatnya adalah keras tapi tidak tahan aus dan tidak cocok untuk beban dinamis serta untuk pemakaian pada temperatur tinggi.

5.      Klasifikasi lain antara lain :
a.       Menurut penggunaannya:
·       Baja konstruksi (structural steel), mengandung karbon kurang dari 0,7 % C.
·       Baja perkakas (tool steel), mengandung karbon lebih dari 0,7 % C.
b.      Baja dengan sifat fisik dan kimia khusus:
·       Baja tahan garam (acid-resisting steel)
·       Baja tahan panas (heat resistant steel)
·       Baja tanpa sisik (non scaling steel)
·       Electric steel
·       Magnetic steel
·       Non magnetic steel
·       Baja tahan pakai (wear resisting steel)
·       Baja tahan karat/korosi
c.       Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut kegunaan dan komposisi kimia maka diperoleh lima kelompok baja yaitu:
·       Baja karbon konstruksi (carbon structural steel)
·       Baja karbon perkakas (carbon tool steel)
·       Baja paduan konstruksi (Alloyed structural steel)
·       Baja paduan perkakas (Alloyed tool steel)
·       Baja konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)
d.      Selain itu baja juga diklasifisikan menurut kualitas:
·       Baja kualitas biasa
·       Baja kualitas baik
·       Baja kualitas tinggi

B.     Sifat-Sifat Teknis Bahan
a)      Sifat Mekanis Baja Paduan
Baja paduan merupakan campuran dari baja dan beberapa jenis logam lainnya dengan tujuan untuk memperbaiki sifat baja karon yang relatif mudah berkarat dan getas bila kadar karbonnya tinggi. Selain itu, penambahan unsur paduan juga bertujuan untuk memperbaiki sifat mekanik diantaranya:


·  Kekuatan
Kekuatan merupakan kemampuan suatu bahan untuk menahan perubahan bentuk di bawah tekanan. Penambahan logam (Ni, Cr, Molibdenum) dengan komposisi sesuai akan menambah kekuatan baja, sebab Ni dan Cr yang ditambahkan akan masuk ke susunan atom dan menggantikan berapa atom C. Penambahan tersebut dapat meningkatkan kekuatan sampai lima kali lipat.
·  Elasisitas
Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan unuk kembali ke bentuk semula setelah pembebanan ditiadakan atau dilepas. Modulus elastisitas merupakan indikator dari sifat elastis. Adanya penambahan logam pada baja akan meningkatkan kemampuan elastisitasnya dengan nilai modulus elastisitas yang lebih besar dari sebelumnya. Berikut beberapa logam dan nilai modulus elastisitasnya jika ditambahkan pada baja:
·  Batas mulur (Plastisitas)
Plastisitas adalah kemampuan suatu bahan untukberubah bentuk secara permanen setelah diberi beban. Logam yang ditambahkan berupa nikel, vanadium, titanium, tungsten, chrome dsb akan meningkatkan nilai batas mulur. Hal tersebut disebabkan  dengan penambahan logam yang memiliki batas mulur  tinggi akan menghasilkan baja paduan yang batas mulurnya tinggi pula.
·  Kekuatan Tarik
Kekuatan tarik adalah kemampuan suatu material untuk menahan tarikan dua gaya yang saling berlawanan arah dan segaris. Logam Ni dan Cr merupakan bahan yang biasa ditambahankan untuk meningkatkan kemampuan menahan tariakan, selain sebagai penambah kekutan tekan.


·  Keuletan
Keuletan adalah kemampuan suatu material untuk diregang atau ditekuk secara permanent tanpa mengakibatkan pecah atau patah. Baja dengan kandungan karbon rendah memiliki keuletan yang tinggi, sehingga dengan paduan logam lain kadar karbonnya akan turun. Selain itu, kandungan fosfor pada baja paduan yang rendah akan meningkatkan keuletannya.
·  Tahan aus
Tahan aus merupakan. Paduan logam yang digunakan untuk meningkatkan kemampuan tahan aus diantaranya nikel, chrom, dan vanadium.

Efek utama elemen paduan utama untuk baja [8]
Elemen
Persentase
Fungsi utama
0.95–1.
Paduan unsur dalam nitriding baja
- --
Meningkatkan mesin
0.001–0.003
 Powerfull agen kemampukerasan
0.5–2
Naik kemampukerasan
4–18
Tahan Korosi
0.1–0.4
Tahan Korosi








0.2–5
Stabil karbida; menghambat pertumbuhan butir
2–5
Toughener Toughener
12–20
Tahan terhadap Korosi
0.2–0.7
Meningkatkan kekuatan
2
Spring Baja
Persentase tinggi
Memperbaiki sifat-sifat magnetik
0.08–0.15
mesin bebas properti
-
Perbaikan karbon dalam partikel inert; mengurangi kekerasan di krom martensit baja
- 
Kekerasan pada temperatur tinggi
0.15
Stabil karbida; meningkatkan kekuatan sementara tetap mempertahankan keuletan; mempromosikan struktur butir halus


Gambar Kurva Tegangan dan Regangan (baja paduan AISI 4.140)

b)      Sifat Pengaruh Lingkungan
Korosi merupakan proses elektrokimia yang terjadi pada logam dan tidak dapat dihindari karena merupakan suatu proses alamiah. Berbagai faktor yang dapat menyebabkan terjadinya korosi, yaitu: sifat logam, yang meliputi perbedaan potensial, ketidakmurnian, unsur paduan, perlakuan panas yang dialami, dan tegangan, serta faktor lingkungan yang meliputi udara, temperatur, mikroorganisme. Baja paduan akan memiliki ketahanan terhadap korosi jika dicampur dengan Tembaga yang berkisar 0,5-1,5% tembaga pada 99,95-99,85 % Fe, dengan Chromium, atau dicampur  dengan Nikel.

Baja Paduan tahan terhadap perubahan suhu, ini berarti sifat fisisnya tidak banyak berubah.
·         Penambahan Molibdenum akan memperbaiki baja menjadi tahan terhadap suhu tinggi,liat dan kuat
·         Penambahan Wolfram dan penambahan Kobalt juga memberikan pengaruh yang sama seperti pada penambahan Molibdenum yaitu membuat baja paduan tahan terhadap suhu tinggi

C.    Contoh Penggunaan/Aplikasi di Bidang Teknik Pertanian/Teknik Mesin

Penggunaan baja paduan banyak sekali pada bidang teknik pertanian atau teknik mesin karena baja paduan memiliki kelebihan yang berbeda sesuai dengan campuran jenis logam yang digunakan.
Penggunaan baja paduan pada bidang teknika adalah mesin penghancur plastik. Pada mesin ini penggunaan baja paduan berada pada bagian pisau yang membuat pisau tersebut mudah di asah dan mudah diganti jika sudah aus, katup coran, kawat yang terbuat dari baja karbon, rangka mesin perontok padi, gear pada mesin milling, alat tap, pipa, dan masih banyak lagi alat atau mesin yang menggunakan baja karbon.



Katup Koran
Mesin Perontok Padi






                                               


D.    Standarisasi dan Pengkodean

Baja memilki standar dan pengkodean yang bermacam-maca dari Amerika hingga Jepang pun mengkodekan jenis baja.  Jenis-jenis Kode tersebut adalah AISI(American Iron Steel Institute), SAE(Society for Automotive Engineering), UNS (Unified Numbering System), ASTM(American Standard for Testing and Material), JIS (Japanese Industrial Standard), DIN (Deutsches Institut fur Normung), ASME(American Society of Mechanical Engineers),  CEN(Committee European de Normalization), ISO(International Standardization Organization), dan Association francaise de normalization (AFNOR).
Standarisasi untuk pengkodean SAE memiliki cara penulisan sebagai berikut:
Untuk dua angka pertama dalam sebutan ini menandakan paduan utama (s) dari baja.  Dua angka berikutnya dalam penunjukan menandakan jumlah karbon dalam baja.  Masing-masing unsur logam lainnya memilki angka kode yang mengisi digit pertama, yaitu:

Baja Karbon:
  • Digit pertama adalah "1" seperti dalam 10xx, 11xx, dan 12xx
  • Digit kedua menjelaskan proses: "1" adalah resulfurized dan "2" adalah resulfurized dan rephosphorized.
Baja Mangan:
  •  Digit pertama adalah "1" seperti dalam 13xx dan, memang, baja karbon. Namun, karena mangan adalah normal produk baja karbon membuat AISI / SAE telah memutuskan untuk tidak mengklasifikasikan sebagai baja paduan.
  • Digit kedua selalu "3"
Baja Molybdenum:
  • Digit pertama adalah "4" seperti dalam 40xx dan 44xx.
  • Angka kedua menunjuk persentase molibdenum dalam baja.
Baja Kromium:
  • Digit pertama adalah "5" seperti dalam 51xx dan 52xx
  • Angka kedua menunjuk persentase kromium dalam baja.
Baja paduan lebih satu unsur:
  • Baja ini mengandung tiga paduan
  • Digit pertama dapat "4", "8", atau "9" tergantung pada paduan dominan
  • Angka kedua menunjuk persentase reaming dua paduan.
Data pengkodean baja paduan sebagai berikut:
Kode SAE
Komposisi
13xx
Mn 1.75%
40xx
Mo 0.20% or 0.25% or 0.25% Mo & 0.042% S
Cr 0.50% or 0.80% or 0.95%, Mo 0.12% or 0.20% or 0.25% or 0.30%
43xx
Ni 1.82%, Cr 0.50% to 0.80%, Mo 0.25%
44xx
Mo 0.40% or 0.52%
46xx
Ni 0.85% or 1.82%, Mo 0.20% or 0.25%
47xx
Ni 1.05%, Cr 0.45%, Mo 0.20% or 0.35%
48xx
Ni 3.50%, Mo 0.25%
50xx
Cr 0.27% or 0.40% or 0.50% or 0.65%
50xxx
Cr 0.50%, C 1.00% min
50Bxx
Cr 0.28% or 0.50%
51xx
Cr 0.80% or 0.87% or 0.92% or 1.00% or 1.05%
51xxx
Cr 1.02%, C 1.00% min
51Bxx
Cr 0.80%
52xxx
Cr 1.45%, C 1.00% min
61xx
Cr 0.60% or 0.80% or 0.95%, V 0.10% or 0.15% min
86xx
Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.20%
87xx
Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.25%
88xx
Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.35%
92xx
Si 1.40% or 2.00%, Mn 0.65% or 0.82% or 0.85%, Cr 0.00% or 0.65%




E.     Bentuk, Ukuran, dan Harga yang Ada di pasar
Bentuk
Ukuran /Bentuk
Harga
Mur dan Baut
10
Rp 1000
12
Rp1250
14
Rp1500
Palu

Rp 21.000
Gunting
 
Rp 27.500



Gear & Rantai
1 Set
Rp 120.000
Obeng
 
Rp 15.000 - Rp 55000
Tang Potong
 
Rp 13.000
Pipa
0.5 inchi panjang 6 m
Rp 150.000
2 inchi
Rp 550.000
Gembok
20 mm
Rp 8.000
30 mm
Rp 12.000
35 mm
Rp 20.000
Ragum
3 inchi
Rp 100.000
8 inchi
Rp 750.000
                                    
 
DAFTAR PUSTAKA

[Anonim].2009.Alloy Steel. http://en.wikipedia.org. [Diakses pada tanggal 4 November 2009].
Agung Gregorious. 2009. Perlakuan Panas (heat treatment) pada Baja. http:// gregoriousagung.wordpress.com. [Diakses pada tanggal 28 November2009].
Henkel,Daniel P. 2002. Structure and Properties of Engineering Materials. New York: McGraw-Hill Companies.
Prasetyo,Yos. 2009. The Beauty of High Speed Steal. http://www.bp.blogspot.com .  [Diakses pada tanggal 29 November 2009].
Rahayu SS.  2009. Baja Paduan. http://www.Chem-Is-Try.Org. [Diakses pada tanggal 30 November 2009].
Surdia Tata dan Shinroku Saito.1999.Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: PT Pradnya Paramita.
Syuaib. M Faiz. 2006. Modul Penuntun Kuliah dan Praktikum Perbengkelan. Bogor: Institut Pertanian Bogor.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar