Jumat, 14 Desember 2012
sambungan-paku-keling
SAMBUNGAN PAKU KELING (RIVETED JOINTS)
Jenis sambungan dengan menggunakan paku keling, merupakan sambungan tetap karena sambungan ini bila dibuka harus merusak paku kelingnya dan tidak bisa dipasang lagi, kecuali mengganti paku kelingnya dengan yang baru.
Pemakaian paku keling ini digunakan untuk :
- Sambungan kuat dan rapat, pada konstruksi boiler( boiler, tangki dan pipa-pipa tekanan tinggi ).
- Sambungan kuat, pada konstruksi baja (bangunan, jembatan dan crane ).
- Sambungan rapat, pada tabung dan tangki ( tabung pendek, cerobong, pipa-pipa tekanan).
- Sambungan pengikat, untuk penutup chasis ( mis ; pesawat terbang).
Sambungan paku keling ini dibandingkan dengan sambungan las mempunyai keuntungan yaitu :
a. Sambungan keling lebih sederhana dan murah untuk dibuat.
b. Pemeriksaannya lebih mudah
c. Sambungan keling dapat dibuka dengan memotong kepala dari paku keling tersebut.
Bila dilihat dari bentuk pembebanannya, sambungan paku keling ini dibedakan yaitu :
1. Pembebanan tangensial.
2. Pembebanan eksentrik.
A. PEMBEBANAN TANGENSIAL
Pada jenis pembebanan tangensial ini, gaya yang bekerja terletak pada garis kerja resultannya, sehingga pembebanannya terdistribusi secara merata kesetiap paku keling yang digunakan.
Bila ditinjau dari jumlah deret dan baris paku keling yang digunakan, maka kampuh keling dapat dibedakan yaitu :
a. Kampuh Bilah Tunggal dikeling Tunggal
b. Kampuh Bilah Tunggal dikeling Ganda
c. Kampuh Bilah Ganda dikeling Tunggal
d. Kampuh Bilah Ganda dikeling Ganda
PERENCANAAN SAMBUNGAN PAKU KELING
1. Kampuh Bilah Tunggal Dikeling Tunggal
Bila paku tersebut mendapat pembebanan seperti terlihat pada gambar, maka seluruh penampang dari paku tersebut akan putus tergeser bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan pada kedua ujung plat tersebut.
Tegangan yang terjadi pada penampang bahan yaitu :
Tegangan Geser :
Bila diameter paku adalah (d), maka luas penampang yang akan putus adalah :
Sehingga :
Maka diameter paku keling :
Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu :
Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu tegangan tarik.
dimana : = tegangan tarik izin
F = gaya luar yang bekerja
A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :
A = ( b – d ) t
Maka :
Contoh soal :
Dua buah plat akan disambung dengan kampuh bilah tunggal dikeling tunggal, direncanakan menerima beban sebesar 10 kN. Bila bahan plat mempunyai tegangan tarik izin 137,3 N/mm2 dan bahan paku dengan tegangan geser izinnya 109,8 N/mm2 serta tebal plat 4 mm.
Tentukanlah : a. Diameter paku keling yang sesuai.
b. Lebar plat yang dibutuhkan.
Penyelesaian :
Diketahui : F = 10 kN = 10000 N ; t = 4mm
= 137,3 N/mm2
= 109,8 N/mm2
Ditanya : a) d ? b) b ?
Jawab : a. = = 10,77 mm = 11 mm
b.
2. Kampuh Bilah Tunggal Dikeling Tunggal Satu baris
Bila kampuh bila tunggal dikeling tungga satu baris seperti terlihat pada gambar. Dimana tegangan yang terjadi, pada paku keling yaitu :
Plat tersebut akan terpisah bila gaya luar (F) mampu memutuskan kedua luas penampang paku. Bila jumlah paku (z) buah maka plat tersebut akan terpisah jika gaya (F) luar tidak mampu memutuskan sebanyak luas penampang paku.
Untuk luas penampang paku yang akan putus pada sistem pada sistem sambungan jenis ini sama dengan jumlah paku yang dipergunakan ( z = n) yaitu :
A = n x luas penampang paku yang putus.
Sehingga :
Maka diameter paku keling :
Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu :
Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), jarak antara masing-masing sumbu paku (p), dan jumlah paku dalam satu baris (z), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu tegangan tarik.
dimana : = tegangan tarik izin
F = gaya luar yang bekerja
A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :
A = ( b – z.d ) t, dimana b = z.p
A = ( z.p – z.d) .t jadi A = z ( p – d) .t
Maka :
Biasaya harga P = 3.d + 5 (mm)
Contoh Soal :
Dua buah plat akan disambung dengan kampuh bilah tunggal dikeling tunggal satu baris, direncanakan menerima beban sebesar 10 kN. Bila bahan plat mempunyai tegangan tarik izin 137,3 N/mm2 dan bahan paku dengan tegangan geser izinnya 109,8 N/mm2 , tebal plat 5 mm dan jumlah paku yang digunakan sebanyak 2 buah.
Tentukanlah : a. Diameter paku keling yang sesuai.
b. Lebar plat yang dibutuhkan.
c. Jarak antara paku.
Penyelesaian :
Diketahui : F = 10 kN = 10000 N ; t = 5 mm ; n=z = 2 buah
= 137,3 N/mm2
= 109,8 N/mm2
Ditanya : a) d ? b) b ? c) p ?
Jawab : a. ) Diameter paku keling
= = 7,6 mm = 8 mm
b.) Jarak antara paku
p = 3. d + 5 (mm) = 3 (8) + 5 = 29 mm
Periksa ;
50 N/mm2 < 137,8 N/mm2 ---- Aman
d.) Lebar plat yang dibutuhkan :
b = z . p = 2 .(29mm) = 58 mm
3. Kampuh bilah tunggal dikeling ganda.
Untuk jenis sambungan kampuh bilah tunggal di keling ganda seperti terlihat pada gambar, maka kedua plat tersebut terpisah bila mampu memutuskan dua baris penampang, jika jumlah paku (n) buah maka paku terasabut akan putus tergeser, maka yang terjadi pada bahan adalah tegangan geser.
A = n x luas penampang paku yang putus.
Sehingga :
Maka diameter paku keling :
Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu :
Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), jarak antara masing-masing sumbu paku (p), dan jumlah paku dalam satu baris (z1), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu tegangan tarik.
dimana : = tegangan tarik izin
F = gaya luar yang bekerja
A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :
A = ( b – z1.d ) t, dimana b = z1.p
A ( z1.p – z1.d) .t jadi A = z1 ( p – d) .t
Maka :
Biasaya harga P = 3.d + 5 (mm)
Contoh soal .
Dua buah plat disambung seperti terlihat pada gambar diatas dimana pada kedua ujungnya bekerja gaya sebesar 10000( N ). Bila Tegangan yang di izinkan untuk plat 137.9 N/mm2 tegangan geser izin untuk bahan paku 109.8 N/mm2 . Jumlah paku keling yang di gunakan berjumlah 6 buah serta ketebalan plat 5 mm.
Ditanyakan :
a. Diameter paku keling.
b. Jarak antara paku .
c. Lebar plat yang dibutuhkan .
Penyelesaian :
Diketahui : F = 10 kN = 10000 N ; t = 5 mm
= 137,9 N/mm2
= 109,8 N/mm2
n = 6 buah ; z1 =3 buah
Ditanya : a) d ? b) p ? c) b ?
Jawab : a. ) Diameter paku keling
= = 4,4 mm = 5 mm
b.) Jarak antara paku
p = 3. d + 5 (mm) = 3 (5) + 5 = 20 mm
Periksa ;
c.) Lebar plat yang dibutuhkan :
b = z1 . p = 3 (20) = 60 mm
4. Kampuh Bilah Ganda Dikeling Tunggal
Sistem penyambung kampuh bilah berganda dikeling tunggal seperti terlihat pada gambar, maka kedua plat tersebut akan terpisah, bila gaya luar mampu memutuskan dua luas penampang setiap paku keling tersebut, maka banyak luas penampang paku yang akan di putus ( n ) adalah :
n = 2. z
Karena paku tersebut putus tergeser , maka tegangan gesernya adalah :
A = n x luas penampang paku yang putus, oleh karena n = 2.z maka :
Sehingga :
Maka diameter paku keling :
Menentukan lebar minimal plat.
Pada sistem sambungan ini , kemungkinan plat yang putus tertarik yaitu plat yang akan di sambung itu sendiri (plat bagain tengah ) . bila lebar plat (b) dan tebal (t) serta jarak antara sumbu paku (p), maka luas penampang plat yang akan putus bila jumlah paku dalam satu baris (z1) adalah :
dimana : = tegangan tarik izin
F = gaya luar yang bekerja
A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :
A = ( b – z1.d ) t, dimana b = z1.p
A ( z1.p – z1.d) .t jadi A = z1 ( p – d) .t
Maka :
Biasaya harga P = 3.d + 5 (mm)
Contoh soal :
Dua buah plat disambung dengan sistem kampuh bilah berganda dikeling tunggal seperti gambar , di mana mendapat pembebanan sebesar 10000 (N) . Bila tegangan tarik izin untuk bahan plat 137,3 N/mm2 . dan tegangan geser izin untuk bahan paku adalah 109,8 N/mm2. Untuk plat tebal 5 mm dan jumlah paku yang akan di pasang 2 buah dalam satu baris .
Ditanyakan : a. Diameter paku keling
b. Jarak antara sumbu paku keling
d. Lebar plat yang di butuhkan.
Penyelesaian :
Diketahui : F = 10 kN = 10000 N ; t = 5 mm
= 137,9 N/mm2 ; z1 = 2 buah
= 109,8 N/mm2
n = 4 buah
Ditanya : a) d ? b) b ? c) p ?
Jawab : a. ) Diameter paku keling
= = 5,4 mm = 5,5 mm
b.) Jarak antara paku
p = 3. d + 5 (mm) = 3 (5,5) + 5 = 21,5 mm
Periksa ;
c.) Lebar plat yang dibutuhkan :
b = z1 . p = 2 (21,5) = 43 mm
MAGNESIUM, BRONZE, DAN CAST IRON
I. PENDAHULUAN
Logam-logam nonferro dan paduannya tidak diproduksi secara besar-besaran seperti logam besi, tetapi cukup vital untuk kebutuhan industri karena memiliki sifat sifat yang tidak ditemukan pada logam besi dan baja. Sifat-sifat paduan logam nonferro adalah :
i. Mampu dibentuk dengan baik
ii. Massa jenisnya rendah
iii. Penghantar panas dan listrik yang baik
iv. Mempunyai warna yang menarik
v. Tahan karat
vi. Kekuatan dan kekakuannya umumnya lebih rendah dari pada logam ferro
vii. Sukar dilas
Paduan Magnesium
Sifat-sifat mekanik magnesium terutama memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah. Oleh karena itu magnesium murni tidak dibuat dalam teknik.Paduan magnesium memiliki sifat-sifat mekanik yang lebih baik serta banyak digunakan Unsur-unsur paduan dasar magnesium adalah aluminium, seng dan mangan.Penambahan AI diatas 11%, meningkatkan kekerasan, kuat tarik dan fluidity (keenceran) Panambahan seng meningkatkan ductility (perpanjangan relatif dan castability (mampu tuang) .
Penambahan 0,1 – 0,5 % meningkatkan ketahanan korosi.Penambahan sedikit cerium, zirconium dan baryllium dapat membuat struktur butir yang halus dan meningkatkan ductility dan tahan oksidasi pada peningkatan suhu.Ada dua kelomnok besar magnesium paduan a) Wrought alloy : (0,3% Al, 1,3% – 2,5% Mn ) dan (3 – 4% Al, 0,6% Zn & 0,5% Mn).b) casting allay : (5 – 7% Al, 2 – 3% Zn & 0,5% Mn) dan (8 % Al, 0,6 % Zn & 0,5 % Mn).
Paduan tahan aus (anti friction alloy).
Bahan paduan tahan aus terutama digunakan untuk permukaan bantalan (bearing).Logam bantalan harus memenuhi syarat, koefisien gesek antara poros dan bantalan harus serendah mungkin mampu menahan panas akibat gesekan, tahan tekanan beban, dll.
Beberapa logam bantalan :
i. Babbit
ii. Bronze tahan aus
iii. Besi tuang tahan aus
iv. Non logam tahan aus
i. Babbit
Babbit terdiri dari timah, antirron, timbal dan tembaga serta unsur lain yang memilliki sifat tahan aus. Bahan dasar babbit yang digunakan di industri adalah timbal atau logam lain sebagai pengganti timah yang mahal.Calcium babbit terdiri dari : 0,8-1,1 % Ca dan 0,75 – 1% Ni sisanya, adalah Pb.
ii. Bronze tahan aus
Digunakan untuk bantalan biasa dengan beban spesifik yang
tinggi.
iii. Besi tuang tahan aus
Cocok untuk bantalan biasa yang bekerja dengan tekaran spesifik tinggi, tetapi kecepatan/putaran dari poros rendah.Konposisinya : 3,2 – 3,6% C, 2,2 – 2,4% Si, 0,6 – C,9% Mn, dan memiliki struktur pearlit dengan sejumlah grafit normal (HB = 170 – 229)
iv. Paduan titanium (titanium: alloy)
Sebagai bahan teknik titanium banyak penggunaannya. Titanium adalah logam dengan warna putih keperak-perakan, titik lebur 1668°C dan masa jenisnya 4,505 kg/dm3 Titanium tidak murni/campuran dalam perdagangan dapat digolongkan.
a. unsur-unsur yang membentuk interstisi larutan padat (solid solution ) O2 , N, C dan H2 dan lain lain
b. Unsur-unsur yang membentuk substitusi larutan padat (Fe dan unsur-unsur logam lain ).Oksigen dan nitrogen dengan persentase kecil dalam titanium alloy dapat imengurangi ductility secara drastis. Kandungan karbon dengan lebih dari 0,2% menurunkan ductility dan kekuatan pukul dan titanium alloy. Paduan titanium alloy.Paduan titanium terdiri dari vanadium, molibden, chrom, mangan,aluminium timah, besi dll.Memiliki sifat-sifat mekanik yang tinggi dengan rasa jenis yang rendah, sangat tahan korosi, banyak digunakan dalam industri pesawat terbang.
II. PEMBAHASAN
MAGNESIUM
Magnesium adalah logam yang paling ringan, diantara logam yang biasa digunakan dalam suatu struktur. Unsur magnesium ditemukan pada tahun 1808 di Inggris oleh Sir Humphrey Davey, pertama kali diproduksi oleh Deville dan Caron di Perancis pada tahun 1863. Magnesium termasuk unsur yang berlimpah yang ada dibumi, sekitar 2 % terdapat pada kulit bumi dan terlarut di dalam air laut dengan konsentrasi rata-rata 0,13 %. Magnesium ditemukan dalam 60 jenis mineral, hanya dolomite, magnesite, dan carnallite, yang biasa dijadikan produk komersial Magnesium dengan simbol Mg adalah unsur kimia dengan nomor atom 12 dan massa atom 24,305. Mg adalah unsur logam, berwarna putih dengan titik lebur 651° C dan titik didih 1.107°C
Sumber Magnesium
Magnesium bersumber dari terutama terpusat di bawah kerak bumi serta banyak dalam air laut dan air asin biasa.Unsur ini tidak terdapat bebas bebas dan merupakan pembentuk mineral dan batuan kapur, dolomite, magnesit, dan silikat. Secara komersial unsur magnesium ini diperoleh melalui elektrolisis air laut dan air asin biasa.
Penggunaaan Magnesium
Penggunaan unsur magnesium sendiri yaitu dalam campuran dengan logam lain menghasilkan material yang lebih ringan dari alumunium. Material ini merupakan saingan baja dalam kekuatannya dan dipergunakan dalam arsitektur, penerbangan, suku cadang kendaraan, alat-alat dapur dan macam-macam barang lain. Magnesium dan senyawanya dipergunakan juga dalam metalurgi, kimia organic, industry teksitil, penerbangan, bata bahan api, keramik, obat-obatan, baterai dan plat cetakan. Magnesium juga dipergunakan untuk bidang biologi yaitu sebagai bagian terpenting dalam jaringan hidup terutama klorofil pada tumbuhan hijau.
Bobot Atom
Bobot atom atau Berat atom (bahasa Inggris: Atomic Weight, simbol: Ar)adalah suatu kuantitas fisik tak berdimensi yang merupakan perbandingan masarata-rata suatu unsure terhadap 1/12 massa satu atom karbon-12. Istilah inibiasanya digunakan juga untuk merujuk pada bobot atom relative yangdipublikasikan secara berkala oleh International Union of Pure and appliedchemistry (IUP AC).Daftar bobot atom standar dapat ditemukan secara meluasdalam uku pelajaran kimia, catalog-katalog komersial, dan papan informasi dilaboraturium kimia.
Penggunaan kata berat atom telah mengundang banyakkontroversi, paling tidak sejak tahun 1960-an. Bobot atom, berbeda dengan massa atom (massa atom individu), bukanlah tetapan fisika dan dapat berbeda-beda dari sampel yang satu ke sampel yanglain. Walau demikian, bobot atom cukuplah konstan dalam sampel normal´ untukdigunakan dalam bidang kimia.
Berat Atom Ada beberapa penentuan berat atom suatu unsure, yaitu:
Penentuan dengan teliti ber at zat-zat yang bereaksi.
Penentuan dengan teliti kerapan gas.
Penentuan dengan cara spektrofotometri massa.
Penentuan berat atom yang paling baik adalah cara spektrofotometri massa.
Alam percobaan ini secara kasar, berat atom Mg ditentukan jika diketahui berat atom O = 16,000 sma. Penentuan ini didasarkan atas reaksi:Mg + ½ O2 mgo selain daripada itu Mg akan bereaksi dengan N2 di udara menurut reaksi3mg + N2 Mg3N2Jika Mg3N2 direaksikan dengan air maka akan membentuk Mg(OH)2 dan NH3,sesuai dengan reaksi:Mg3N2 + 6H2O 3Mg(OH)2 +2NH3 Selanjutnya dengan pemijaran akan terjadi mg(OH)2 mgo + H2O
Massa Atom
Untuk nilai perbandingan rata-rata massa seluruh isotop suatu atom terhadap 1/12massa atom karbon-12.Massa atom (ma) dari suatu unsur kimia adalah massa suatu atom padakeadaan diam, umumnya dinyatakan dalam satuan massa atom.Massa atom seringdisinonimkan dengan Massa atom relatif, Massa atom rata-rata , dan Bobot atom.Walaupun demikian, terdapat sedikit perbedaan karena nilai-nilai tersebut dapatberupa rata-rata berbobot dari massa semua isotop unsur, atau massa dari satuisotop saja. Untuk kasus suatu unsur yang hanya memiliki satu isotop dominan, nilaimassa atom isotop yang paling melimpah tersebut dapat hampir sama dengan nilaibobot atom unsur tersebut. Untuk unsur-unsur yang isotop umumnya lebih dari satu,perbedaan nilai massa atom dengan bobot atomnya dapat mencapai lebih darisetengah satuan massa (contohnya klorin).
Massa atom suatu isotop yang langkadapat berbeda dari bobot atom standar sebesar beberapa satuan massa Magnesium adalah logam yang kuat, putih keperakan, ringan (satu pertiga lebih ringan daripada aluminium) dan akan menjadi kusam jika dibiarkan pada udara. Dalam bentuk serbuk, logam ini sangat reaktif dan bisa terbakar dengan nyala putih apabila udaranya lembab. Apabila pita logam magnesium dibakar lalu direndam dalam air, maka akan tetap terbakar hingga pita magnesiumnya habis. Magnesium, ketika dibakar dalam udara, menghasilkan cahaya putih yang terang. Ini digunakan pada zaman awal fotografi sebagai sumber pencahayaan (serbuk kilat). Rapat massa magnesium adalah 1,738 gram/cm3. Massa atom relatimya adalah 24, dan nomor atomnya 12. Magnesium meleleh pada suhu 111°C.
Penghasil magnesium
Negara-negara penghasil magnesium terbesar didunia adalah Brazil, Canada, China, Perancis, India, Israel, Kazakhstan, Norway, Russia, Serbia Montenegro, dan Ukraine.
Pembuatan Logam Magnesium
Magnesium tergolong logam ringan, dan tahan terhadap karat berkat lapisan oksida magnesium.Magnesium alloy dapat di tuang pada cetakan pasir dan juga dapat dilas dan di mesin.Biji magnesium yang banyak kita kenal adalah Magnesit/ Magnesium karbonat) mgco3, Dolomite caco3, mgco3, carolite mgcl2kcl6 H2O.Proses pembuatan magnesium dapat dilakukan dengan metode sebagai berikut :
1. Elektrolisis air laut
Logam-logam alkali tanah diproduksi melalui proses elektrolisis lelehan garam halida (biasanya klorida) atau melalui reduksi halida atau oksida. Magnesium diproduksi melalui elektrolisis lelehan mgcl2. Air laut mengandung sumber ion Mg2+ yang tidak pernah habis. Rumah tiram yang banyak terdapat di laut mengandung kalsium karbonat sebagai sumber kalsium. Pembuatan logam magnesium dari air laut telah dikembangkan oleh berbagai industri kimia.
Pembuatan logam magnesium dari air laut
Jika rumah tiram dipanaskan, caco3 terurai membentuk oksida:
Caco3⎯→cao(s) + CO2(g)
Penambahan cao ke dalam air laut dapat mengendapkan magnesium menjadi hidroksidanya:
Mg2+(aq) + cao(s) + H2O(��)⎯⎯→ Mg(OH)2(s) + Ca2+(aq)
Selanjutnya, Mg(OH)2 disaring dan diolah dengan asam klorida menjadi magnesium klorida.
Mg(OH)2(s) + 2hcl(aq) ⎯⎯→mgcl2(aq) + 2H2O(��)
Setelah kering, garam mgcl2 dilelehkan dan dielektrolisis:
Mgcl2(��) ⎯E⎯lek⎯troli⎯sis 1⎯.700°⎯→ Mg(��) + Cl2(g)
2. Metode Reduksi
Untuk mendapatkan magnesium kita dapat mengekstraksinya dari dolomit [mgca(CO3)2] karena dolomite merupakan salah satu sumber yang dapat menhasilkan magnesium. Dolomite dipanaskan sehingga terbentuk mgo.cao. Lalu mgo.cao. Dipanaskan dengan fesi sehingga menhasilkan Mg.
2[ mgo.cao] + fesi à 2Mg + Ca2SiO4 + Fe
3. Thermal proses
Thermal proses adalah didasarkan pada reduksi magnesium oksida dengan karbon, silikon atau unsur lain pada temperatur dan vakum yang tinggi. Reduksi pendahuluan biji :
i. Reduksi penguapan dan pengembunan uap magnesium
ii. Peleburan kristal (condensat crystal) menjadi magnesium kasar.
Magnesium Mempunyai Kelebihan Dan Kelemahan
¤ Paduan Magnesium Mempunyai Kelebihansebagai Berikut:
• Masa jenis yang terendah dibanding material struktur yang lain.
• Mampu cor yang baik, cocok untuk pengecoran bertekanan tinggi.
• proses pemesinan dapat dilakukan pada kecepatan tinggi .
• Dibanding dengan material polymer.
• Sifat mekanik yang lebih baik.
• Tahan terhadap penuaan .
• Sifat konduktor listrik dan panas yang lebih baik.
• Dapat didaur ulang
¤ Kelemahan Magnesium Adalah Sebagai Berikut:
• Modulus elastisitas yang rendah
• Terbatasnya ketahanan mulur dan kekuatan pada temperatur tinggi
• Penyusutan yang cukup besar pada waktu pembekuan
• Reaktif Magnesium mempunyai titik cair pada temperatur 650oC. Magnesium akan spontan bereaksi dan langsung terbakar jika terkena oksigen.
Manfaat Magnesium
Pemanfaatan Logam Magnesium Dalam Kehidupan Sehari-hari
Pemanfaatan magnesium, terutama magnesium oksida digunakan sebagai bahan refraktori untuk menghasilkan besi, kaca, dan semen. Dalam bentuk logam, kegunaan utama unsur ini adalah sebagai bahan tambah logam dalam aluminium. Logam aluminium-magnesium ini biasanya digunakan dalam pembuatan kaleng minuman, digunakan dalam beberapa komponen otomotif dan truk , serta dapat melindungi struktur besi seperti pipa-pipa dan tangki air yang terpendam di dalam tanah terhadap korosi.
Magnesium memegang peranan amat penting dalam proses kehidupan hewan dan tumbuhan. Magnesium terdapat dalam klorofil, yaitu yang digunakan oleh tumbuhan untuk fotosintesis. Magnesium juga mengambil peranan dalam replikasi DNA dan RNA yang mempunyai peranan amat penting dalam proses keturunan semua organisme. Di samping itu magnesium mengaktifkan berbagai enzim yang mempercepat reaksi kimia dalam tubuh manusia dan dijadikan sebagai obat penetralisir asam lambung.
Pemanfaatan Logam Magnesium , yaitu :
Peran sebagai pembuatan logam :
o Natrium Besi :Untuk membuat logam campuran (aliase).
o Sedikit magnesium digunakan pada pengolahan logam Magnesium tertentu.
o Pembakaran magnesium menghasilkan cahaya yang h sangat terang.
o Pencegah korosi pipa besi di tanah dan dinding kapal laut.Aluminiu m Senyawa magnesium yang penting antara lain adalah: Emas 1. Mg(OH)2 untuk antasida (obat maag) dapat menetralkan kelebihan asam lambung (HCl) dan juga sebagai pencahar)/laktasif usus.
Peran Logam Magnesium Bagi Tubuh
Logam magnesium merupakan salah satu logam yang penting peranannya dalam system biologi sutu organisme baik manusia, hewan maupun tumbuhan. Pada kehidupan sehari-hari , logam magnesium mempunyai berbagai fungsi antara lain :
• Magnesium membantu menjaga fungsi otot dan syarat yang normal.
• Magnesium mempertahankan ritme jantung hingga menjadi stabil.
• Magnesium membantu penguatan tulang.
• Magnesium dapat menghambat penumbuhan kanker otak
• Magnesium dapat mengobati sakit asma akut.
• Magnesium berfungsi dalam metabolisme energi dan sintesa protein.
• Magnesium dapat mengobati migren, gangguan fungsi ginjal dan prostat, memulihkan kesegaran dan stamina tubuh, serta memulihkan gairah seksual.
• Magnesium berfungsi sebagai zat yang membentuk sel darah merah berupa zat pengikat oksigen dan hemoglobin.
• Digunakan sebagai pupuk.
Pengaruh pada tubuh manusia jika kekurangan magnesium dalam tubuh adalah
• Menyebabkan peningkatan kadar adrenalin,menimbulkan perasaan cemas.
• Menyebabkan penyembulan katup mitral, meningkatkan tingkat perasaan cemas.
• Kehilangan nafsu makan
• Depresi
• Menyebabkan darah tinggi dan osteoporosis
• Kontraksi otot serta kram
• Kejang koroner
PERUNGGU ( BRONZE )
Perunggu adalah paduan logam yang terutama terdiri dari tembaga , biasanya dengan timah sebagai aditif utama. Sulit dan rapuh, dan itu sangat signifikan di zaman kuno, begitu banyak sehingga Zaman Perunggu dinamai logam. Namun, karena "perunggu" adalah istilah yang agak tidak tepat, dan potongan sejarah memiliki komposisi variabel, khususnya dengan batas tidak jelas dengan kuningan , museum modern dan deskripsi ilmiah benda tua semakin menggunakan istilah lebih hati-hati dan inklusif " paduan tembaga "sebagai gantinya.
Perunggu kata dipinjam dari bahasa Prancis : perunggu, sendiri dipinjam dari Italia : bronzo (bandingkan Medieval Latin : bronzium), yang asal tidak jelas. Ini mungkin ada hubungannya dengan Venesia : bronza "arang yang membara", atau Jerman : Brunst "api", tetapi sama-sama bisa kembali ke, atau dipengaruhi oleh, Brundisium nama Latin dari kota Brindisi (aes Brundusinum, yang berarti "tembaga dari Brindisi ", dibuktikan dalam Pliny). Namun, mungkin itu akhirnya diambil dari Persia kata untuk kuningan, birinj.
Sejarah
Cina punya kapal dengan interlaced naga desain, Musim Semi dan Gugur (722 SM-481 SM) Penemuan memungkinkan orang perunggu untuk membuat objek logam yang lebih baik dari sebelumnya. Alat, senjata, armor, dan berbagai bahan bangunan , seperti ubin dekoratif, terbuat dari perunggu itu lebih keras dan lebih tahan lama dibandingkan batu mereka dan tembaga
(" Chalcolithic ") pendahulunya. Awalnya perunggu terbuat dari tembaga dan arsenik untuk membentuk perunggu arsenik. Barulah kemudian bahwa timah digunakan, menjadi tipe tunggal perunggu di milenium ke-3-an SM. Perunggu timah lebih unggul perunggu arsenik dalam bahwa proses paduan itu sendiri bisa lebih mudah dikendalikan (seperti timah telah tersedia sebagai logam) dan paduan kuat dan lebih mudah untuk melemparkan. Juga, tidak seperti arsenik , timah tidak beracun.
Para timah paduan awal perunggu tanggal untuk milenium ke-4-an SM di Susa ( Iran ) dan beberapa situs kuno di Cina, Luristan (Iran) dan Mesopotamia ( Irak ). Tembaga dan timah bijih jarang ditemukan bersama-sama (pengecualian termasuk satu situs kuno di Thailand dan satu di Iran), pekerjaan perunggu begitu serius selalu terlibat perdagangan. Di Eropa, sumber utama timah adalah Inggris 'DEPOSIT bijih di Cornwall , yang diperdagangkan sejauh Fenisia di Timur Mediterania. Meskipun perunggu umumnya lebih keras dari besi tempa , dengan kekerasan Vickers dari 60-258 [3] vs 30-80, pada Zaman Perunggu memberi jalan ke Zaman Besi , ini terjadi karena zat besi lebih mudah untuk menemukan dan lebih mudah untuk memproses. Perunggu masih digunakan selama jaman besi, misalnya untuk petugas di tentara Romawi memiliki pedang perunggu [ rujukan? ] sementara prajurit memiliki besi, tapi, untuk berbagai tujuan, besi tempa yang lebih lemah ditemukan cukup kuat. Para arkeolog menduga bahwa gangguan serius dari perdagangan timah diendapkan transisi. Migrasi penduduk sekitar 1200-1100 SM mengurangi pengiriman timah sekitar Mediterania (dan dari Inggris), membatasi pasokan dan menaikkan harga. [5] Sebagai ironworking ditingkatkan, besi menjadi lebih murah, dan sebagai budaya maju dari besi tempa untuk besi ditempa , mereka belajar bagaimana membuat baja , yang lebih kuat dari perunggu dan memegang tepi yang lebih tajam lagi.
Ditemukannya perunggu membuat manusia bisa menciptakan benda-benda perunggu yang lebih baik daripada segala benda yang diciptakan pada zaman sebelumnya. Alat-alat, senjata, dan material bangunan lainnya yang dibuat dari perunggu bisa lebih keras dan lebih tahan daripada peralatan sebelumnya yang terbuat dari batu dan tembaga. Pada awalnya perunggu dicampur dengan arsenik untuk membentuk perunggu arsenik. Berikutnya timah yang digunakan, dan timah menggantikan posisi arsen di akhir abad ke-3 sebelum masehi. Perunggu timah lebih unggul dibandingkan perunggu arsenik karena proses pembentukan dan pembuatannya lebih mudah. Selain itu, timah juga tidak beracun, jika dibandingkan dengan arsen yang beracun.
Perunggu dari timah yang tertua diperkirakan berasal dari sejak milenium ke-4 sebelum masehi di Susa (Iran) dan beberapa situs kuno lainnya di China, Luristan (Iran) dan Mesopotamia (Iraq).
Komposisi
Ada banyak paduan perunggu berbeda tetapi perunggu modern adalah biasanya 88% tembaga dan 12% timah . perunggu Alpha terdiri dari alfa larutan padat dari timah di tembaga. Paduan perunggu Alpha timah 4-5% digunakan untuk membuat koin , mata air , turbin dan baling . Sejarah "perunggu" sangat bervariasi dalam komposisi, sebagai pengrajin logam yang paling mungkin digunakan apa pun memo adalah untuk tangan; logam dari Inggris abad 12 Gloucester Candlestick adalah perunggu yang berisi campuran tembaga, zinc, timah, timah, nikel, besi, antimon, arsenik dengan jumlah luar biasa besar dari perak - antara 22,5% di dasar dan 5,76% pada panci di bawah lilin. Proporsi campuran ini mungkin menunjukkan bahwa kandil itu terbuat dari tumpukan koin tua. Para Bronzes Benin benar-benar kuningan, dan romantik huruf Pembaptisan di Gereja St Bartholomew, Liège digambarkan sebagai baik perunggu dan kuningan.
Perunggu komersial (90% tembaga dan seng 10%) dan perunggu Arsitektur (57% Tembaga, Timbal 3%, Zinc 40%) yang lebih tepat dianggap sebagai kuningan paduan karena mengandung seng sebagai bahan paduan utama. Mereka umumnya digunakan dalam aplikasi arsitektur.
Bismut perunggu adalah paduan perunggu dengan komposisi 52% tembaga, nikel 30%, seng 12%, 5% timbal, bismut 1%. Hal ini dapat memegang kuku yang baik dan kadang-kadang digunakan di reflektor lampu dan cermin.
Paduan perunggu lainnya termasuk perunggu aluminium , perunggu fosfor , perunggu mangan, logam bel , perunggu arsenik , logam spekulum dan paduan simbal.
Sifat
Aneka perunggu tuang kuno Perunggu adalah jauh lebih rapuh dari besi. Biasanya perunggu hanya mengoksidasi dangkal; lapisan sekali oksida tembaga (akhirnya menjadi karbonat tembaga) dibentuk, logam yang mendasari dilindungi dari korosi lebih lanjut. Namun, jika tembaga klorida terbentuk, modus korosi disebut "penyakit perunggu" akhirnya akan benar-benar menghancurkannya. Tembaga berbasis paduan rendah memiliki titik leleh dari baja atau besi, dan lebih mudah diproduksi dari logam penyusunnya. Mereka umumnya sekitar 10 persen lebih berat dari baja, meskipun menggunakan paduan aluminium atau silikon mungkin sedikit kurang padat. Perunggu yang lebih lembut dan lebih lemah dari baja perunggu mata air , misalnya, kurang kaku (dan menyimpan energi lebih sedikit) untuk sebagian besar sama. Perunggu tahan korosi (terutama korosi air laut) dan kelelahan logam lebih dari baja dan lebih baik adalah konduktor panas dan listrik dari baja paling. Biaya tembaga paduan dasar umumnya lebih tinggi dari baja tetapi lebih rendah dari nikel -paduan dasar.
Tembaga dan paduan perusahaan memiliki berbagai macam kegunaan yang mencerminkan serbaguna fisik, mekanik, dan sifat kimia . Beberapa contoh umum adalah tinggi konduktivitas listrik dari tembaga murni, sangat baik deep drawing kualitas kasus kartrid kuningan, rendah gesekan sifat bantalan perunggu, yang resonan kualitas perunggu lonceng, dan ketahanan terhadap korosi oleh air laut paduan perunggu beberapa. Titik leleh Perunggu bervariasi tergantung pada rasio aktual dari komponen paduan dan sekitar 950 ° C (1742 ° F). Perunggu adalah bukan magnetik.
Penggunaan
Guci dari 7 abad Iran . Cor, dikejar, dan perunggu hias. New York Metropolitan Museum of Art Perunggu terutama cocok untuk digunakan dalam alat kelengkapan perahu dan kapal sebelum kerja macam stainless steel karena kombinasi ketangguhan dan ketahanan terhadap korosi garam air. Perunggu masih umum digunakan di baling-baling kapal dan bantalan terendam.
Pada abad kedua puluh, silikon diperkenalkan sebagai elemen paduan utama, menciptakan paduan dengan aplikasi luas dalam industri dan bentuk utama yang digunakan dalam kontemporer patung . Pematung mungkin lebih suka perunggu silikon karena ketersediaan siap batang kuningan perunggu silikon, yang memungkinkan perbaikan warna-cocok cacat pada produk cor. Aluminium juga digunakan untuk logam struktural perunggu aluminium .
Hal ini juga banyak digunakan untuk cor patung perunggu . Banyak paduan perunggu umum memiliki sifat yang tidak biasa dan sangat diinginkan memperluas sedikit sebelum mereka berangkat, sehingga mengisi rincian terbaik dari cetakan . Bagian Perunggu adalah sulit dan biasanya digunakan untuk bantalan , klip, konektor listrik dan mata air . Musim semi perunggu weatherstripping datang dalam gulungan lembaran tipis dan dipaku atau dijepit ke jendela kayu dan pintu. Ada dua jenis, datar dan v-strip. Telah digunakan selama ratusan tahun karena memiliki gesekan rendah, segel baik dan tahan lama. Hal ini digunakan dalam membangun restorasi dan konstruksi kustom.
Perunggu juga memiliki sangat rendah logam-on-logam gesekan , yang membuatnya sangat berharga untuk membangun meriam mana cannonballs besi dinyatakan akan menempel di laras. Hal ini masih banyak digunakan saat ini untuk pegas, bantalan, ring, transmisi mobil percontohan bantalan, dan alat kelengkapan yang sama, dan sangat sering terjadi pada bantalan kecil motor listrik . Fosfor perunggu sangat cocok untuk presisi bermutu bantalan dan mata air. Hal ini juga digunakan dalam string gitar dan piano. Tidak seperti baja, perunggu melanda terhadap permukaan yang keras tidak akan menimbulkan percikan api, sehingga (bersama dengan tembaga berilium ) digunakan untuk membuat palu , palu , kunci pas dan peralatan tahan lama lainnya untuk digunakan dalam ledakan atau di hadapan uap mudah terbakar. Perunggu digunakan untuk membuat wol perunggu untuk aplikasi woodworking mana wol baja akan menghitamkan ek .
Patung Perunggu
Hindu India pengrajin dari periode kerajaan Chola di Tamil Nadu , digunakan untuk membuat patung perunggu rumit melalui pengecoran lilin yang hilang metode dengan detail hiasan yang menggambarkan Dewa Hindu kebanyakan, tetapi juga gaya hidup periode. Bentuk seni bertahan sampai hari ini, dengan silpis banyak, pengrajin, bekerja di bidang Swamimalai dan Chennai .
Pada jaman dahulu budaya lain juga menghasilkan karya seni tinggi menggunakan perunggu. Sebagai contoh: di Afrika, kepala perunggu dari Kerajaan Benin ; di Eropa, perunggu Yunani biasanya tokoh dari mitologi Yunani ; di timur Asia , perunggu Cina dari Dinasti Shang dan Zhou dinasti - pembuluh lebih sering seremonial tetapi termasuk beberapa contoh patung.
Perunggu terus ke dalam masa modern sebagai salah satu bahan pilihan bagi patung-patung monumental.
Alat Musik
Perunggu adalah logam yang paling populer untuk berkualitas lonceng , terutama bel logam , yaitu sekitar 23% timah. Hampir semua profesional simbal yang dibuat dari paduan perunggu. Paduan perunggu digunakan dalam simbal drum kit adalah unik dalam keseimbangan yang diinginkan dari daya tahan dan timbre . Cymbal modern terdiri dari beberapa jenis perunggu, yang paling umum B20 perunggu , yang kira-kira 20% timah, tembaga 80%, dengan jejak perak. Zildjian dan Sabian gunakan paduan ini untuk jalur profesional mereka. Sebuah perusahaan Swiss, Paiste , menggunakan perunggu B8 keras yang terbuat dari timah 8% dan tembaga 92% di sebagian besar simbal mereka. Zildjian dan Sabian menggunakan logam ini juga, dalam anggaran mereka cymbal murah. Paiste juga menggunakan paduan Perunggu rahasia di top-end simbal mereka berkisar, dianggap B12 atau B14, menambah kecerahan tanpa kompromi banyak pada kekuatan sebagai kadar timah dalam kenaikan bel atau simbal, timbre turun. Selain B8 dan B20, Meinl Perkusi menggunakan B10 (10% timah) dan B12 (12% timah) untuk paduan simbal, yang memiliki warna nada kira-kira antara B8 dan B20.
Perunggu juga digunakan untuk gulungan baja string dan nylon dari berbagai alat musik petik seperti double bass , piano , harpsichord , dan gitar .. String Perunggu biasanya disediakan pada pianoforte untuk nada nada yang lebih rendah, karena mereka memiliki kualitas yang mempertahankan lebih tinggi dari tinggi-tarik baja.
Perunggu dari berbagai sifat metalurgi yang banyak digunakan dalam menyerang idiophones seluruh dunia, terutama lonceng, bernyanyi mangkuk, gong, simbal dan idiophones lainnya dari Asia . Contohnya termasuk Tibet mangkuk bernyanyi , candi lonceng dari berbagai ukuran dan bentuk, gong, Jawa gamelan perunggu dan alat musik . Para temuan arkeologi paling awal perunggu di Indonesia saat ini dari 1-2 SM, termasuk pelat datar mungkin diskors dan dipukul oleh palu kayu atau tulang. drum perunggu kuno dari Thailand dan tanggal Vietnam kembali 2.000 tahun. Lonceng perunggu dari Thailand dan Kamboja tanggal kembali ke 3.600 SM.
Beberapa perusahaan sekarang membuat saksofon dari perunggu fosfor (3,5 sampai 10% timah dan sampai 1% kandungan fosfat). Bell Perunggu digunakan untuk membuat cincin nada dari banyak banjo model profesional. Cincin nada adalah (biasanya 3 lbs.) Berat dilipat atau melengkung logam cincin terpasang pada pelek kayu tebal, dimana kulit, atau paling sering, membran plastik (atau kepala) ditarik-itu adalah bel perunggu yang memberikan banjo register rendah renyah kuat dan yang jelas, bel-seperti treble mendaftar-terutama dalam musik bluegrass.
Medali
Gips yang besar perunggu medali, beberapa 9,5 sebesar 8,7 cm pengukuran, dibuat oleh peraih medali dirayakan Valerio Belli pada abad keenam belas. Perunggu telah digunakan dalam pembuatan berbagai jenis medali selama berabad-abad, dan dikenal pada zaman sekarang untuk yang akan diberikan kepada pemenang kedua dalam kompetisi olahraga dan acara lainnya. Penggunaan kemudian itu sebagian disebabkan oleh pilihan Emas, Perak dan Perunggu untuk mewakili tiga pertama Abad Manusia dalam mitologi Yunani yaitu Golden Age , ketika manusia hidup di antara para dewa, sedangkan usia Perak , di mana pemuda berlangsung seratus tahun; dan Zaman Perunggu , era pahlawan, dan pertama kali diadopsi pada 1904 Olimpiade Musim Panas . Pada acara tahun 1896, perak diberikan kepada pemenang dan perunggu untuk runner-up, sementara di 1900 hadiah lainnya diberikan, bukan medali.
BESI TUANG (CAST-IRON)
SEJARAH PENGGUNAAN BESI COR
Karena besi cor relatif rapuh, tidak cocok untuk tujuan di mana tepi tajam atau fleksibilitas diperlukan. Hal ini kuat di bawah kompresi, tapi tidak di bawah ketegangan. Cast Iron pertama kali ditemukan di Cina pada abad ke-4 (lihat juga: Du Shi ) dan dituangkan ke dalam cetakan untuk membuat mata bajak dan pot serta senjata dan pagoda. [4] Di barat, di mana hal itu tidak menjadi tersedia sampai abad ke-14 akhir, penggunaannya awal termasuk meriam dan tembakan. Henry VIII dimulai pengecoran meriam di Inggris. Segera, Inggris besi pekerja menggunakan tanur tiup mengembangkan teknik memproduksi meriam besi cor, yang, sementara lebih berat daripada meriam perunggu yang berlaku, jauh lebih murah dan memungkinkan Inggris untuk mempersenjatai angkatan laut-nya lebih baik. Para ironmasters dari Weald terus memproduksi besi cor sampai 1760s dan persenjataan adalah salah satu penggunaan utama dari besi setelah Restorasi .
Cast pot besi yang dibuat di banyak ledakan tungku Inggris pada saat itu. Dalam 1707, Abraham Darby mematenkan metode pembuatan pot (dan ceret) tipis dan karenanya lebih murah daripada para pesaingnya bisa. Ini berarti bahwa ia Coalbrookdale tungku menjadi dominan sebagai pemasok pot, suatu kegiatan di mana mereka tergabung dalam 1720-an dan 1730s oleh sejumlah kecil lainnya kokas berbahan bakar tanur tiup. Pengembangan mesin uap oleh Thomas Newcomen disediakan pasar lebih lanjut untuk besi cor, besi cor karena itu jauh lebih murah daripada kuningan dimana silinder mesin awalnya dibuat. John Wilkinson adalah eksponen besar dari besi cor, yang, antara lain, melemparkan silinder untuk banyak James Watt itu peningkatan mesin uap sampai pembentukan Foundry Soho pada tahun 1795.
Pemain besi jembatan
Penggunaan besi dan baja untuk tujuan struktural dimulai pada 1770-an, ketika Abraham Darby III membangun Jembatan Besi , meskipun balok pendek telah digunakan, seperti dalam tanur tiup di Coalbrookdale. Penemuan lainnya menyusul, termasuk satu dipatenkan oleh Thomas Paine . Cast jembatan besi menjadi biasa sebagai Revolusi Industri berkumpul kecepatan. Thomas Telford mengadopsi bahan untuk jembatan nya hulu di Buildwas , dan kemudian untuk melalui kanal saluran air di Longdon-on-Tern pada Canal Shrewsbury .
Hal ini diikuti oleh Aqueduct Chirk dan Aqueduct Pontcysyllte , baik yang tetap digunakan setelah restorasi terakhir. Besi cor balok jembatan digunakan secara luas oleh kereta api awal, seperti Jembatan Air Street di Manchester terminal dari Liverpool dan Manchester Kereta Api . Masalah muncul ketika sebuah jembatan baru membawa Chester dan Holyhead Kereta Api di Sungai Dee di Chester runtuh Mei 1847, kurang dari satu tahun setelah itu dibuka. Para Dee jembatan bencana itu disebabkan oleh beban berlebihan di tengah balok oleh kereta api yang lewat, dan jembatan serupa harus dibongkar dan dibangun kembali, sering di besi tempa . Jembatan telah keliru dirancang, yang terikat dengan tali besi tempa, yang salah berpikir untuk memperkuat struktur. Pusat-pusat balok dimasukkan ke membungkuk, dengan tepi yang lebih rendah dalam ketegangan, di mana besi cor, seperti batu , sangat lemah.
Cara terbaik untuk menggunakan besi dan baja untuk konstruksi jembatan adalah dengan menggunakan lengkungan , sehingga semua bahan yang di kompresi. Besi cor, lagi seperti batu, sangat kuat dalam kompresi. Besi tempa, seperti kebanyakan jenis lain dari besi dan memang seperti kebanyakan logam pada umumnya, yang kuat dalam ketegangan, dan juga tangguh - tahan terhadap rekah. Hubungan antara besi tempa dan besi cor, untuk tujuan struktural, dapat dianggap sebagai sejalan dengan hubungan antara kayu dan batu.
Namun demikian, besi cor terus digunakan dengan cara-cara struktural tidak tepat, sampai Jembatan Rel Tay bencana 1879 keraguan serius pada penggunaan material. Lugs penting untuk memegang bar dasi dan struts di Jembatan Tay telah dilemparkan terpisahkan dengan kolom dan mereka gagal pada tahap awal kecelakaan. Selain itu, lubang baut juga dilemparkan dan tidak dibor, sehingga semua ketegangan dari bar dasi ditempatkan di sudut, bukannya tersebar di sepanjang lubang. Jembatan pengganti dibangun pada besi tempa dan baja.
Selanjutnya jembatan ambruk terjadi, bagaimanapun, yang berpuncak pada kecelakaan kereta api Norwood Junction dari 1891. Ribuan rel besi cor underbridges akhirnya digantikan oleh setara baja.
Asli Tay Bridge dari utara
Jembatan Tay jatuh dari utara
Jembatan besi selama Severn River di Coalbrookdale, Inggris
Para Eglinton Turnamen Bridge , North Ayrshire , Skotlandia , dibangun dari besi cor
Bangunan
Besi cor kolom enabled arsitek untuk membangun gedung-gedung tinggi tanpa dinding sangat tebal diperlukan untuk membangun bangunan batu dari ketinggian apapun. Fleksibilitas yang demikian memungkinkan gedung-gedung tinggi memiliki jendela besar. Di pusat-pusat perkotaan seperti SoHo-Cast Iron Historic District di New York City, manufaktur bangunan dan department store awal dibangun dengan kolom besi cor untuk memungkinkan siang hari untuk masuk. Kolom cor Slender besi juga bisa mendukung berat yang tidak akan membutuhkan kolom batu tebal atau dermaga, membuka ruang lantai di pabrik, dan garis pandang di gereja-gereja dan auditorium. Bersejarah Gedung Besi di Watervliet, New York , adalah sebuah bangunan besi cor.
Tekstil pabrik
Penggunaan lain penting adalah bekerja di pabrik tekstil . Udara di pabrik terkandung serat yang mudah terbakar dari kapas , rami , atau wol yang berputar. Akibatnya, pabrik tekstil memiliki kecenderungan yang mengkhawatirkan membakar. Solusinya adalah untuk membangun mereka benar-benar non-mudah terbakar bahan, dan ditemukan nyaman untuk menyediakan bangunan dengan rangka besi, sebagian besar dari besi cor, menggantikan kayu mudah terbakar. Bangunan seperti pertama berada di Ditherington di Shrewsbury , Shropshire . Gudang lainnya dibangun menggunakan kolom dan balok besi cor, meskipun desain yang rusak, cacat atau balok overloading kadang-kadang menyebabkan bangunan runtuh dan kegagalan struktural.
Selama Revolusi Industri, besi cor juga banyak digunakan untuk frame dan bagian tetap lainnya dari mesin, termasuk mesin berputar dan kemudian tenun di pabrik tekstil. Besi cor menjadi banyak digunakan, dan banyak kota memiliki pengecoran memproduksi mesin industri dan pertanian.
Besi tuang (cast Iron) dapat didefinisikan sebagai paduan dari besi dengan lebih dari 1,7 % karbon, biasanya kadar karbon ini berada pada kisaran antara 2,4 hingga 4 %, merupakan bahan yang relatif mahal, dimana bahan ini diproduksi dari besi mentah cair, atau besi/baja tua, ini merupakan produk besi tuang yang memiliki fungsi mekanis sangat penting dan diproduksi dalam jumlah besar. Prosesnya sering dilakukan dengan cara menambahkan unsur graphite ke dalam ladle sebagai pengendali. paduan besi tuang (alloy iron castings) bahannya telah dilakukan penghalusan (refined) dan pemaduan besi mentah (pig iron). produk-produk seperti crankshaf, conecting rod dan element dari bagian-bagian mesin sebelumnya dibuat dari baja tempa (steel forgings), sekarang lebih banyak menggunakan high-duty alloy iron casting. Benda-benda tuangan dapat membentuk bagian bentuk yang rumit dibandingkan dengan bentuk-bentuk benda hasil tempa (wrought) kendati diperlukan proses machining, akan tetapi dapat diminimalisir dengan memberikan kelebihan ukuran sekecil mungkin dari bentuk yang dikehendaki (smaller allowance), olleh karena itu produk penuangan relatif lebih sedikit dibandin dengan produk tempa.
Proses Produksi Penuangan
Proses produksi benda-benda tuangan dilakukan dengan terlebih dahulu meleburkan Besi mentah (pig Iron) didalam dapur peleburan, dimana bahan tuangan ditambah dengan besi tua atau baja tua sebelum dicor.
Untuk proses pencairan ini dilakukan dengan berbagai metoda pemakaian dapur, antara lain :
Dapur Cupola (Cupola Furnance), dapur ini merupakan salah satu dapur pemanas yang paling banyak atau hampir 90 % digunakan dalam melakukan peleburan dalam fungsi penuangan (pengecoran). Metoda yang lain juga sering digunakan terutama untuk kebutuhan produk cast iron dengan kualitas khusus.
Secara prinsip terdapat 3 type dapur peleburan yang dapat kita gunakan, yaitu :
a) Dapur udara, atau dapur api (reverberatory furnance)
b) Dapur putar (Rotary Furnance)
c) Dapur listrik (Electric Furnance)
DAPUR COPULA (CUPOLA FURNACE)
Dapur cupola (gambar 3.2) merupakan dapur peleburan yang memiliki prinsip kerja serta konstruksinya sama dengan dapur tinggi, namun dalam sekala yang lebih kecil. Perbedaannya dapur cupola pemakaiannya tidak bersifat terus-menerus (continuously) sebagaimana dapur tinggi namun dapat digunakan sewaktu-waktu jika diperlukan pengecoran. Untuk mengoperasikan dapur cupola ini kokas sebagai bahan bakarnya didesak kedalam dapur, demikian pula lapisan pengganti yakni pecahan besi mentah serta kokas juga baja rongsokan dan besi tua dimasukan kedalamnya serta sejumlah batu kapur (limestone) sebagai fluksi dari asap kokas. Selain kokas sebagai bahan bakar pada dapur cupola ini juga digunakan oli atau gas.
a) Dapur Udara Atau Dapur Api (Air Or Reverberatory Furnace)
Di dalam dapur bahan bakar dibakar pada panggangan dibagian ujung dapur sehingga pembakaran tidak berhubungan dengan pengisian, dan panas yang dihasilkan dari pembakaran dialirkan melalui atap dapur dibagian atas pengisian. ini adalah dapur peleburan dengan proses yang lambat kendati kurang ekonomis dibanding dengan dapur cupola. dapur api merupakan dapur tertutup yang memungkinkan semua komposisi tidak keluar dari dalam dapur.
b) Dapur Putar (Rotary Furnace)
Dapur putar (rotary furnance) digunakan sebagai dapur peleburan dalam memproduksi besi tuang dengan kualitas khusus, pemanasannya diperoleh dari semburan bahan bakar cair, oli atau gas ke dalam tabung peleburan yang selalu berputar atau bergerak dengan penggerak rantai atau penggerak gesek, gerakan memutar ini memungkinkan proses peleburan menjadi lebih merata.
c) Dapur Listrik (Electric Furnace)
Pada dasarnya dapur peleburan ini merupakan tungku penghasil panas dengan temperatur kerja diatas titik cair dari bahan yang akan diproses, demikian halnya dengan dapur listrik ini. Yang berbeda dari dapur listrik dengan dapur-dapur lainnya adalah system pembentukan panasnya dimana panas pada dapur listrik diperoleh dari energi listrik yang dialirkan melalui electrode atau busur sebagai penghantar. Dengan logam sebagai bahan baku produk dimana juga merupakan penghantar arus listrik , maka hantaran listrik dapat dilakukan dengan 2 cara yakni secara langsung atau yang disebut dengan “direct arc” dan tidak langsung atau yang disebut “indirect arc”. Perletakan dari macam-macam Dapur peleburan dapat dilihat pada gambar berikut.
Kadar Karbon Di Dalam Besi Tuang
Unsur Karbon biasanya akan muncul didalam besi tuang dalam proses pendinginan secara perlahan-lahan tergantung pada bentuk struktur dari besi tuang itu sendiri, antara lain :
1. Apabila besi berada dalam larutan padat dimana strukturnya adalah ferrite. besi tuang dengan strutur ini biasanya sedikit menyerap karbon.
2. Dalam kondisi struktur gabungan dimana besi membentuk akan cementtite (Fe3C), pada kondisi ini dimana terjadi peralihan sehingga menghasilkan struktur gabungan antara ferrite dengan pearlite, sehingga pengaruh sementite itu sendiri dalam keadaan bebas.
3. Pembentukan graphite yakni karbon bebas (free karbon).
Besi tuang (cast iron) dimana masuknya sejumlah unsur karbon dengan berbagai sifatnya akan sangat berpengaruh terhadap sifat dari besi tuang tersebut, Dan ketika semua unsur karbon bersenyawa dengan besi tuang, Struktur besi tuang tersebut akan menyerupai baja, dan besi tuang yang demikian ini yang disebut sebagai besi putih (white Iron), besi ini sangat keras dan rapuh (britle), namun apabila unsur karbon ini hanya merupakan karbon bebas artinya tidak terjadi senyawa kimia antara ferrite dengan karbon dan hanya membentuk grafit dengan volume yang banyak sehingga mengakibatkan perubahan warna struktur menjadi lebih gelap atau kelabu, maka besi ini disebut sebagai besi kelabu (grey iron), besi yang demikian ini bersifat lemah karena grafit menempati batas kristal dari atom-atom logam besi. Untuk mengatasi hal ini dapat dilakukan melalui proses perlakuan panas, dimana akan mengubah struktur dari besi ini serta memperbaiki sifat mekanik dari besi tersebut, dimana pada derajat menengah besi kelabu sering disebut sebagai besi “burik” atau “mottled-iron” Besi kelabu bersifat licin (self lubrication) serta memiliki sifat menyerap getaran.
Pengendalian Struktur Selama Pendinginan
Pada dasarnya besi tuang ataupun baja memiliki perilaku yang sama dimana apabila dipanaskan diatas temperatur kritis struturnya akan berubah kedalam sebuah bentuk struktur tertentu tergantung kecepatan pendinginannya.(lihat gambar 14 tentang diagram FeC) Proses pemadatan (solidification) pada besi tuang secara langsung akan memiliki struktur austenite dan cementite, dimana proses pemadatan terjadi melalui pendinginan lambat hingga mencapai temperatur ruangan. Austenite memecah diri ke dalam bentuk pearlite yakni lapisan ferrite dan cementite, sedangkan cementite memecah diri menjadi graphite dan pearlite.
Jika proses pendinginan diberikan cukup cepat maka cukup untuk mencegah terbentuknya cementite, dan akan diperoleh struktur putih. pembentukan struktur tuangan putih ini juga tergantung pada rentang pendinginan (cooling rate) dimana juga tergantung pada tebal atau tipisnya benda tuangan itu sendiri, jika benda tuangan tersebut tipis maka akan diperoleh struktur putih, namun sebaliknya jika lebih tebal akan diperoleh struktur kelabu, dimana bagian yang tebal akan lebih lambat proses pendinginannya dibanding dengan yang tipis. pada dasarnya kecepatan pendinginan ini dapat kita atur sesuai dengan kebutuhan sifat akhir dari produk tuangan yang kita kehendaki, Namun pada benda-benda yang rumit dimana ketebalan bervariasi maka diperlukan metoda agar proses pendinginan dapat merata kendati pada ketebalan yang berbeda-beda. Untuk itu maka dibagian lain dimana memiliki ukuran ketebalan yang lebih besar harus ditempatkan suatu bahan yang membantu penyerapan panas (ironchill).
Berbagai Alasan Pembentukan Melalui Pengecoran Atau Penuangan (Casting)
Sedemikian banyak material dari berbagai jenis sebagai bahan baku berbagai produk yang diinginkan, dan semakin banyak pula pertimbangan dalam memilih dan menentukan jenis bahan yang akan digunakan, setiap jenis bahan dari material yang tersedia memiliki berbagai keunggulan juga tidak kurang memiliki kelemahan.
Macam-Macam Besi Tuang
1) Besi tuang Putih (White Cast Iron)
Besi tuang putih (white cast iron) mengandung kadar silikon rendah, dimana pada saat pemadatan besi carbida membentuk graphite di dalam ikatan matrix. Pada besi tuang non-paduan strukturnya berbentuk pearlite.Besi tuang putih (white cast iron) memiliki angka kekerasan antara 400 hingga 600 HB dengan tegangan tariknya 270 N/mm2 dan masih dapat ditingkatkan melalui penurunan kadar karbon sebesar 2,75 sampai 2,9 % menjadi 450 N/mm2. Proses machining untuk besi tuang putih ini hanya dapat dilakukan dengan penggerindaan (grinding).
Besi tuang putih (white cast iron) digunakan dalam pembuatan komponen mesin gerinda, kelengkapan penghancur, komponen dapur pemanas (furnance) dan lain-lain. Besi tuang putih tidak terdaftar pada british standard. besi tuang putih (white cast iron) dapat diberi perlakuan panas (heat treatment) untuk menurunkan angka kekerasannya melalui proses pelunakan (anealing),yakni dengan pemanasan pada temperatur 8500c untuk menguraikan free-karbon yang terbentuk karena pendinginan cepat setelah penuangan (pengecoran). Proses ini dilakukan hanya pada kondisi darurat. Sedangkan pengendalian sifat besi tuang putih ini tetap dengan metoda pengendalian pendinginan dengan “ironchill” serta komposisi unsur bahan tuangan sebagaimana yang telah disebutkan.
2) Besi tuang Kelabu (Grey Cast Iron)
Besi tuang kelabu (grey cast iron) mengandung unsur graphite yang berbentuk serpihan sehingga memiliki sifat mampu mesin (machinability) serta masuk dalam jajaran British Standards, yang membedakan jenis dari besi tuang kelabu ialah nilai tegangannya Angka kekerasan dari Besi tuang ini ialah antara 155 HB sampai 320 HB tergantung tingkatannya. besi tuang kelabu (grey cast iron) digunakan dalam pembuatan crankcases, machine tool bed, brake drums, cylinder head dan lain-lain.
Besi tuang kelabu (grey cast iron) dapat diberi perlakuan panas (heat treatment) untuk menghilangkan tegangan dalam setelah proses pengecoran yakni dengan “stress reliefing” (lihat proses perlakuan panas) dengan memberikan pemanasan lambat antara 500oC hingga 5750C, dengan holding time sekitar 3 jam diikuti dengan pendinginan secara perlahan-lahan. Proses lain dalam perlakuan panas (heat treatment) yang memungkinkan untuk dilakukan pada besi tuang kelabu ini ialah pelunakan (anealing), dengan proses ini akan terjadi perbaikan pada strukturnya sehingga dimungkinkan untuk proses machining secara cepat, untuk proses anealing ini dilakukan dengan memberikan pemanasan pada temperatur anealing yakni 7000c dengan waktu pemanasan (holding time) setengah hingga dua jam, dimana akan terbentuk structure pearlite tertutup dalam kesatuan ferrite matrix, namun demikian tingkat kekerasan akan tereduksi sebesar 240 HB sampai 180 HB.
3) Besi tuang “Mampu Tempa” (Malleable Cast Iron)
Besi tuang mampu tempa (Malleable cast Iron) adalah salah satu jenis besi tuang yang memiliki struktur berwarna putih, dimana memiliki unsur graphite yang sangat halus sehingga distribusi unsur Karbon menjadi lebih merata serta mudah dibentuk. Besi tuang mampu tempa (Malleable cast Iron) terdapat dalam 3 bentuk jenis, yakni : Whitehearth, Blackhearth, dan Pearlitic nama-nama ini merupakan istilah sesuai dengan bentuk microstruktur dari besi tuang tersebut.
4) Whiteheart Malleable Cast Iron
Besi tuang putih (white cast Iron) yang dalam keadaan baik ditempatkan didalam kaleng dimana mereka dikelilingi oleh campuran yang tidak berguna dan bagian partikel yang berguna seperti bijih haematite (haematite ore), Kaleng ini merupakan wadah yang kemudian akan dimasukan kedalam dapur, selanjutnya dipanaskan secara perlahan-lahan hingga 9500C. Setelah diendapkan didalam dapur ini kemudian dikeluarkan dan didinginkan secara perlahan-lahan dan dikeluarkan dari dalam kaleng lalu dibersihkan dan siap untuk proses macining. Proses ini memberi pengaruh yang berlawanan dari proses carburising untuk surface hardening, dimana unsur karbon akan bergerak secara menyeluruh hanya dari bagian yang tipis. Bagian inti dari bahan yang tebal akan terdiri atas dua unsur yakni unsur pearlite dan beberapa unsur karbon dalam bentuk nodules. Microstruktur
Komposisi besi tuang
Besi tuang biasa mengandung unsur-unsur sebagai berikut:
1) Karbon : 3 – 4 %
2) Silicon : 1 – 3 %
3) Mangan : 0,5 – 1 %
4) Belerang : < 0,1 %.
5) Phospor : < 1%
Pengaruh unsur-unsur terhadap sifat-sifat besi tuang:
1) Karbon
Karbon yang berada dalam besi tuang berupa grafit atau besi karbid (sementit) yang rapuh. Bila besi tuang banyak mengandung sementit besi tuang menjadi rapuh dan sulit dimesin.
2) Silikon
Silikon (Si) mempermudah pemisahan grafit. Si, cenderung membentuk besi tuang kelabu dan membuat besi tuang mudah dimesin.
3) Mangan
Mn mencegah panggrafitan dan menggalakkan kestabilan sementit dan larut didalamnya. la membuat butir-butir halus yang perlitis dan mencegah pengendapan ferrit, dengan penambahan mangan akan didapatkan struktur perlit dan grafit yang menguletkan & menguatkan besi.
4) Belerang
Belerang (S) menstabilkan sementit sehingga menyebabkan besi menjadi rapuh.
5) Phospor
Phospor (P) mengurangi kelarutan karbon dan memperbanyak sementit, akibatnya besi menjadi keras dan rapuh.
Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Sifat Mampu Las Pada Besi Tuang :
a) Ketegangan saat pendinginan.
Secara teori pengelasan (welding) material las (logam las / weld metal) akan berkontraksi selama pendinginan. Karena kerapuhan dari besi tuang inilah kontraksi cast iron mempunyai kemampuan yang lebih rendah dibandingkan Baja.
b) Bentuk yang tidak beraturan.
Umumnya Besi Tuang ini dibuat dalam bentuk yang tidak berarturan atau boleh saya bilang artistic. Dengan adanya bentuk yang rumit besi tuang tersebut sedikit banyak mempunyai ketebalan yang tidak seragam hal ini akan mempengaruhi konstraksi tegangan yang terjadi pada material tersebut dan mudah terjadi retak dan perlu diingat juga yang melatarbelakangi ini adalah sifatnya yang mempunyai daya lentur yang sangat rendah.
c) HAZ yang keras.
HAZ pada Besi Tuang yang berdekatan dengan Weld Metal akan mempunyai sifat yang keras. Pengerasan ini diakibatkan oleh adanya bagian HAZ yang tidak ikut mencair.
d) Pengikatan Karbon dari Base Metal.
Akibat Pengelasan Besi tuang yang tercampur dengan logam dasar akan menyebabkan terjadinya pengikatan karbon pada sambungan las sehingga menyebabkan peningkatan kandungan sulfur dan pospor.dalam logam las tersebut.
e) Penyerapan Minyak pada Besi Tuang.
Karena bentuk karekteristik material ini rata-rata berpori maka kemungkinan terjadinya peresapan minyak dalam gravit yang menyebabkan porositas pada logam las. Biasanya sering dialami oleh para praktisi pada saat memperbaiki sambungan las ketika sedang dilakukannya perawatan.
Faktor Yang Menyebabkan Terjadinya Retak Pada Besi Tuang Setelah Terjadinya Pengelasan.
1. Chemical Composition : %C = Carbon terlalu tinggi. Unsur C yang tinggi memang akan menurunkan Titik Lebur baja (Mesti dibahas juga Diagram Fe-Fe3C) sehingga antara proses peleburan dan penuangan di cetakan lebih mudah. Tetapi karena sifatnya yang lunak akan menjadi sumber keretakan di paduan Besi Cor, apalagi yang C nya berbentuk Flake (Besi cor mempunyai Carbon bebas, mungkin seperti radikal bebas di tubuh kita). %P= Posphor dan %S= Sulphur Tinggi. Dalam paduan Fe, kadar P dan S tidak boleh lebih besar dari keteentuan. Karena lebih dari itu akan menyebabkan sumber keretakan (kalau di proses rolling pembuatan besi beton bisa pecah) . Lantas mengapa unsur P dan S ini tidak diturunkan saja? Dalam proses pengecoran, unsur P dan S sangat diperlukan untuk meningkatkan mampu alir dari cairan besi.
2. Faktor-faktor lain seperti bentuk yang kompleks dan lain tidak banyak berpengaruh, karena kebanyakan pada proses pengelasan Cast Iron, keretakan terjadi pada daerah HAZ.
3. Bagaimana pengaruh Oli ? Pengotor seperti ini lebih banyak berpengaruh terhadap terjadinya Porosity pada besi lasan.
Cara menghindari terjadinya keretakan pada pada proses pengelasan besi tuang.
1. Gunakan kawat las Nickel.
2. Kontrol heat input dan Cooling rate.
3. Sebelum mengelas harus dibersihkan terlebih dulu dari misalnya Oli, Cat dan sebagainya.
Pada umumnya Besi Tuang (Cast Iron) mempunyai bentuk yang rumit suatu contoh (pipe fitting, sprokect, pump, crank shaft mesin mobil dan beberapa peralatan yang terdapat pada pabrik gula) bukan dalam bentuk mild seperti steel yang sering kita temui dipasaran.
Hubungan Antara Besi Tuang Dengan Tegangan
Dengan adanya bentuk yang rumit besi tuang tersebut sedikit banyak mempunyai ketebalan yang tidak seragam hal ini akan mempengaruhi konstraksi tegangan yang terjadi pada material tersebut dan mudah terjadi retak.
Untuk menghindari timbulnya keretakan pada sebuah besi tuang karena ketegangan akibat konstraksi tegangan selama pengelasan sering dilakukan dengan memperluas bidang yang dipanasi dengan pemanasan awal untuk menyeimbangkan kontraksi tegangan dalam hal ini ada metode yang dilakukan dalam preheating :
1. Preheating setempat.Tujuannya untuk menghambat tingkat pendinginan sambungan las.
2. Preheating keseluruhan.Mempunyai fungsi untuk melepaskan tegangan internal yang tersembunyi dan untuk memperlambat pendinginan pengelasan. Hal ini cocok untuk material yang mempunyai bentuk rumit Seperti roda gigi, sproket dsb.
Alasan Penggunaan Kawat Las Besi Tuang Berbasis Pada Unsur Nickel (Ni).
Nickel adalah suatu logam berwarna Putih perak, Mempunyai Berat Jenis 8.5 yang hampir sama dengan Tembaga.Nikel dijadikan sebagai bagian dari bahan kawat las cast iron karena nickel mempunyai karakteristik low solubility pada carbon. Dengan menyatunya nickel & besi dapat menghindari terjadinya crack (retak) pada daerah fusion line akibat Adanya perbedaan expansion temperature pengelasan pada material cast iron. selain itu logam las ini mempunyai karakteristik yang lentur dan mudah untuk dimachining.
Perlu diketahui juga tidak selamanya kawat las cast iron berbasiskan pada nickel tetapi ada juga kawat las yang berbasiskan tembaga (copper).
Aplikasi
1. Besi Tuang Kelabu,
Aplikasi besi cor kelabu antara lain untuk silinder blok, plat kopling, gear box, bodi mesin Perkakas. Karena kemapuannya meredam getaran.
2. Besi Tuang Kelabu 15
Digunakan untuk benda cor yang tipis yang dapat beban tidak berat, tetapi bentuknya sulit seperti : deksel, kas untuk nok as roda gigi dengan kuat tarik minimum = 14 kg/mm2
3. Besi Tuang Kelabu 20
Digunakan sebagai kerangka mesin yang bentuknya sulit seperti frame, kolom, kruk as, dan lain sebagainya, kuat tarik minimum = 18 kg/mm2
4. Besi Tuang Kelabu 25
Digunakan untuk pembuatan silinder kereta api, kompresor, silinder mesin uap, dan sebagainya, kuat tarik minimum = 25 kg/mm2
5. Besi Tuang Kelabu 30
Digunakan untuk kerangka mesin yang sangat berat bebannya dan bentuknya sederhana.
6. Besi Tuang Nodular,
Aplikasi besi cor putih digunakan untuk membuat komponen yang membutuhkan permukaan material tahan aus akibat abrasi seperti plat landasan, liner pompa, komponen mesin yang bergesekan, dan penggiling pasir.
7. Besi Tuang Melleable,
Aplikasi dari besi cor malleable ini antara lain peralatan agrikultur, komponen lokomotif, jangkar kapal, komponen mesin industri
8. Besi Tuang Nodular,
Aplikasi dari besi cor Nodular biasanya digunakan untuk ring piston, karena memiliki kemampuan yang cukup tinggi.
BESI COR NODULAR
Grafit pada besi cor nodular menempati 10 – 15% dari volume total material serta tersebar merata didalam struktur dasar (matriks) yang mirip dengan baja karbon. Oleh karena itu sifat-sifat mekanik dari besi cor nodular dapat dihubungkan secara langsung dengan mampu tarik dan keuletan dari matriks yang dimilikinya sebagaimana halnya dengan baja karbon.
Namun demikian karena didalam struktur besi cor nodular juga terdapat grafit, maka mampu tarik, modulus elastisitas maupun ketahanan impak secara proporsional akan lebih rendah dari baja karbon dengan matriks yang serupa.
Matriks besi cor nodular bervariasi dari mulai struktur ferit yang lunak dan ulet sampai dengan struktur perlit yang lebih keras serta kuat bahkan struktur-struktur yang hanya dapat dicapai melalui penambahan bahan paduan maupun melalui perlakuan panas seperti martensit dan bainit.
Sifat-sifat mekanik besi cor nodular dalam kaitannya dengan matriks yang dimilikinya dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Sifat mekanik besi cor nodular.
Mekanisme pembekuan besi cor nodular dapat dijelaskan secara lebih mudah dengan menggunakan diagram terner Fe-C-Si, dimana akibat pengaruh kandungan Si, maka diagram Fe-C akan berubah seperti ditunjukkan pada gambar 1 sebagai berikut:
Gambar 1. Diagram Fe-C-Si dengan Si 2.4 % (Pseudo Biner).
Pada paduan hipoeutektik, pembekuan dimulai dari tumbuhnya besi padat (austenit) dari cairan besi. Peristiwa ini berlangsung bersamaan dengan turunnya temperatur cairan hingga melampaui temperatur eutektik (undercooling) dan naiknya konsentrasi karbon didalam cairan sisa menuju ke titik eutektik seperti terlihat pada kurva pendinginan spesifik untuk paduan hipoeutektik (gambar 2).
Jumlah inti pembekuan yang sedikit akan mengakibatkan terjadinya undercooling dibawah temperatur eutektik. Pada saat pengintian terjadi, energi bebas dilepaskan sebesar energi yang dipergunakan untuk pencairan. Pelepasan energi ini akan mengakibatkan naiknya kembali temperatur hingga mencapai temperatur eutektik (rekaleszenz).
Pada tingkat keadaan ini selain austenit tumbuh pula grafit eutektik secara bersamaan (disebut sel-sel eutektik). Pertumbuhan grafit mengakibatkan berkurangnya konsentrasi karbon didalam paduan sehingga pada akhirnya akan tersisa grafit bulat diantara butiran-butiran austenit yang akan tertransformasi menjadi perlit.
Gambar 2. Kurva pendinginan besi cor nodular hipoeutektik.
Untuk coran berdinding tebal atau karena suatu pendinginan lambat, maka karbida besi yang membentuk perlit akan menjadi grafit, sehingga selain perlit disekeliling grafit bulat akan terdapat struktur ferit. Persentase dari perlit-ferit ini menentukan mampu tarik besi cor nodular.Pada paduan hipereutektik pembekuan berlangsung mirip dengan paduan hipoeutektik. Bedanya adalah, kristal yang pertama tumbuh adalah grafit primer yang berbentuk bulat serta menurunkan konsentrasi karbon didalam cairan menuju ketitik eutektik. Pembekuan selanjutnya berlangsung sama seperti pada paduan hipoeutektik.Gambar 3 adalah kurva yang menunjukkan daerah-daerah komposisi besi cor nodular baik hipo maupun hipereutektik, dimana dari kurva ini dapat ditentukan komposisi C maupun Si.
Gambar 3. Daerah komposisi besi cor nodular.
Mekanisme pembentukan grafit bulat telah diteliti oleh banyak peneliti, namun demikian jawaban yang lebih memuaskan tentang fenomena ini masih terus dikembangkan dan didiskusikan.Dari sekian banyak teori tentang pembulatan grafit, maka teori gelembung gas (gas bubble theory) memberikan penjelasan yang mudah dipahami serta mencakup beberapa teori yang lainnya, sebagaimana hasil penelitian dari Haruki Itofuji.
Penelitian dilakukan terhadap suatu cairan besi cor nodular yang dikuens pada saat pendinginan sehingga pada tempat dimana akan terbentuk grafit bulat, ditemukan gelembung-gelembung gas yang merupakan gas Mg, gas Ca dan/atau gas N2 yang terabsorbsi oleh unsure tanah jarang (rearearth). Pada penelitian tersebut tampak bahwa hanya grafit bulat berukuran kecil (dibawah 10 mm) yang ditemukan terbentuk didalam cairan.Untuk partikel yang lebih besar, bentuk grafit ditentukan oleh lapisan austenit yang berada disekelilingnya. Grafit menjadi bulat bila austenit dapat terbentuk disekelilingnya dengan sempurna, sebaliknya grafit vermikular tebentuk bila pada austenit, akibat adanya unsur-unsur pengganggu, terjadi kanal-kanal yang menghubungkan grafit dengan cairan. Sedangkan bila pertumbuhan grafit dalam gelembung gas terhenti serta tumbuh grafit dari inti-inti baru disekitar austenit, akan terjadi grafit chunky (gambar 4).
Gambar 4. Skematik pembentukan grafit bulat.
Teori lain dikemukakan oleh Marincek B, yaitu teori dengan landasan energi permukaan. Dari penelitiannya ditemukan bahwa energi permukaan antara grafit dengan cairan pada besi cor nodular lebih besar dari pada besi cor lamelar. Dengan metode retakan kapiler (capillary rise method) dipastikan bahwa tegangan permukaan pada grafit lamelar adalah 800 – 1100 dyne/cm, sedangkan pada grafit bulat adalah 1400 dyne/cm (dyne adalah satuan gaya dengan sistim cgs).
Penelitian ini berhasil menjelaskan, bahwa pembulatan grafit dapat terjadi karena pada permukaan bulat (sphere) terdapat energi bebas permukaan yang lebih kecil dari pada permukaan lamelar dengan volume yang sama sehingga perbedaan energi antar permukaan cairan dengan grafit (interface energy) menjadi besar. Perbedaan yang besar ini memaksa pertumbuhan kristal grafit, dalam hal ini menurunkan rasio energi/volume, cenderung menjadi bulat dari pada lamelar.
Gambar 5. Variasi energi bebas pembentukan grafit (DG) sebagai
fungsi dari interface energi cairan-grafit (g*SL).
Interface energi antara cairan-grafit merupakan fungsi dari kandungan S. Bila terdapat cukup kandungan unsur reaktif terhadap S seperti Mg, sehingga S didalam cairan dapat direduksi sekecil-kecilnya, maka interface energi tersebut akan naik sehingga grafit bulat akan lebih memungkinkan terbentuk.
Tercatat pula beberapa faktor yang menjadi penghambat terjadinya grafit bulat, antara lain adanya unsur-unsur pengganggu didalam cairan (Sb, Pb, As dan sebagainya), atau pemanasan lebih (superheating) serta penahanan cairan setelah Mg-treatment. Faktor-faktor tersebut secara langsung menurunkan tegangan permukaan. Selanjutnya kenaikan tegangan permukaan teramati pula sejalan dengan penambahan unsur Mg didalam cairan sebagaimana tampak pada gambar 6 dan 7.
Gambar 6. Variasi tegangan permukaan sebagai fungsiwaktu penahanan pada T konstan.
Gambar 7. Variasi tegangan permukaan sebagai fungsi Mg-rest.
Dari gambar 7 tampak jelas, bahwa tegangan permukaan terbesar yang menghasilkan pembulatan grafit optimum adalah pada kandungan Mg sebesar 0.01-0.02%. Namun karena dalam pengukuran sulit untuk membedakan antara Mg dengan MgS maupun MgO, maka kandungan Mg (Mg-rest) yang dianjurkan adalah 0.015% lebih tinggi dari kandungan seharusnya (0.025 – 0.035%).
Sifat-sifat Besi Cor Nodular dipengaruhi oleh semua unsur yang terdapat dalam tabel periodik. Beberapa dari unsur ini memiliki konsentrasi yang sedemikian kecilnya sehingga sulit dikenali, sedangkan beberapa yang lainnya memiliki pengaruh yang relatif kecil. Setiap unsur secara umum berpengaruh sebagai berikut:
• Menyebabkan atau meniadakan karbida.
• Membentuk serta mempengaruhi penyebaran grafit.
• Membentuk struktur dasar.
Gambar 8. Struktur Besi Cor Nodular perlitik dengan sedikit ferit.
Gambar 9. Pertumbuhan grafit yang menembus dinding austenit.
Pengaruh unsur-unsur ini terutama berhubungan erat dengan kecepatan pendinginan (ketebalan coran), oleh karenanya penentuan komposisi besi cor nodular sangat memperhatikan masalah kecepatan pendinginan ini sehingga akan diperoleh coran dengan struktur dasar tanpa ledeburit (perlit + karbida bebas.
Didalam besi cor, karbon selalu dipengaruhi oleh silikon sehingga dalam perhitungan digunakan CE (carbon equivalent) dengan hubungan sebagai berikut:
CE = %C + 0.31 %Si.
CE yang terlalu tinggi akan mengakibatkan terjadinya flotasi grafit terutama pada coran yang cukup tebal, sedangkan CE yang rendah akan memunculkan struktur yang semakin keras sampai dengan terbentuknya ledeburit. Harga CE yang dianjurkan untuk ketebalan coran tertentu dapat dilihat dari gambar 10.
Gambar 10. Harga CE yang dianjurkan untuk ketebalan coran tertentu.
Perbandingan antara karbon dengan silikon ditentukan dengan memperhatikan pengaruh silikon terhadap sifat-sifat fisik maupun mekanik besi cor nodular sebagai fungsi dari CE atau dalam hal ini ketebalan coran.
Kandungan silikon pada jumlah tertentu akan meningkatkan keuletan besi cor sampai dengan 4 %, meningkatkan kekerasan terutama pada kondisi anil namun menurunkan ketahanan impak serta konduktifitas termal, sehingga dengan demikian perlu pembatasan-pembatasan.
Tabel 2. Komposisi C dan Si untuk Coran tanpa karbida bebas.
Persentase C dan Si yang dianjurkan untuk ketebalan coran maupun struktur dasar yang dikehendaki dapat dilihat dari Tabel 2.
Mangan adalah unsur penggiat terbentuknya karbida besi sehingga jumlahnya dalam besi cor nodular harus sangat dibatasi serta berhubungan dengan kandungan silikon maupun ketebalan coran. Hubungan ini dapat dilihat pada gambar 11.Dari gambar 11 dapat dilihat aspek penting lain dari mangan. Pada coran yang tipis sampai tebal maksimum 25 mm pengaruh mangan dalam membentuk karbida tereliminasi oleh naiknya kandungan silikon, dimana untuk kandungan Si yang tinggi dapat ditetapkan jumlah mangan yang cukup tinggi pula. Sedangkan untuk coran yang tebal hal tersebut tidak dapat dilakukan mengingat kecenderungan akan terjadinya segregasi.
Gambar 11. Mn maksimum yang dianjurkan sebagai fungsi Si dan tebal coran.
Mangan akan tersegregasi semakin kuat pada kondisi pendinginan yang lambat, sehingga pada akhirnya untuk kandungan mangan rata-rata 0.4 % akan naik menjadi 2.5 % atau lebih dibagian coran yang mengalami pembekuan terakhir. Sedangkan silikon mengalami kejadian yang sebaliknya dimana ia akan tersegregasi justru pada awal pembekuan.Unsur yang merupakan penggiat pembentukan karbida besi dengan pengaruh lebih kuat dari mangan adalah chrom (Cr), vanadium (V), bor (B), telurium (Te) dan molibdenum (Mo). Sehingga untuk menghindari terbentuknya karbida bebas unsur-unsur tersebut harus dibatasi sebagai berikut: Cr: 0.05 %, V: 0.03 %, B: 0.003 %, Te: 0.003 %, Mo: 0.01 – 0.75 %.
Grafit bulat hanya mungkin terbentuk pada cairan dengan kandungan sulfur rendah (S<0.01 %), oleh karenanya pada proses produksinya selain digunakan bahan baku dengan kandungan sulfur rendah, juga dilakukan desulfurisasi dengan memadukan unsur Mg kedalam cairan.
Mg adalah unsur terpenting yang menghasilkan efek pembulatan grafit. Efek ini terjadi bila terdapat kandungan Mg didalam besi sebesar 0.02% – 0.05%. Namun karena unsur ini memiliki titik uap hanya 1107 oC disamping kelarutannya didalam besi yang relatif rendah, maka untuk mencegah kehilangan yang terlalu banyak saat pemaduan, Mg diberikan dalam bentuk paduan FeSiMg.
Beberapa parameter yang berpengaruh pada pemaduan Mg adalah:
• Jenis paduan Mg.
• Temperatur pemaduan.
• Metode pemaduan.
• Jumlah S maupun O2 didalam cairan dasar (base iron).
Untuk menentukan jumlah Mg yang harus dipadukan kedalam cairan dasar, perlu diperhatikan jumlah yang diperlukan sekaligus untuk desulfurisasi serta deoksidasi, serta jumlah yang hilang
akibat penguapan sebagai berikut:
Sebuah contoh aplikasi:
Kondisi proses:
Sulfur pada base iron (SB) = 0.02%.
Mg rest yang diharapkan (MgR) = 0.04%
Mg dalam paduan (MgRC) = 10% (FeSiMg10)
Efisiensi ladel (LE) = 26% (T = 1500 oC, berdasarkan percobaan).
Maka:
Dengan demikian, misalnya untuk kapasitas ladle treatment 250 kg, diperlukan FeSiMg10 sebanyak:
MgA = 0.018 x 250 kg = 4.5 kg, dengan temperatur treatment = 1500 oC.
Fe3C
Pendahuluan
Sejarah besi
Besi ditemukan digunakan pertama kali pada sekitar 1500 SM Tahun 1100 SM, Bangsa hittites yang merahasiakan pembuatan tersebut selama 400 tahun dikuasai oleh bangsa asia barat, pada tahun tersebut proses peleburan besi mulai diketahui secara luas. Tahun 1000 SM, Bangsa Yunani, Mesir, Jews, Roma, Carhaginians dan Asiria juga mempelajari peleburan dan menggunakan besi dalam kehidupannya.Tahun 800 SM, India berhasil membuat besi setelah di invansi oleh bangsa arya. Tahun 700-600 SM, Cina belajar membuat besi. Tahun 400-500 SM,Baja sudah ditemukan penggunaannya di Eropa. Tahun 250 SM, Bangsa India menemukan cara membuat baja. Tahun 1000 M, Baja dengan campuran unsur lain ditemukan pertama kali pada 1000 M pada kekaisaran fatim yang disebut dengan baja Damaskus. 1300 M, Rahasia pembuatan baja damaskus hilang.1700 M, Baja kembali diteliti penggunaan dan pembuatannya di Eropa.
Penggunaan logam sebagai bahan struktural diawali dengan besi tuang untuk bentang lengkungan (arch) sepanjang 100 ft (30 m) yang dibangun di Inggris pada tahun 1777-1779. Dalam kurun waktu 1780-1820,. Dibangun lagi sejumlah jembatan dari besi tuang, kebanyakan berbentuk lengkungan dengan balok balok utama dari potongan potongan besi tuang indivudual yang membentuk batangbatang atau kerangka (truss) konstruksi.Besi tuang juga digunakan sebagai rantai penghubung pada jembatan jembatan suspensi sampai sekitar tahun 1840.
Setelah tahun 1840, besi tempa mulai mengganti besi tuang dengan contoh pertamanya yang penting adalah Brittania Bridge diatas selat Menai di Wales yang dibangun pada 1846-1850. Jembatan ini menggunakan gelagar-gelagar tubular yang membentang sepanjang 230, 460, 460, 230 ft (70, 140, 140, 70 m) dari pelat dan profil siku besi tempa.
Proses canai (rolling) dari berbagai profil mulai berkembang pada saat besi tuang dan besi tempa telah semakin banyak digunakan. Batang-batang mulai dicanai pada skala industrial sekitar tahun 1780.Perencanaan rel dimulai sekitar 1820dan diperluas sampai pada bentuk I menjelang tahun 1870-an.
Perkembangan proses Bessemer (1855) dan pengenalan alur dasar pada konverter Bessemer (1870) serta tungku siemens-martin semakin memperluas penggunaan produk -produkbesi sebagai bahan bangunan. Sejak tahun 1890, baja telah mengganti kedudukan besi tempa sebagai bahan bangunan logam yang terutama.Dewasa ini (1990-an), baja telah memiliki tegangan leleh dari24 000 sampai dengan 100 000 pounds per square inch, psi (165 sampai 690 MPa), dan telah tersedia untuk berbagai keperluan struktural.
Besi dan baja mempunyai kandungan unsur utama yang sama yaitu Fe, hanya kadar karbon lah yang membedakan besi dan baja, penggunaan besi dan baja dewasa ini sangat luas mulai dari perlatan yang sepele seperti jarum, peniti sampai dengan alat-alat dan mesin berat.
DIAGRAM FASA ( Fe-Fe3C )
Diagram Fe-Fe3C adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat. Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh informasi-informasi penting yaitu antara lain :
Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan pendinginan lambat.
Temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan Fe -C bila dilakukan pendinginan lambat.
Temperatur cair dari masing-masing paduan.
Batas-batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon fasa tertentu.
Reaksi-reaksi metalurgis yang terjadi.
FUNGSI DIAGRAM FASA PERTAMA
Bahwa untuk membuat suatu produk tertentu misalnya : mobil terdiri atas bermacam macam komposisi logam atau material. Mulai dari blok mesin, rangka, mesin pendingin, pompa dan komponen lainnya yang menjadikannya sebuah mobil dengan desain oke dan trendy berdasarkan dengan diagram fasa yang menjabarkan berbagai jenis karakteristik logam yang meliputi : kekuatan, keuletan, kekerasan, dan ketangguhannya.
FUNGSI YANG KEDUA
Atau mungkin pembuatan turbin pesawat terbang yang sangat rumit, sangat
memperhatikan faktor keselamatan dan daya guna dengan berdasarkan pada perhitungan yang matang dan pemilihan material logam dengan sangat hati-hati dan akurat, yang selalu berdasarkan pada diagram fasa logam sebagai faktor penentu pada saat proses desain, perhitungan, dan pembuatannya supaya bisa digunakan serta dimanfaatkan secara maksimal.
Perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur mikro dan sifat yang diinginkan. Struktur mikro dan sifat yang diinginkan dapat diperoleh melalui proses pemanasan dan proses pendinginan pada temperatur tertentu.
Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat allotropi. Sifat allotropi yang dimiliki besi sendiri ada 3, yaitu :
o Delta iron (δ) mampu melarutkan karbon max 0,1% pada 1500° C
o Gamma iron (γ) mampu melarutkan karbon max 2 % pada 1130° C
o Alpha iron (α) mampu melarutkan karbon max 0,025% pada 723° C
Gambar . Kurva pendinginan besi murni
Transformasi allotropik yang pada besi, Fe(δ) Æ Fe(γ) Æ Fe(α) terjadi secara difusi sehingga membutuhkan waktu tertentu pada temperatur konstan Æ karena reaksi mengeluarkan panas laten.
Dalam kondisi cair karbon dapat larut dalam besi. Dalam kondisi padat besi dan karbon dapat membentuk :
• Larutan padat (solid solution)
• Senyawa interstitial (interstitial compound)
• Eutectic mixture : Campuran antara austenite (γ) dan cementite (Fe3C)
• Eutectoid mixture : Campuran antara ferrite (α) dan cementite (Fe3C)
• Grafit : Karbon bebas, tidak membentuk larutan padat ataupun tidak berikatan
membentuk senyawa dengan Fe.
Gambar Diagram Fe3c
Garis-Garis Penting Dalam Diagram Fe-Fe3C :
o Upper critical temperature (temperatur kritis atas), A3 : temperatur perubahan
allotropi.
o Lower critical temperature (temperatur kritis bawah), A1 : temperatur reaksi eutectoid.
o Solvus line Acm : menunjukkan bats kelarutan karbon dalam austenite.
Reaksi-reaksi yang terjadi pada diagram Fe – Fe3C
• Reaksi Peritectic pada temperatur :
S + L ↔ S1
δ + L ↔ γ
• Reaksi Eutectic pada temperatur 1130 C :
L ↔ S1 + S2
L ↔ γ + Fe3C (ledeburite)
• Reaksi Eutectoid pada temperatur 723 C :
S ↔ S1 + S2
γ ↔ α + Fe3C (pearlite)
Macam –Macam Struktur Yang Ada Pada Baja Adalah:
1. Ferit
Ferit adalah larutan padatkarbon dan kandungan karbon dalam besi maksimum 0,025% pada temperatur 723 C. Pada temperatur kamar, kandungan karbonnya 0,008%, Pada temperatur 1492 C, batas kelarutan karbon 0,1 %. Dan unsur paduan lainya pada besi kubus pusat badan (Fe). Ferit terbentuk akibat proses pendinginan yang lambat dari austenit baja hypotektoid pada saat mencapai A3.
Sifat –sifatnya :
o Larutan padat karbon dalam besi α.
o Tensile strength rendah.
o Keuletan tinggi.
o Kekerasan < 90 HRB.
o Struktur paling lunak pada diagram Fe-Fe3C.
2. Sementit
Sementit adalah senyawa besi dengan karbon yang umum dikenal sebagaikarbida besi dengan prosentase karbon 6,67%C. yang bersifat keras sekitar 5-68HRC.
Sifat – sifatnya :
o Keras dan getas.
o Kekuatan tarik rendah.
o Kekuatan tekan tinggi.
o Struktur kristal orthorhombic.
o Struktur paling keras pada diagram Fe-Fe3C.
3. Austenit
Merupakan larutan padat intertisi antara karbon dan besi yang mempunyai sel satuan FCC yang stabil pada temperatur 912°C.
Sifat – sifatnya :
o Interstitial solid solution; larutan padat karbon dalam besi γ.
o Struktur kristal FCC (face centered cubic, kubus pemusatan bidang).
o Kelarutan karbon max 2 % pada temperatur 1130 C.
o Tensile strength 1050 kg/cm2.
o Tangguh.
4. Perlit
Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang memiliki kekerasan sekitar 10-30HRC . Perlit yang terbentuk sedikit dibawah temperature 7230Ceutectoid memilikikekerasan yang lebih rendah dan memerlukan waktu inkubasiyang lebih banyak.
Sifat –sifatnya :
o Eeutectoid mixture dari ferrite dan cementite (α+Fe3C).
o Mengandung 0,8 % karbon.
o Kuat.
o Tahan korosi.
5. Bainit
merupakan fasa yang kurang stabil yang diperoleh dari austenit pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur transformasi ke perlit dan lebih tinggi dari transformasi ke martensit.
6. Martensit
Martensit merupakan larutan padat dari karbon yang lewatjenuh pada besi alfa sehingga latis-latis sel satuanya terdistorsi.
7. Ladeburit
Merupakan susunan elektrolit sengan kandungan karbonnya 4,3% yaitu campuran perlit dansementit.
Sifat –sifatnya :
– eutectic mixture (γ+Fe3C).
– Campuran terdiri dari austenite dan cementite.
– Terbentuk pada temperatur 1130 C (2065 F).
8. Besi Delta (Γ)
merupakan fasa yang berada antara temperatur 1400°C – 1535°C dan mempunyai sel satuan BCC ( sel satuan kubus ) karbon yang larut sampai 0,1%.
Menurut Komposisi Kimianya:
a. Baja Karbon (Carbon Steel), Dibagi Menjadi Tiga Yaitu;
• Baja karbon rendah (low carbon steel) machine, machinery dan mild steel0,05 % - 0,30% C.
• Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Penggunaannya:
- 0,05 % - 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets, screws, nails.
- 0,20 % - 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings.
• Baja karbon menengah (medium carbon steel)
- Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.
- Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong. Penggunaan:
- 0,30 % - 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles.
- 0,40 % - 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits, screwdrivers.
- 0,50 % - 0,60 % C : hammers dan sledges.
• Baja karbon tinggi (high carbon steel) tool steel
- Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong.Kandungan 0,60 % - 1,50 %C
Penggunaan
- screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers, vise jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers, tools for turning hard metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters.
Baja Paduan (Alloy Steel)
Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:
1. Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan sebagainya)
2. Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah
3. Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)
Untuk membuat sifat-sifat spesial
Baja Paduan Yang Diklasifikasikan Menurut Kadar Karbonnya Dibagi Menjadi:
1. Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
2. Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
3. High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %
Selain itu baja paduan dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran khusus (special alloy steel) dan high speed steel.
• Baja Paduan Khusus (special alloy steel)
Baja jenis ini mengandung satu atau lebih logam-logam seperti nikel, chromium, manganese, molybdenum, tungsten dan vanadium. Dengan menambahkan logam tersebut ke dalam baja maka baja paduan tersebut akan merubah sifat-sifat mekanik dan kimianya seperti menjadi lebih keras, kuat dan ulet bila dibandingkan terhadap baja karbon (carbon steel).
• High Speed Steel (HSS) Self Hardening Steel
Kandungan karbon : 0,70 % - 1,50 %. Penggunaan membuat alat-alat potong seperti drills, reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling cutters. Disebut High Speed Steel karena alat potong yang dibuat dengan material tersebut dapat dioperasikan dua kali lebih cepat dibanding dengan carbon steel. Sedangkan harga dari HSS besarnya dua sampai empat kali daripada carbon steel.
Baja Paduan Dengan Sifat Khusus
1. 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
2. High Strength Low Alloy Steel (Hsls)
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.
3. 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:
a. 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.
b. 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.
c. 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.
d. 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.
e. Campuran carbon-tungsten (tipe F), sifatnya adalah keras tapi tidak tahan aus dan tidak cocok untuk beban dinamis serta untuk pemakaian pada temperatur tinggi.
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
Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut kegunaan dan komposisi kimia maka diperoleh lima kelompok baja yaitu:
1. Baja karbon konstruksi (carbon structural steel)
2. Baja karbon perkakas (carbon tool steel)
3. Baja paduan konstruksi (Alloyed structural steel)
4. Baja paduan perkakas (Alloyed tool steel)
5. Baja konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)
Selain itu baja juga diklasifisikan menurut kualitas:
1. Baja kualitas biasa
2. Baja kualitas baik
3. Baja kualitas tinggi
Tabel :BeberapajenisbajakarbonberdasarkanklasifikasiAISI-SAE
Besi Tuang
Besi tuanga dalah paduan berbasis besi dengan kadar karbon tinggi, yaitu 2%-4% C dengan kadar Si 0,5%-3%. Besi tuang memiliki aplikasi di bidang rekayasa yang cukup luas terutama karena kemampuannya untuk langsung dibentuk menjadi bentuk akhir (netshape) atau mendekati bentuk akhir (near netshape) melalui proses solidifikasi (solidification) atau pengecoran (casting).
Besi tuang mudah untuk dicor karena beberapa hal. Pertama, besi tuang mudah dileburdan memiliki fluiditas yangsangat baik pada keadaan cairnya. Kedua,ketika dituang besi tidak membentuk lapisan film pada permukaannya. Selain itu, besi tuang tidak mengalami penyusutan volume (shrinkage) yang terlalu tinggi pada saat solidifikasi. Kemampuan besi tuang untuk dapat dicetak menjadi bentuk yang diinginkan terutama berhubungan dengan adanya reaksi Eutectic pada diagram kesetimbangan Fe-Fe3 C pada rentang kandungan karbon tersebut.
Pada reaksi tersebut titik lebur paduan besi turun hingga sekitar 1130oc dengan rentang temperatur liquidus dan solidus yang sangat kecil, atau membeku seperti logam murni dengan satu titik beku.
Di samping itu, reaksi eutectic penting pula di dalam mereka yasa dan mengendalikan sifat-sifat besi tuang yang sangat tergantung pada karakteristik konstituen-konstituennya. Dekomposisi Autenite, seperti halnya pada baja, dapat dikendalikan sehingga dihasilkan matriksferrite, Pearlite, Bainite, atau Martensite. Solidifikasi dan dekomposisiaustenite dapat diatur agar menghasilkan grafit (C) atau karbida (Cementite). Dengan menambahkan modifier dan innoculant bentuk grafit dapat pula direkayasa menja diberbentuk bola (sphereoidalgraphite), kompak (compactedgraphite), dan serpihan (flake). Selanjutnya, karbida dapat diberi perlakuan panas lebih lanju untuk mendekomposisi cementite, menghasilkan struktur yang mampu ditempa.
Besi tuang dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis berdasarkan karakteristik struktu rmikro menjadi besi tuang kelabu (grayiron), besi tuang nodular (nodularcastiron), besi tuang grafit kompak (compacted graphite cast iron), besi tuang putih (whitecastiron), dan besi tuang mampu tempa (malleablecast iron). Gambar skematis jenis-jenis besi tuang tersebut diperlihatkan tabel berikut ini :
Tabel: Jenis-Jenis besi tuang, Strukturmikro, Proses pembuatan Dan Karakteristik umumnya.
Nama
SkemaStrukturMikro Proses
Pembuatan Karakterik
Umum
BesiTuang Kelabu (GreyCast Iron)
*diberi nama kelabu (grey) karena
patahannya berwarna kelabu.
Biasanya memiliki kadar karbon 2,5-
4%. Jumlahsiliconyangrelatiftinggi(1-3%) diperlukan untuk mempromosikan
pembentukangrafit. Kecepatan
pembekuan sangat penting untuk mengatur jumlah grafityangterbentuk
(biasanya lambat hingga sedang). Laju solidfikasi berperan pula di
Dalam menentukan matriksyang terbentuk. Grafit berbentuk serpihan-serpihan
panjang(flakes)
Memilikikekuatan dankeuletan rendah.Memiliki mampumesinyangbaikpada kekerasannya.
Memilikiketahanan aus(wear resistance)yang baik,tahan terhadapgalling padapelumasan terbatasserta memiliki kemampuanuntuk menahangetaran (dampingcapacity) sangatbaik.
BesiTuang
Mampu
Tempa (Malleable CastIron).
Bahanbakuyang digunakanadalahbesituangputih. Perlakuanpanas
untukmenghasilkan besituangmampu tempaterdiriatas: grafitisasidan pendinginan.
Pembentukangrafit dilakukanpada temperaturedi atas temperature
eutectoid.Karbida akanberubah
menjadigafit (temperedcarbon) danaustenite. Selanjutnyaasutenite dapatdidekomposisi menjadiferrite,
pearlite,atau
martensite.
Kolonigrafit berbentukbulat
tidakteratur. Memilikikekuatan,
keuletan,dan ketangguhanlebih baik.Memiliki strukturuniform.
BesiTuang
Uletatau
Nodular (Ductile Iron, Nodular CastIron).
*nama mengacu padasifat danbentuk grafit-nya.
Kandungankarbon
(3,0-4,0%)dan silikonnya(1,8-2,8%)samadenganbesituang. Kandungansulfur(S) danfosfor(P)sangat rendahkira-kira10 kalilebihrendahdari
besituangkelabu.
Noduleberbentuk bolaterbentukpada prosessolidikasi karenakandungan
beleran(Sulfur)dan oksigenditekanketingkatyangsangat rendahdengan menambahan
Magnesium(Mg) beberapasaat sebelumpenuangan. Partikel-partikel grafitberbentuk bola(speroid). Memilikisifat-sifat yanghampirsama denganmalleable castiron.Memiliki mampumesin sangatbaikdan ketahananaus baik.Memiliki
sifat-sifatyang miripdenganbaja (kekuatan, ketangguhan, keuletan,mampu bentukpanas,dan kemampu kerasan).
Besi Tuang
Grafit Kompak (Compacted Graphite Iron)
Grafit berbentuk vernicular memiliki struktur antara gray iron dan ductile iron.
Besi Tuang Putih (White CastIron)
*diberi namaputih karena patahannya berwarna putih.
Strukturkarbida diperolehdengan menjagakandungan
karbon(2,5-3,0%)
dansilikon(0,5-
1,5%)padakadar rendahdan
kecepatanpembekuanyang tinggipadaproses solidifikasi. Memiikistruktur karbida(cementite) didalammatriks pearlite.
Keras,getas,dan tidakdapatdi- mesin.Memiliki
ketahanan terhadapkeausan (wearresistance) danabrasisangat baik.
HEAT TREATMENT
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sejak zaman dahulu kala pandai besi mengetahui bahwa sifat bahan dapat dirubah melalui pemanasan yang disusul dengan pendinginan, mereka mengenal berbagai proses perlakuan panas meski tidak mengetahui dengan pasti apa yang terjadi dalam logam itu sendiri. Ilmu dan Teknologi Bahan telah tumbuh dan berkembang menjadi satu bidang tersendiri selama 50 tahun terakhir ini. Pengembangan ini berintikan temuan tertentu yaitu konsep bahwa sifat dan kelakuan bahan berhubungan erat dengan struktur internal dari bahan tersebut. Hasilnya agar sifat dapat diubah-ubah harus diadakan perubahan yang sesuai pada struktur internal bahan. Demikian pula bila pemerosesan atau keadaan pemakaian merubah struktur, karakteristik bahan akan berubah pula.
B. Rumusan Masalah
1. Apa itu Heat Treatment?
2. Bagaimanakah proses perlakuan panas pada baja?
3. Dapur apa sajakah yang digunakan untuk perlakuan panas?
4. Bagaimanakah cara pengerasan permukaan baja?
C. Tujuan
Tujuan dari disusunnya makalah ini adalah :
1. Agar mahasiswa mampu memahami Definisi perlakuan panas (Heat Treatment).
2. Agar mahasiswa mengetahui dan memahami proses dari Heat Treatment.
3. Agar mahasiswa mengetahui dan memahami cara pengerasan permukaan baja.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Pengertian Heat Treatment
Heat Treatment adalah Proses memanaskan dan mendinginkan suatu bahan untuk mendapatkan perubahan fasa (struktur) guna meningkatkan kemampuan bahan tersebut sehingga bertambah daya guna teknik dari bahan tersebut.
B. PERLAKUAN PANAS PADA BAJA (HEAT TREATMENT)
Pengerjaan panas adalah proses yang memanaskan bahan sampai suhu tertentu dan kemudian didinginkan menurut cara tertentu. Tujuan pengerjaan panas itu adalah untuk memberi sifat yang lebih sempurna pada bahan. Pengerjaan panas yang terpenting untuk baja, baja tuang, dan atau besi tuang dapat dirinci sebagai berikut.
1) Menyepuh keras, menurut cara pendinginannya terbagi atas sepuh keras normal, sepuh keras termal, dan sepuh keras isoterm. Sementara itu, menurut cara pemanasannya yang khusus terbagi atas sepuh keras nyala dan sepuli keras induksi.
2) Memijar, terbagi dalam pemijaran pembebas tegangan, pemijaran sampai dingin, pemijaran normal, dan pemijaran lunak.
3) Memudakan, yang terbagi atas memudakan rendah dan memudakan tinggi.
4) Karbonasi.
5) Memurnikan atau memuliakan.
6) Pengerjaan panas secara khusus.
7) Nitrasi, yang terbagi atas nitrasi lunak dan nitrasi keras.
Perlakuan panas dapat mengubah sifat baja dengan cara mengubah ukuran dan bentuk butir-butirannya, juga mengubah unsure pelarutnya dalam jumlah yang kecil. Bentuk butirannya dapat diubah dengan cara dipanaskan pada suhu di atas suhu pengkristalan kembali. Ukuran butirannya dapat dikontrol melalui Suhu dan lama pemanasannya, scrta kecepatan pendinginan baja sctelah dipanaskan. Bahan pelarut dapat diubah dengan pemanasan baja pada suhu yang cukup tinggi untuk menghasilkan larutan padat austenit dan penyebaran unsur karbon. Kemudian scterusnya didinginkan dengan kecepatan pendinginan yang sesuai, sehingga akan menghasilkan struktur yang diinginkan.
Sifat mekanik tidak hanya tergantung pada komposisi kimia suatu paduan, tetapi juga tergantung pada strukturmikronya. Suatu paduan dengan komposisi kimia yang sama dapat memiliki strukturmikro yang berbeda, dan sifat mekaniknya akan berbeda. Strukturmikro tergantung pada proses pengerjaan yang dialami, terutama proses laku-panas yang diterima selama proses pengerjaan. Proses laku-panas adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses laku-panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan, dimulai dengan pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama beberapa saat, baru kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu.
Secara umum perlakukan panas (Heat treatment) diklasifikasikan dalam 2 jenis :
1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan)
Tujuan dari perlakuan panas Near Equilibrium adalah untuk :
a. Melunakkan struktur Kristal
b. Menghilangkan tegangan dalam
c. Menghaluskan butir
d. Memperbaiki machineability
Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium, misalnya :
2. Non Equilirium (Tidak setimbang)
Tujuan panas Non Equilibrium adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi.
Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, misalnya :
1. Hardening
2. Martempering
3. Austempering
4. Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening)
Pada proses pembuatannya, komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi. Pada saat proses pendinginan dari suhu lelehnya, baja mulai berubah menjadi fasa padat pada suhu 13500, pada fasa ini lah berlangsung perubahan struktur mikro.Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan dengan jalan heat treatment.
Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai dengan komposisi kimia dan suhu baja.Perubahan struktur mikro pada berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase Keseimbangan.
Keterangan gambar :
Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses pendinginan perubahan – perubahan pada struktur kristal dan struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia.
1. Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur mikro dinamakanSementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan).
2. Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas
3. Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit.
4. Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid.
5. Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan perlit.
6. Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6.67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit.
7. Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon rendah, akan terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur mikro Austenit.
8. Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi Austenit.
Penekanan terletak pada Struktur mikro, garis-garis dan Kandungan Carbon.
a. Kandungan Carbon 0,008%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature kamar 0,025%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature 723
b. Derajat Celcius 0,83%C = Titik Eutectoid 2%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Gamma pada temperature 1130 Derajat Celcius 4,3%C = Titik Eutectic 0,1%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Delta pada temperature 1493 Derajat Celcius
c. Garis-garis Garis Liquidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan(pembekuan). Garis Solidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan). Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat denga fasa padat atau solid solution dengan solid solution. Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite) Garis A3 = garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite (Gamma) pada pemanasan. Garis A1 = garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma) menjadi Ferrit pada pendinginan. Garis A0 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Cementid. Garis A2 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Ferrite.
d. Struktur mikro Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723 Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan Carbon 0,008%C.
Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic).
Cementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombic. Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 4,3%C. Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C.
Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium, misalnya :
1. Process Annealing
Merupakan proses perlakuan panas yang ditujukan untuk melunakkan dan menaikkan kembali keuletan benda kerja agar dapat dideformasi lebih lanjut. Pada dasarnya proses Annealing dan Stress relief Annealing itu mempunyai kesamaan yakni bahwa kedua proses tersebut dilakukan masih dibawah garis A1 (temperature kritis A1) sehingga pada dasarnya yang terjadi hanyalah rekristalisasi saja.
2. Full annealing (annealing)
Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal juga memperbaiki machinibility.
Pada proses full annealing ini biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A1). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang cukup lambat (biasanya dengan dapur atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekat panas yang baik).
Perlu diketahui bahwa selama pemanasan dibawah temperature kritis garis A1 maka belum terjadi perubahan struktur mikro. Perubahan baru mulai terjadi bila temperature pemanasan mencapai garis atau temperature A1 (butir-butir Kristal pearlite bertransformasi menjadi austenite yang halus). Pada baja hypoeutectoid bila pemanasan dilanjutkan ke temperature yang lebih tinggi maka butir kristalnya mulai bertransformasi menjadi sejumlah Kristal austenite yang halus, sedang butir Kristal austenite yang sudah ada (yang berasal dari pearlite) hampir tidak tumbuh. Perubahan ini selesai setelah menyentuh garis A3 (temperature kritis A3). Pada temperature ini butir kristal austenite masih halus sekali dan tidak homogen. Dengan menaikan temperature sedikit diatas temperature kritis A3 (garis A3) dan memberI waktu penahanan (holding time) seperlunya maka akan diperoleh austenite yang lebih homogen dengan butiran kristal yang juga masih halus sehingga bila nantinya didinginkan dengan lambat akan menghasilkan butir-butir Kristal ferrite dan pearlite yang halus.
Baja yang dalam proses pengerjaannya mengalami pemanasan sampai temperature yang terlalu tinggi ataupun waktu tahan (holding time) terlalu lama biasanya butiran kristal austenitenya akan terlalu kasar dan bila didinginkan dengan lambat akan menghasilkan ferrit atau pearlite yang kasar sehingga sifat mekaniknya juga kurang baik (akan lebih getas). Untuk baja hypereutectoid, annealingmerupakan persiapan untuk proses selanjutnya dan tidak merupakan proses akhir.
3. Normalizing
Merupakan proses perlakuan panas yang menghasilkan perlite halus, pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat dari hasil anneal.
Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing, yakni biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Derajat Celcius diatas garis Acm). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan pada udara. Pendinginan ini lebih cepat daripada pendinginan pada annealing.
4. Spheroidizing
Merupakan process perlakuan panas untuk menghasilkan struktur carbidaberbentuk bulat (spheroid)padamatriks ferrite.Padaproses Spheroidizinginiakan memperbaiki machinibility pada baja paduan kadar Carbon tinggi. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut : bahwa baja hypereutectoidyang dianneal itu mempunyai struktur yang terdiri dari pearlite yang “terbungkus” oleh jaringan cemented. Adanya jaringan cemented (cemented network) ini meyebabkan baja (hypereutectoid) ini mempunyai machinibility rendah. Untuk memperbaikinya maka cemented network tersebut harus dihancurkan dengan proses spheroidizing.
Spheroidizing ini dilaksanakan dengan melakukan pemanasan sampai disekitar temperature kritis A1 bawah atau sedikit dibawahnya dan dibiarkan pada temperature tersebut dalam waktu yang lama (sekitar 24 jam) baru kemudian didinginkan. Karena berada pada temperature yang tinggi dalam waktu yang lama maka cemented yang tadinya berbentuk plat atau lempengan itu akan hancur menjadi bola-bola kecil (sphere) yang disebut dengan spheroidite yang tersebar dalam matriks ferrite.
5. Stress relief Annealing
Merupakan process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa akibat proses sebelumnya. Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon dibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat struktur mikronya berupa martensite. Nah, bagaimana caranya agar kekerasannya meningkat tetapi struktur mikronya tidak martensite? Ya, dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin (cold working) tetapi perlu diingat bahwa efek dari cold working ini akan timbu yang namanya tegangan dalam atau tegangan sisa dan untuk menghilangkan tegangan sisa ini perlu dilakukan proses Stress relief Annealing.
HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN
1. Heat Treatment dengan pendinginan tak menerus
Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.
Penjelasan diagram:
1. Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja.
2. Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit.
3. Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit).
4. Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas).
5. Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan.
6. Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.
Heat Treatment dengan pendinginan menerus.
Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah.
Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.
Penjelasan diagram:
1. Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.
2. Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.
3. Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.
Dalam prakteknya ada 3 heat treatment dalam pembuatan baja:
1. Pelunakan (Annealing) : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 850 – 9500 Cdalam waktu yang tertentu, lalu didinginkan secara perlahan (seperti garis-a diagram diatas). Proses ini berlangsung didapur (furnace). Butiran yang dihasilkan umumnya besar/kasar.
2. Normalizing : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 875 – 9800C disusul dengan pendinginan udara terbuka (seperti garis-b diagram diatas). Butiran yang dihasilkan umumnya berlangsung bersamaan dengan pelaksanaan penggilingan kondisi panas (rolling).
3. Quenching : system pendinginan produk baja secara cepat dengan cara penyemprotan air pada pencelupan serta perendaman produk yang masih panas kedalam media air atau oli. Sistem pendinginan ini seperti garis-c diagram diatas.
Selain dari ketiga system heat treatment diatas ada juga heat treatment tahap kedua pada rentang suhu dibawah austenit yang dinamakan Tempering. Pemanasan ulang produk baja ini biasa dilakukan untuk produk yang sebelumnya di quenching. Setelah di temper, maka diharapkan produk tersebut akan lebih ulet dan liat
1. Perubahan Bentuk dan Ukuran Butiran Baja
Pcruhiihan bcntuk dan ukuran butiran baja dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut :
Pemanasan secara terus – menerus
Pada pemanasan baja yang dilakukan secara terus-menerus terjadi penyerapan unsur-unsur lainnya (terutama unsur karbon) oleh butirbutiran besi, sehingga akan dihasilkan suatu struktur yang berbentuk kasar. Proses tersebut dikenal sebagai proses pertumbuhan butiran (grain growth). Jadi, pemanasan pada temperatur tinggi akan menyebabkan terjadi pertumbuhan butiran melalui pengkristalan kembali pada baja yang mengakibatkan perubahan bentuk dan ukuran butir-butiran. Selain itu, pertumbuhan butiran akan terjadi terus- menerus selama dilakukan pendinginan.
Pengkristalan kembali dan perturnbuhan butiran yang terjadi terhadap baja akibat pengerjaan panas berpenganih pada sifat-sifat mekanik baja dan dapat disimpulkan sebagai berikut.
1) Proses pengerjaan pada suhu yang cukup tinggi, yang memanaskan baja dalam waktu yang cukup larna menyebabkan terjadi pertumbuhan butiran pada baja dalarn jumlah kecil Hal itu membuat baja menjadi kenyal dan tidak mengalami retak-retak atau patah apabila dikerjakan dalam keadaan dingin.
2) Proses pengerjaan di atas Suhu pengkristalan kembali. Baja yang dipanaskan akan mengalami perubahan butir-butiran dengan cepat dan berbentuk kasar serta berukuran besar, sehingga pengerjaan panas pada baja perlu dilakukan lebih lanjut.
2. Perubahan Struktur Baja
Perubahan struktur suatu sistem pencampuran logam hanya akan terjadi apabila suatu campuran didinginkan secara perlahan-lahan.
Kecepatan pendinginan akan mencegah campuran untuk mencapai kondisi yang seimbang. Sistem campuran yang akan bereaksi terhadap perlakukan panas dan menghasilkan suatu kondisi yang tidak seimbang terdiri dari 2 jenis, yaitu:
1) Sistem yang mempunyai sifat dapat larut terbatas sewaktu dalam keadaan padat tetapi suhu larutan dapat naik dengan pemanasan, dan
2) Sistem yang mempunyai sifat dapat larut terbatas sewaktu dalam keadaan padat tetapi larutan akan masuk ke dalam larutan padat secara komplet sewaktu proporsi dan suhunya sesuai juga terjadi perubahan "allotropik".
Sistem Pertama
Gambar 20 menunjukkan sebagian dari diagram keseimbangan untuk suatu, sistem yang mempunyai sifat dapat larut terbatas sewaktu dalam keadaan padat tetapi suhu larutan dapat naik dengan pemanasan. Pada waktu paduan didinginkan secara perlahan-lahan dari suhu itu, mengakibatkan logam B akan menjadi lapisan endapan dari larutan padat seperti yang ditandai melalui keseimbangan panas. Sementara itu, ketika campuran atau paduan didinginkan secara cepat dari suhu itu, akan terjadi larutan padat secara komplet yang mengakibatkan logani B larut dan logam paduan menjadi dalam keadaan tidak seimbang. Pemanasan paduan untuk menghasilkan larutan padat dan pendinginan yang cepat untuk memelihara keadaan strukturnya yang disebut dengan pengerjaan larutan. Pengerjaan itu menyebabkan paduan menjadi lunak, tidak kuat, dan kenyal, sehingga dapat dikerjakan dalam keadaan dingin tanpa mengalami patah.
Larutan padat yang tidak stabil mengakibatkan logam B pada akhirnya akan menjadi lapisan endapan besi dari larutan padat. Lapisan tersebut sebagai partikel-partikel halus dari logam B (partikel yang amat halus dari suatu gabungan antara logam A dan logam B) yang menambah kekerasan dan kekuatan paduan, tetapi mengurangi kekenyalannya. Logam B dengan cepat akan mcnjadi lapisan endapan dari larutan padat setelah paduan dilakukan pengerjaan dingin dan akan mcnjadi komplet pelarutannya sekitar 3 hari. Lamanya pengerjaan itu diketahui pula sebagai lamanya pengerasan. Beberapa panduan tidak dikerjakan dalam waktu yang lama atau dikerjakan dalam waktu yang lama, schingga paduan-paduan itn dilakukan pemanasan. Selanjutnya pengendapan dari larutan itu disebut pengerjaan larutan endapan. Sejumlah paduan aluminium bereaksi lerhadap pengerjaan larutan. Dalam hal itu beberapa paduan aluminium dengan lanianya pengerasan dan lainnya harus dilakukan pengerjaan pengendapan larutan untuk memperbaiki sifat-sifatnya.
Sistem Kedua
Sistem ini mempunyai sifat dapat larut terbatas sewaktu dalam keadaan padat, tetapi larutan akan masuk ke dalam larutan padat secara komplet sewaktu dalam proporsi dan suhu yang sesuai. Selain itu juga terjadi suatu perubahan "allotropik". Apabila suatu logam mengalami perubahan allotropik (perubahan bentuk fisik) pada suhu tinggi yang sesuai, ketika bahan kedua campuran dapat masuk ke dalam larutan padat, kedua bahan itu dapat dibual menjadi logam paduan yang bereaksi terhadap pengerjaan panas dan menycbabkan paduan tidak seimbang.
Ketika paduan dipanaskan akan terbentuk larutan padat, dan sewaktu paduan didinginkan secara cepat maka bahan kedua akan terikat (bersenyawa) yang menyebabkan perubahan lapisan struktur. Jadi, struktur yang dihasilkan akan penuh dengan larutan padat yang luar biasa baiknya dan pengerjaar menaikkan kekerasan dan kekuatan daripada paduan. Baja yang terdiri dari campuran besi dan karbon bereaksi terhadap perlakuan panas. Struktur yang dihasilkan dengan perlakukan panas ini stabil. Selanjutnya, tidak ada perubahan struktur yang akan terjadi, kecuali kalau paduan dipanaskan kembali untuk mereduksi beherapa unsur campuran.
C. DAPUR UNTUK PERLAKUAN PANAS
Dapur yang digunakan dalam perlakuan panas ialah dapur yang menggunakan gas, arus listrik, dan cairan garam. Uapur-dapur tersebut ialah sebagai berikut.
1. Dapur dengan Pembakar Gas
Pada umumnya sebagian besar bahan bakar yang digunakan dalam dapur untuk perlakuan panas adalah gas (gas yang dihasilkan dari kokas) dan udara. Alat pembakarnya adalah jenis pembakar Bunsen dan pertama dialirkan udara yang dikonhrol dengan sebuah katup. Atmosfer yang terdapat di dalam dapur sangat penting, karena perlakuan panas dilakukan pada suhu tinggi. Apabila atmosfer mengoksidasi lapisan kulit (mereduksi karbon) yang telah terhentuk di atas permukaan logam yang dikerjakan maka akan menghasilkan logam yang berkualitas rendah. Hal itu juga akibat pendinginan pada logam. Oleh karena itu, oksidasi/dekarbonasi pada baja diperkecil, karena terjadinya reduksi karbon akan mengubah sifat-sifat permukaannya. Jika atmosfer dapur direduksi/dikurangi atau dikarbonasikan maka pengurangan/reduksi lapisan kulitnya akan berkurang. Tetapi, jika digunakan pada baja maka hal itu akan mcngubah sifat-sifat permukaannya, sehingga perlu ditambahkan unsur karbon. Suatu oksidasi atmosfer diperoleh dengan cara memasukkan lebih banyak udara daripada mementingkan pembakaran yang menyeluruh. Sementara itu suatu reduksi atmosfer diperoleh dengan cara memasukkan sedikit udara daripada mementingkan pembakaran yang menyeluruh. Atmosfer yang netral sukar dihasilkan dengan pengontrolan campuran. Tetapi apabila suatu atmosfer yang netral perlu sekali untuk dipakai (misalnya untuk annealing atau pemijaran dingin secara ringan) maka digunakan dapur Mofel. Perhatikan Gambar 21!
Atmosfer di dalam dapur Mofel dapat diperoleh dari udara dan atmosfer di dalam dapur itu dibatasi. Pembatasan atmosfer dapat dilakukan dengan pembakaran gas kokas di dalam ruangan yang terpisah dengan membatasi sejumlah udara yang masuk ke dalam dapur. Hasil dari pembakaran yang berupa gas dimasukkan ke dalam kondensor untuk mengeluarkan kandungan udara dari dalam gas. Pada waktu mengeraskan bahan baja potong tinggi (High Speed Steel = HSS), yang pertama kali dilakukan adalah memanaskannya secara perlahan-lahan pada suhu tertentu. Selanjutnya dipanaskan secara cepat untuk mencegah terjadinya pertumbuhan butir-butiran dan lapisan yang baru pada kulitnya.
Dalam hal proses pengerasan seperti di atas (misalnya baja HSS) digunakan dapur yang mempunyai 2 buah ruangan pemanas. Ruangan yang terdapat pada bagian bawah dapur digunakan untuk pemanasan pada suhu tinggi dengan cara mernasukkan udara dan gas. Sementara itu, ruangan pada bagian atas digunakan untuk pemanasan pada suhu rendah dengan cara hanya memanaskan dengan gas yang diperoleh dan ruangan bagian bawah.
Jika sejumlah besar peralatan akan diberi perlakuan panas dengan cara dipanaskan terus-menerus (dipanaskan pada suhu tetap) dan kemudian didinginkan maka digunakan dapur yang dapat terus-menerus memanaskan (dapur pemanas terus-menerus). Dapur mi mempunyai ukuran yang panjang, sehingga benda kerja yang dipanaskan di dalam dapur disesuaikan dengan ukuran panjang dapur. Pada pemanasan akhir di dalam dapur (ruangan atas dapur), suhunya harus dijaga tetap rendah. Kecepatan pemanasan dan pendinginan diatur sesual sepanjang "daerah" pemanasan di dalam dapur. Selain itu, juga dilakukan pengaturan kecepatan gerakan (mcmbawa) peralatan sepanjang "dacrah" pemanasan di dalam dapur.
2. Dapur Listrik
Dapur listrik yang digunakan dalam proses perlakuan panas adalah dapur listrik tahanan yang menggunakan elemen-elemen pemanas dan ditempatkan di sekeliling ruangan pemanas. Atmosfer di dalam dapur biasanya udara. Pembatasan atmosfer di dalam dapur dapat dilakukan apabila diinginkan, sehingga jenis dapur ii dapat dilakukan pengontrolan suhu dengan amat teliti. Dapur listrik dengan pemasukan udara sirkulasi digunakan untuk proses perlakuan panas pada suhu rendah. Dalam proses ini panas dimasukkan dengan cara dipancarkan dan udara sirkulasi ditingkatkan dengan kipas angin. Untuk proses heat treatment dapat juga dilakukan dalam dapur listrik induktif. Perhatikan Gambar 22!
3. Dapur Pencelupan Air Garam
Peralatan dapat diberi perlakuan panas dengan cara dipanaskan setelah benda dimasukkan/dicelup-kan ke dalam cairan garam. Cairan garam ditempatkan di dalam tromol (boks), kemudian dimasukkan peralatan yang akan dipanaskan. Selain itu, juga dapat dilakukan pemanasan dengan menggunakan listrik tahanan yang arus listriknya dimasukkan ke dalam tromol melalui elektroda. Cairan garam digunakan untuk menetralisir pemanasan dan menunda terjadinya pendinginan. Cairan itu, juga digunakan dalam proses karburasi untuk pengerasan permukaan baja yang diberi perlakuan panas. Dapur pencelupan air garam adalah untuk menghasilkan kecepatan pemanasan yang sesuai dan tidak terjadi oksidasi di dalam dapur, karena udara tidak bersinggungan dengan permukaan peralatan, Peralatan yang sedang di heat treatment terlebih dahulu dipanggang sebelum dicelupkan ke dalam cairan air garam. Setelah dilakukan proses heat treatment, peralatan dikeluarkan dari dalam tromol cairan air gararn dan dibersihkan untuk mengeluarkan garam yang melekat di atas permukaan peralatan benda kerja.
D. PROSES PERLAKUAN PANAS PADA BAJA
Proses perlakuan panas secara luas dapat diklasifikasikan atas dua jenis, yaitu proses perlakuan panas yang menghasilkan kondisi seimbang dan proses perlakuan panas yang menghasilkan kondisi tidak seimbang. Dalam kondisi seimbang baja mempunyai kekuatan dan kekerasan yang kurang, tetapi kekenyalan lebih tinggi dalam kondisi tidak seimbang. Pengerjaan annealing (pemijaran dingin) adalah sebagai contoh pengerjaan baja yang menghasilkan kondisi yang seimbang, sedangkan pengerjaan baja dalam kondisi yang tidak seimbang contohnya pengerjaan pengerasan. Tempering (penyepuhan) adalah cenderung memperbaiki kondisi baja, tetapi pengerjaan itu digunakan berhubungan dengan pengerasan yang digunakan untuk pengontrolan tingkat ketidakseimbangan dari baja.
1. Pengerjaan Baja yang Menghasilkan Kondisi Seimbang
Sewaktu baja dipanaskan pada suhu di atas 500°C maka akan terjadi pembebasan sebagian kecil tegangan yang bersisa di dalnm baja. Hal itu menyebabkan berkurangnya sedikit kekerasan dan kekuatan baja.
Sewaktu suhu pemanasan mencapai sekitar 500°C maka akan berlangsung pengkristalan kembali yang akan menghasilkan butir-butiran baru yang kecil dan halus. Sekalipun butir-butiran yang telah terbentuk menjadi kasar dan berukuran besar serta menaikkan kekenyalan baja, tetapi mengurangi kekerasan dan kekuatannya. Apabila pengerjaan dilakukan pada suhu yang cukup tinggi maka akan dihasilkan baja yang mempunyai struktur austenit.
Dan apabila kecepatan pendinginan cukup rendah maka akan dihasilhan struktur mikro. Hal itu ditandai dcngan diagram keseimbangan, sekalipun baja tidak seimbang sebelum dilakukan perlakuan panas. Pada akhir perlakuan panal,, sifat-sifat haja akan tergantung pada kandungan karbon, suhu pemanasan, lamanya pemanasan, dan kecepatan pendinginan baja. Jenis-jenis perlakuan panas untuk izicndal%it hajia (hl,mn mendapat baja dalam kondisi yang seimbang yaitu pembebasan tegangan, pemijaran dingin, dan penormalan.
a. Pemijaran Pembebas Tegangan
Pemijaran tegangan dimaksudkan untuk pemanasan bahan sampai kira-kira I50°C, lalu dipertahankan behcrapa waktu lamanya pada suhu tersebut dan sesudah itu didinginkan dalam dapur dengan perlahan - lahan. Tujuan dari pengerjaan panas ini adalah untuk mengurangi tegangan dalam bahan yang terjadi karena penempaan atau pengelasan atau karena penuangan. Hal ini terjadi karena pada suhu tersebut atom memperoleh daya gerak yang lebih besr dan oleh sebab itu, membentuk kisi kristal yang tidak begitu tegang. Pengerjaan pijar ini dilakukan untuk baja, baja tuang, dan besi tuang. Penstabilan seringkali dilakukan setelah pengerasan untuk melepaskan tegangan pada baja yang disebabkan pendinginan.
b. Pemijaran Dingin (Annealing)
Annealing dapat didefinisikan sebagai pemanasan pada suhu yang sesuai, diikuti dengan pendinginan pada kecepatan yang sesuai. Hal ini bertujuan untuk menginduksi kelunakan, memperhaiki sifat – sifat pengerjaan dingin dan membebaskan tegangan-tegangan pada baja sehingga diperoleh struktur yang dikehendaki. Perhatikan Gambar 23!
Sifat-sifat baja yang disebutkan pada dcfinisi di atas diartikan bahwa baja harus dipanaskan melalui suhu melalui suhu pengkristalan kembali untuk membebaskan tegangan-tegangan dalam baja. Keinudian mempertahankan pernanasannya pada suhu tinggi untuk mcmbuat sedikit pertumbuhan butir – butiran dan suatu struktur lapisan austenit. Dan seterusnya didinginkan sccara perlahan-lahan untuk membuat suatu struktur lapisan perlit, menginduksi kelunakan, dan memperbaiki sifat-sifat pengerjaan dingin. Beberapa jenis proses annealing yaitu anneailing pcnuh, isotermis, dan annealing kritis bawah.
1) Annealing Penuh
Proses ini dapat diartikan sebagai pemanasan yang dipertahankan pada beberapa suhu di atas batas perubahan (transformasi). Selanjutnya didinginkan dan dipertahankan pemanasannya pada suhu di bawah batas transformasi. Hal itu dilakukan sampai struktur austenit secara komplet berubah menjadi struktur perlit. Dan terakhir didinginkan secara bebas Agar diperoleh suatu logam yang bersifat lunak maka suatu bahan perlu didinginkan secara perlahan-lahan. Contohnya yaitu perubahan austenit menjadi perlit. Pendinginan tersebut melalui suhu kritis terendah yang sesuai sampai pernanasan baja mencapai perendaman cairan garam (biasanya sekitar 650°C). Selanjutnya baja dikeluarkan dari dalam rcndaman air garam dan didinginkan secara bebas di udara.
2) Annealing Pada Suhu Kritis Terendah
Proses ini dapat diartikan sebagai pemanasan yang dipertahankan pada beberapa suhu di bawah batas transformasi (perubahan), diikuti dengan pendinginan pada kecepatan yang sesuai. Proses ini diintroduksi secara luas selama dilaksanakan pengerjaan dingin Supaya menghilangkan perubahan bentuk dari kristal. Sehingga pengerjaan dingin dalam proses ini dapat diteruskan (proses ini biasanya disebut proses annealing). Perlu dipahami bahwa annealing penuh dilakukan sebelum dimulai proses pengerjaan dingin. Hal itu akan berpengaruh terhadap bentuk butir-butirannya, tetapi tidak tersusun secara mikro. Oleh karena itu, tidak diusahakan untuk membuat perubahan pada susunan mikronya. Baja perlu dipanaskan pada suhu yang cukup tinggi untuk membuat struktur austenit maupun didinginkan secara perlahan-lahan.
Dalam proses ini baja dipanaskan pada suhu sekitar 650°C. Suhu itu cukup tinggi untuk membuat pengkristalan kembali dan struktur yang seragam. Baja setelah dipanaskan didinginkan secara bebas di dalam udara. Apabila proses ini digunakan untuk jenis baja karbon tinggi akan menyebabkan sementit diperkirakan berbentuk bulat. Sehingga, baja itu mudah untuk dibentuk dan (ikerjakan mesin perkakas. Sewaktu baja dikerjakan dengan proses annealing dengan cara dipanaskan pada suhu tinggi dalam periode yang cukup lama, berlangsung proses oksidasi. Hal tersebut menyebabkan terjadi pengelupasan pada bagian lapisan luar. Pengelupasan ini dapat dicegah dengan cara berikut.
a) Panaskan baja di dalam kotak (trornol) yang tertutup dan dilapisi
Dengan batu tahan api. Baja di dalam tromol dikelilingi dengan bahan yang sesuai dan juga berfungsi sebagai pendukung batang baja yang dipanasi. Di samping itu, hanya terdapat sedikit udara di dalam tromol. Besi akan menerima atau menolak persenyawaan unsure karbon pada suhu tinggi yang didasarkan pada atmosfer sekeliling logam yang dipanaskan.
Baja berkarbon tinggi dikelilingi dengan bahan karbonasi, sebaliknya akan terjadi dekarbonasi (pereduksian karbon) selama pemanasan. Cara yang hampir sama dilakukan juga pada pengerjaan baja karbon rendah. Hanya perbedaannya ialah baja harus dibungkus atau dikelilingi di dalam tromol dengan bahan netral, sehingga terjadi penyerapan unsur karbon.
b) Baja dapat dipanaskan di dalam dapur atmosfer yang terkontrol.
Hanya sewaktu cara ini digunakan, baja perlu dibungkus dalam tromol dengan bahan yang sesuai.
c. Proses Penormalan Baja (Normalising)
Proses ini dapat diartikan sebagai pemanasan dan mempertahankan pemanasan pada suhu yang sesuai di atas batas perubahan, diikuti pendinginan secara bebas di dalam udara luar supaya terjadi perubahan ukuran butir-butiran. Hal tersebut membuat struktur lebih seragam dan juga untuk memperbaiki sifat-sifat nnekanik baja tersebut Perhatikan Gambar 24!
Pada proses ini baja dipanaskan untuk membentuk struktur austenit, direndam dalam keadaan panas, dan seterusnya didinginkan secara bebas di udara. Pendinginan yang bebas akan menghasilkan struktur yang lebih halus daripada struktur yang dihasilkan dengan jalan annealing. Pengerjaan mesin juga akan menghasilkan permukaan pengerjaan yang lebih baik. Proses penormalan sering dilakukan sebelum proses pengerasan untuk menghasilkan struktur yang seragam. Baja direndam dalam panas selarna proses pengerasan agar menghasilkan struktur yang seragam. Tetapi butir-butirannya menjadi kasar dan akan menghasilkan sifat-sifat jelek dalam baja. Setiap butiran yang kasar dapat diubah melalui proses normalising dengan jalan pemanasan pada suhu pengkristalan kembali sewaktu suhu naik sampai suhu pengerasan.
2. Pengerjaan Baja Menghasikan Kondisi Yang Tidak Seimbang
Sewaktu baja dipanaskan pada suhu tinggi maka besi akan berubah dari susunan hesi alfa (α) menjadi susunan best gamma (). Dan seluruh unsur karbon yang terkandung di dalam baja akan menyebar ke seluruh strukturnya untuk membentuk larutan padat austenit. Ketika baja didinginkan maka best akan beruhah kembali menjadi susunan hesi alfa (a). Baja tersebut hanya mengandung sedikit unsur karbon dalam larutan padat yang berbentuk, f'erit sewaktu baja dalam kondisi seimbang.
Pengendapan kelebihan unsur karhon dalam larutan terjadi pada waktu susunan besi berubah dan memerlukan pendinginan yang sangat lamban melalui batas perubahan. Jika baja didinginkan (pendinginan dengan cara sangat cepat) dari kondisi austenit maka unsure karbon yang lebih tidak akan larut. Akan tetapi, akan mengendap dalam lapisan untuk membentuk larutan padat yang mengandung banyak karbon dalam best alfa (α) yang disebut martensit.
Martensit mempunyai suatu struktur yang sangat halus seperti jarum. Di samping itu, pelarutan unsur karbon dalam jumlah yang hesar menyebabkan tcrjadi perubahan lapisan kubusnya, serta mempunyai sifat yang sangat kuat dan keras, tetapi sangat rapuh. Pengerjaan baja untuk menghasilkan kondisi yang tidak seimbang dapat dilakukan pengerjaannya dengan cara pengerasan (hardening) dan penyepuhan (tempering).
a. Pengerasan Baja ( Hardening )
Pengerasan yang dilakukan secara langsung adalah baja dipanaskan untuk menghasilkan struktur austenit dan selanjutnya didinginkan. Pembentukan sifat-sifat dalam baja tergantung pada kandungan karbon, temperatur pemanasan, sistem pendinginan, serta bentuk dan ketebalan bahan.
1) Pengaruh Unsur Karbon
Supaya dihasilkan suatu perubahan sifat-sifat baja maka unsure karbon yang larut dalam padat harus secukupnya, setelah dilakukan pendinginan untuk menghasilkan perubahan lapisannya. Jika kandungan karbon kurang dari 0,15% maka tidak terjadi perubahan sifat-sifat baja setelah didinginkan. Tetapi, kenaikan kandungan karbon berhubungan dengan kenaikan kekuatan dan kekerasan sebagai hasil daripada pendinginan, hanya kenaikan tersebut akan mengurangi kekenyalan pada baja. Perhatikan Gambar 25!
2) Pengaruh Suhu Pemanasan
Supaya terjamin pelarutan yang lengkap sebagai hasil dari pendinginan maka penting adanya pelarutan unsur karbon dcngan jumlah cukup dalam larutan padat sebagai hasil dari pemanasan. Baja yang mengandung karbon kurang dari 0.83%, dipanaskan di atas titik kritis atas (tertinggi). Seluruh unsur karbon masuk ke dalam larutan padat dan selanjutnya didinginkan. Baja dengan kandungan karbon lebih dari 0,83% biasanya dipanaskan hanya sedikit di atas titik kritis terendah (bawah). Dalam hal ini, terjadi perubahan perlit menjadi austenit. Pendinginan yang dilakukan pada suhu itu akan membentuk martensit. Perhatikan Gambar 26!
Juga sewaktu kandungan karbon di atas 0,83% tidak terjadi perubahan sementit bebas menjadi austenit, karena larutannya telah menjadi keras. Sehingga perlu dilakukan pemanasan pada suhu tinggi untuk mengubahnya dalam bentuk austenit. Austenit akan menghasilkanstruktur berbentuk kasar tanpa mengalami penambahan yang cukup besar pada kekerasan dan kekuatannya. Akan tetapi, akan menyebabkan baja menjadi lebih rapuh setelah didinginkan. Lamanya pemanasan tergantung atas ketebalan bahan tetapi bahan halus tidak berukuran pan ang karena akan menghasilkan struktur yang kasar.
3) Pengaruh pendinginan
Jika baja didinginkan dengan kecepatan minimum yang disebut dengan kecepatan pendinginan kritis maka seluruh austenit akan berubah ke dalam bentuk martensit. Sehingga dihasilkan kekerasan baja yang maksimum. Adapun kecepatan pendinginan kritis adalah tergantung pada komposisi kimia baja.
Bila kecepatan pendinginan sedikit lebih rendah dari kecepatan pendinginan kritis, akan terbentuk "troostit". Troostit dan sorbit lebih keras dan kuat daripada baja yang mempunyai struktur yang seimbang. Sewaktu struktur besi dibentuk dengan cara pendinginan dari kondisi austenit, yang dihasilkan adalah struktur perlit yang berbentuk sangat halus. Struktur tersebut sering disebut lapisan perlit troostit dan perlit sorbit untuk membedakannya dart struktur yang dibentuk dengan cara pemanasan kembali martensit.
Kecepatan pendinginan tergantung pada pendinginan yang digunakan. Untuk pendinginan yang cepat digunakan larutan garam atau soda api yang dimasukkan ke dalam air. Sementara itu, untuk pendinginan yang sangat lambat digunakan embusan udara secara cepat melalui batas lapisannya. Dan setelah terjadi perubahan pemuaian yang mengubah susunan lapisannya, dilakukan pendinginan baja secara terus-menerus. Perubahan itu berlangsung setahap demi setahap sampai mendekati inti, sebagai akibat dari pendinginan, sehingga setiap lapisan luar akan memuai yang berlawanan dengan lapisan luarnya. Apabila kandungan karbon dalam baja cukup tinggi yang bereaksi terhadap pendinginan muka baja akan retak karena kerapuhannya yang luar biasa. Untuk mencegah retak - retak, memperkecil perubahan, dan menghasilkan sifat – sifat yang diperlukan maka harus digunakan pendinginan sedang yang cukup drastis. Pada umumnya baja paduan dapat didinginkan di dalarn udara embus. Air digunakan apabila baja karbon biasa mempunyai kekerasan yang tinggi. Tetapi, harus disadari bahwa baja karbon tinggi dapat didinginkan di dalam minyak untuk memperolch kekerasan yang sama. Dan untuk menghasilkan kekerasan yang sama pada baja karbon rendah adalah dcngan cara didinginkan di dalam air. Sewaktu sepotong baja yang amat tipis dipanaskan dan didinginkan. hanya hagian luar yang akan bcrbentuk martensit, sedangkan bagian intinya akan berbcntuk perlit yang halus.
Perbedaan dari kedua strukturnya akan menyebabkan perbedaan sifat-sifamya dalam potongan melintang, yang dikctahui sebagai pengaruh menyeluruh. Perbedaan sifat-sifatnya seringkali tidak diperhatikan karena biasanya lapisan pcrmulaannya mcmpunyai kekuatan yang lebih tinggi daripada intinya. Tetapi, sewaktu diperlukan sifat yang seragam atau inti yang kuat terganlung pada tcbal maksimum bahan dan komposisi baja. Untuk menjamin peruhahan pada baja sekecil mungkin maka yang perlu diingat dan diperhatikan adalah cara pengcrjaan baja selama prmanasan dan cara pendinginan yang digunakan. Masalah yang terjadi dalam proses pcngertsan baja dapat dikurngi dalam proses pengerasan baja dapat dikurangi dengan merencanakan peralatan secara hati-hati. keseragaman tebal baja akan memungkinkan untuk didinginkan secara seragam dan cendcrung akan mengurangi rctak-rctak pada sudutnya.
b. Penyepuhan ( Tempering )
Baja biasanya dipanaskan kembali pada suhu kritis terendah setelah dilakukan pengcrasan untuk rnemperbaiki kekuatan dan kekenyalannya. Akan tetapi, hal itu mengurangi daya regang dan kekerasannya, sehingga membuat baja lebih sesuai untuk kebutuhan pembuatan peralatan. Perhatikan Gambar 27! Proses pemanasan kembali disebut penyepuhan. Proses tersebut menyebabkan martensit berubah menjadi troostit atau sorbit sesuai dengan suhu penyepuhannya. Troostit dan sorbit tersebar halus dalam bentuk karbid pada lapisan ferit Bentuk strukturnya tidak seperti austenit tetapi berlapis-lapis. Suku pcnycpuhan tergantung pada sifat – sifat baja yang diperlukan, biasanya sekitar 180°C - 650°C, dan lamanya pemanasan tergantung pada tebalnya bahan. Pemanasan biasanya dilakukan di dalam dapur sirkulasi udara dan setcrusnya direndam dalam minyak atau air garam atau timbel (timah hitam). Dengan demikian, suhu pemanasannya dapat dikontrol secara tepat. Alat-alat biasanya disepuh pada suhu rendah. Penetapan suhu tersebut dengan cara melihat warna pada lapisan tipis (selaput) oksidanya yang dihasilkan dengan pemanasan.
TABEL 5 SUHU PENYEPUHAN
Warna Penyepuhan 0
Suhu C
Kuning muda
Kuning tua
Cokelat
Cokelat merah
Merah
Merah tua
biru 230
240
250
260
270
280
300
Akan tetapi cara tersebut kurang sesuai untuk penggunaan suhu yang teliti, karena hanya diperkirakan. Gambar 28 menunjukkan pengaruh proses pengerasan dan penyepuhan terhadap sifat-sifat mekanik baja. Terlihat bahwa batas luas sifat-sifat dari suatu baja dapat diperoleh berdasarkan besarnya suhu pengerasan dan penyepuhan.
E. PENGERASAN PERMUKAAN BAJA
Seringkali suatu komponen harus mempunyai permukaan yang keras dan tahan pakai, yang didukung oleh inti yang kuat dan tahan terhadap guncangan. Sifat-sifat yang berbeda itu dapat digabungkan dalam suatu baja dengan pengerasan permukaan. Cara-cara pengerasan permukaan dapat dilakukan dengan cara pemanasan seluruh komponen atau pemanasan hanya pada bagian permukaan komponen.
1. Pemanasan Seluruh Komponen
Suatu komponen dapat dilakukan proses heat treatment. Pada proses tersebut, hanya sebagian permukaan komponen yang akan bereaksi terhadap pengerjaan maka seluruh komponen dapat dipanaskan selama pengerjaan. Pengerjaan permukaan dengan cara ini dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan cara penyepuhan keras (case hardening) atau menitrir (riitriding) dan proses karbonasi.
a. Ponyepuhan Kcras
Yang dimaksud dengan penycpuhan keras ialah pemanasan bahan sampai suhu tertentu lalu dipertahankan pada suhu itu beberapa waktu lamanya, kemudian didinginkan dengan cepat. Tujuan dari pengerjaan panas ini ialah untuk mengeraskan bahan. Hal ini dapat terjadi karena dengan pendinginan cepat dari suhu tertentu timbul struktur yang keras. Cara penyepuhan keras digunakan untuk pekerjaan yang umum Suatu komponen tidak mendapat panas yang tinggi sewaktu digunakan dan memerlukan inti yang kuat. Cara ini dengan mudah dapat dilakukan, karbonasi tidak dapat mclakukan penyepuhan yang berkualitas, tetapi pengerjaan dengan cara ini Iebih cepat. Dalam proses ini biasanya komponen terbuat dari baja dengan kandungan karbon sekitar 0,3%. Baja itu tidak akan bereaksi terhadap pengerjaan pengerasan yang langsung dan pengerjaan karbonasi (sementasi). Pengerjaan karbonasi adalah untuk menaikkan kandungan karbon pada lapisan permukaan, sehingga hanya permukaannya yang akan bereaksi terhadap pengerasan.
Dalam proses karbonasi, komponen baja dipanaskan dalam karbon yang berwujud atmosfer. Proses ini hampir sama seperti yang digunakan dalam metnbuat jenis baja dari besi tempa. Akan tetapi, hasilnya tidak memuaskan, karena pendistribusian karbon tidak merata pada potongan melintang dalam komponen baja. Hal tersebut menghasilkan permukaan yang mengandung karbon tinggi, sedangkan sekeliling intinya mengandung karbon yang rendah.
Sewaktu komponen dipanaskan dan didinginkan maka hanya lapisan permukaannya yang akan bereaksi dan menjadi keras, sedangkan intinya akan tetap lunak dan kuat seperti yang diinginkan. Apabila bagian permukaan tetap lunak maka dapat disuntikkan unsur-unsur logam selama pelaksanaan karbonasi. Suntikan itu gunanya untuk mencegah kadar karbon rendah. Cara yang lainnya adalah dengan mengerjakan komponen dalam mesin perkakas setelah dilakukan karbonasi. Dalam hal ini permukaan yang mengandung karbon tinggi akan tersayat (terpotong) untuk mendapat lapisan lunak yang mendekati intinya. Proses penyepuhan keras dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan cara karbonasi dan pengerjaan panas.
1) Baja yang dapat disepuh keras
Untuk dapat menyepuh keras baja, diperlukan karbon yang dapat terkurung dalam kisi hablur feritis. Dengan cara percobaan yang berulang-ulang dapat ditentukan, bahwa baja dengan kadar karbon mulai dari 0,3% setelah disepuh keras memperoleh penambahan kekerasan yang berguna untuk praktek. Oleh sebab itu, baja dengan kadar karbon mulai dari 0,3 % disebut baja yang dapat disepuh keras, yang sesungguhnya kurang tepat. Dapat juga dikatakan, jika kadar karbon meningkat dari 0 sampai 1,5%, Sifat dapat disepuh keras dan kekerasannya sctelah disepuh keras meningkat pula.
2) Suhu pcnyepuh keras
Untuk menyepuh keras baja diperlukan pemanasan sampai ke daerah austenit. Karena pendinginan yang cepat austenit itu berubah ke dalam struktur pcnyepuhan keras. Akan tetapi untuk baja "perlitis atas" tidak perlu dipanaskan sampai ke dalam daerah austenit scluruhnya, melainkan cukup sampai kira-kira 50°C di atas garis sepuh keras. Pada suhu lersebut baja "perlitis atas" terdiri dari austenit dan sementit. Dengan jalan pendinginan cepat austcnit diubah ke dalam struktur penyepuhan keras, sedangkan sementit tidak mengalami perubahan. Jadi, sctelah didinginkan baja "perlitis atas" terdiri dari struktur penyepuhan keras dan sementit Karena sementit kira-kira hampir sama keras dengan struktur penyepuhan keras maka untuk baja perlitis atas cukup dengan pemanasan sampai lebih kurang 50°C di atas garis sepuh keras.
3) Kecepatan pendinginan
Struktur yang terjadi waktu penyepuhan keras baja tergantung dari kecepatan pendinginan. Pada kecepatan pendinginan yang besar, semua karbon terkurung dalam kisi kristal feritis. Pada kecepatan pendinginan yang tidak begitu besar, tidak semua karbon tinggal terkurung dalam kisi hablur feritis, oleh karena itu dapat terjadi berbagai macam struktur penyepuhan keras. Struktur mana yang terjadi pada kecepatan pendinginan tertentu dapat ditetapkan dengan diagram TIT (Ternperci - ture-Time-Transformation) / diagram SWT (Suhu-Waktu-Transformasi).
4) Diagram TTT atau SWT
TTT itu adalah singkatan dari bahasa Inggris Temperature, Time, dan Transformation. Dalam diagram itu suhu diukur secara lurus pada garis vertikal dan pada garis horizontal waktu diukur secara logaritmis. Untuk baja tertentu, grafik yang diperoleh secara demikian menunjukkan permulaan dan akhir dari transformasi. Diagram TTT yang dilukiskan pada Gambar 29 adalah dari baja perlitis. Grafik kiri menunjukkan permulaan dari perubahan struktur, sedangkan grafik kanan menunjukkan bagian akhir dari perubahan struktur. Tiap jenis baja mempunyai diagram TTT sendiri. Jadi, yang penting di sini adalah berapa jauh "hidung" grafik S itu terletak dari sumbu vertikal. Jarak itu menentukan kecepatan pendinginan kritis. Jika jarak tersebut bertambah besar, pendinginan dapat dilakukan lebih perlahan-lahan. Jarak ini bertambah besar, jika baja dialiasi dan sebagai akibatnya kecepatan pendinginan kritis. Jadi, dengan mengingat jenis bahan yang digunakan waktu menyepuh keras, kita membedakan baja sepuh keras air, baja sepuh keras minyak, dan baja sepuh keras udara.
b. Karbonasi
Untuk dapat menyepuh keras baja diperlukan kadar karbon sekurangnya 0,3%. Lihatlah pada bagian baja yang dapat disepuh keras. Jika baja mempunyai kadar karbon kurang dari 0,3% maka dengan pengerjaan panas pada baja itu dapat ditambahkan karbon. Pengerjaan panas ini dinamakan karbonasi.
Karbonasi dimaksudkan memanaskan bahan sampai 900 - 950°C dalam lingkungan yang menyerahkan karbon, lalu dibiarkan beberapa waktu lamanya pada suhu tersebut dan kemudian didinginkan. Tujuan dari pengerjaan panas itu ialah untuk memberi lapisan luar pada benda kerja yang dapat disepuh keras. Hal ini mungkin karena pada suhu tersebut karbon dapat meresap ke dalam lapisan luar benda kerja. Karbonasi dinamakan juga penumpukan karbon atau menyemen.
Pengerjaan panas ini digunakan untuk baja dengan kadar karbon dari 0,1- 0,2%. Lapisan luar benda kerja yang telah mengambil karbon dinamakan lapisan karbonasi. Tebalnya lapisan yang dikarbonasikan dalam lingkungan yang dapat menyerahkan karbon tergantung dari waktu karbonasi dan dari suhu. Perhatikan Gambar 30!
1) Karbonasi dengan perantaraan zat padat
Sewaktu digunakan bahan zat padat maka prosesnya disebut karbonasi terbungkus. Dalam proses ini caranya adalah komponen dimasukkan ke dalam suatu tromol logam yang sesuai dan di dalam trornol dikelilingi dengan bahan karbonasi.
Dalam proses ini tidak terjadi pembuatan gas karbon selama berlangsung pereduksian karbon dari dalam komponen. Selain itu, tidak terjadi pemasukan udara ke dalarn tromol, karena tromol tertutup rapat yang, tutupnya diperkuat dengan tanah Hat tahan api. Pada dasarnya bahan-bahan yang digunakan dalam karbonasi yaitu kayu, tulang, dan kulit arang kayu.
Untuk mempercepat proses karbonasi maka ditambah dengan karbonat barium dan karbonat natrium. Kedua jenis bahan tambahan tersebut termasuk jenis bahan-bahan pembangkit tenaga. Kandungan karbon yang terserap pada permukaan komponen dapat dikontrol dengan bahan campuran yang baru atau menggunakan bahan karbonasi. Permukaan komponen juga dapat dilapisi dengan bahan pelapis yang sesuai atau bahan galvano plastik (galvanis) atau dengan endapan tembaga yang menghasilkan tebalnya lapisan sekitar 0,1 mm. Kecepatan karbonasi dapat dilihat pada Gambar 31, tetapi hal itu dapat dipercepat dengan menggunakan suhu tinggi.
2) Karbonasi dengan perantaraan zat padat cair
Karbonasi ini dilakukan dengan rendaman air garam yang terdiri dari karbonat natrium (sodium) dan sianida natrium yang dicampur dengan salah satu bahan klorid natrium atau klorid barium. Proses karbonasi dengan perantaraan zat cair sesuai untuk menghasilkan suatu lapisan yang tebalnya sekitar 0,3 mm. Cara karbonasi dengan kecepatan tinggi digunakan apabila suatu peralatan yang digunakan mengalami kerugian dalam sifat-sifatnya. Karena hal itu membuat peralatan mempunyai tegangan yang tinggi sewaktu digunakan. Kecepatan karbonasi dapat menentukan penyerapan karbon yang lebih bcsar daripada penyebaran karbon di dalam baja. Proses itu menghasilkan suatu lapisan yang tipis dengan kandungan karbon yang amat tinggi. Akan tetapi, lapisan itu kemungkinan akan retak-retak sewaktu dikarbonasi. Karena itu, peralatan harus dipanaskan kembali dengan cara pemanggangan di dalam tungku pemanas.
3) Karbonasi dengan perantaraan gas
Gas digunakan sebagai bahan perantara yang sesuai untuk karbonasi yang dilakukan terus-menerus. Hal itu akan menghasilkan suatu lapisan dengan tebal sekitar I mm dan memerlukan waktu sekitar 4 jam. Selama proses karbonasi, peralatan dimasukkan ke dalam dapur pemanas yang dipanaskan dengan gas karbon yang sesuai. Kandungan karbon di dalam lapisan komponen dapat dikontrol dengan mengatur komposisi gas untuk karbonasi.
2. Proses Perlakuan Panas
Pelaksanaan karbonasi yang memerlukan waktu lama akan menyebabkan terjadi pertumbuhan butir-butiran baru, kecuali kalau baja disepuh dengan perantaraan nikel. Peralatan yang dikarbonasi dengan perantaraan perlakuan panas dan menghasilkan butir-butiran adalah suatu baja yang akan mempunyai lapisan sekitar 0,83% karbon dan intinya sekitar 0,15% karbon. Secara berangsur-angsur butiran akan berpindah dari lapisan luar ke arah inti sekitar 0,5 mm. Suhu perlakuan panas untuk inti akan lebih tinggi daripada suhu untuk lapisan, sehingga baik sekali apabila pengerjaan lapisan dengan inti dilakukan secara terpisah.
a. Pengerjaan Inti
Pengerjaan inti pertama kali dilakukan dengan cara pemanasan kembali baja pada suhu sekitar 870°C untuk memurnikan intinya yang menghasilkan struktur yang seragam. Selanjutnya, baja didinginkan secara cepat (tib-tiba) untuk mencegah pertumbuhan butir-butiran baru selama proses pendinginan. Suhu pemanasan dalam proses ini lebih tinggi daripada suhu untuk pengerjaan lapisan baja yang mengakibatkan dihasilkan austenit yang berbentuk kasar. Oleh karena bentuknya kasar maka sewaktu baja didinginkan tiba-tiba akan dihasilkan martensit yang luar biasa rapuhnya. Lapisan luar dan lapisan di atas (mendekati) inti harus dimurnikan kembali setelah dilakukan permurnian bagian intinya.
b. Pemurnian Lapisan
Pada proses ini baja dipanaskan sekitar 760°C yang didasarkan atas komposisi lapisannya scwaktu dilakukan pembersihan lapisan dan dilakukan penyepuhan pada lapisan di atas inti.
Selanjutnya, baja didinginkan secara tiba-tiba dari suhu tersebut di atas. Baja seringkali dilakukan pengerjaan terakhir dengan cara disepuh pada suhu sekitar 200°C untuk mengurangi (melepaskan) tegangan yang terjadi pada baja yang diakibatkan pendinginan tiba-tiba. Beberapa perbedaan yang terdapat di dalam proses penyepuhan keras dari Beberapa penjelasan di atas adalah sebagai berikut.
1) Sewaktu baja campuran disepuh keras dengan menggunakan nikel sekitar 3 - 5% maka proses karbonasi yang digunakan tidak akan menghasilkan pertumbuhan butir-butiran dan pembersihan bagian intinya tidak dipentingkan.
2) Apabila komponen sewaktu digunakan tidak menjadi atau menghasilkan tegangan yang tinggi maka proses pemurnian inti tidak perlu dilakukan, walaupun baja tidak mengandung nikel.
3) Apabila baja mengandung nikel atau apabila komponen tidak mungkin menghasilkan tegangan yang tinggi, dalam pemakaiannya dilcngkapi dengan kelebihan logam pada bagian permukaan yang akan dikeluaarkan / disayat. Setelah komponen dikeraskan maka komponen dapat didinginkan secara langsung dari karbonasi. Dan seterusnya disepuh untuk mengeluarkan tegangan yang terjadi Sewaktu pendinginan berlangsung, cara seperti ini disebut "pendinginan cawan".
3. Menitrid (Pengerasan Permukaan)
Menitrid dapat didefinisikan sebagai suatu proses pengerasanpermukaan. Dalam hal ini, baja paduan spesial dipanaskan untuk waktuyang lama dalam suatu atmosfer dari gas nitrogen. Hasil dari pengerjaan nitrid adalah menghasilkan suatu perrnukaan yang keras. Supaya dihasilkan permukaan yang keras dengan cara ini maka digunakan suatu baja paduan yang mengandung sedikit unsur kromium dan aluminium sesuai dengan kekerasan yang akan dihasilkan. Apabila baja karbon biasa yang dilunakkan dalam proses ini maka proses nitrid akan membentuk seluruh struktur dengan pengaruh yang kecil atas sifat-sifatnya. Kandungan karbon pada baja yang dinitrid adalah sekitar 0,2 - 0,5% sesuai dengan sifat-sifat inti yang diperlukan. Dan baja tersebut akan bereaksi secara langsung terhadap pcngerjaan pengerasan. Peralatan yang dinitrid diberi pengerjaan panas selama tingkat awal daripapa pengerjaan mesin, untuk memperbaiki kekuatan intinya.Pengerjaan ini terdiri dari proses pengerasan dengan pendinginan tiba-tiba dalam minyak.
Selanjutnya, diikuti dengan penyepuhan pada suhu sekitar 550 - 750° C yang tergantung atas komposisi dan sitat-sifat baja yang diperlukan. Sebelum baja diselesaikan dengan pengerjaan mesin maka baja dipanaskan pada suhu sekitar 550°C selama lebih dari 7 jam. Seterusnya didinginkan secara perlahan-lahan untuk mengeluarkan tegangan yang terjadi pada bahan dan memperkecil perubahan selama proses nitrid karena tidak dilakukan pendinginan tiba-tiba. Baja tidak akan rusak dari perubahan yang terjadi dari pendinginan yang tiba-tiba. Hal-hal yang terpenting dari proses nitrid adalah sebagai berikut.
1) Proses menitrid yang terdiri dan pemanasan peralatan pada suhu 500°C yang dilakukan dalam sirkulasi yang tetap dari gas amoniak yang lamanya di atas 100 Jam. Tingkat awal dari proses nitrid adalah menghasilkan lapisan yang tebalnya sekitar 0,1 mm dalam waktu 10 jam. Tetapi, apabila proses diteruskan maka kecepatan perembesan (penetrasi) berkurang. Proses tersebut memerlukan waktu sekitar 100 jam untuk memperoleh ketebalan lapisan sekitar 0.7 mm. Selama proses nitrid peralatan dimasukkan ke dalam tromol (boks) tertutup rapat yang hanya dapat memasukkan dan mengeluarkan amoniak. Selanjutnya, peralatan dipanaskan dari luar dengan gas. Pada penyelesain pemanasan, amoniak tetap mengadakan sirkulasi sampai suhu turun pada sekitar I50°C. Kemudian tromol dibuka dan dilakukan pendinginan sccara lengkap di udara. Setelah pengerjaan ini, komponen dapat dipukul (ditcmpa) apabila diperlukan untuk mengeluarkan lapisan-lapisan tipis yang dihasilkan pada permukaan komponen.
2) Untuk menjaga daerah permukaan komponen tetap lunak maka komponen dapat dilapisi dengan timah, tembaga atau nikel atau menggunakan bahan, pelapis yang sesuai. Hal itu bertujuan untuk memperoleh lapisan endapan yang tebalnya sekitar 0,07 mm. Penitridan ini menyebabkan tcrjadinya pertambahan diameter sekitar 0,02 - 0,05 mm atau sekitar 0,015 mm pada penampang sisi siku-sikunya. Untuk pengerjaan penyelesaian yang teliti biasanya dibolehkan diberikan batas kelonggaran pada permukaan kokomponen diantara 0,02 – 0,07 mm.
3) Untuk memperoleh permukaan yang keras tergantung pada komposisi baja yang digunakan. Baja dengan 3% Cr akan memperbaiki kekerasannya sekitar 850 HV (kekerasan Vickers) dan baja dengan 1,5% Cr dan 1,5 % Al memperbaiki kekerasannya sekitar 1.100 HV.
4) Proses nitrid adalah suatu proses pengerasan permukaan yang ideal untuk menghasilkan dalam skala besar, tetapi kurang ekonomis untuk menghasilkan dalam skala kecil. Proses ini khususnya, baik untuk peralatan yang menerima suhu yang tinggi sewaktu pemakaian.
Karena, peralatan yang dinitrid tidak akan turun kekerasannya sampai suhu 500°C. Selain itu, tidak sepcrti peralatan yang disepuh keras yang akan turun kekerasannya sewaktu suhunya mencapai 200°C.
4. Pemanasan Hanya Permukaan Komponen
Cara ini digunakan apabila suatu komponen terbuat dari baja Yang secara langsung dapat dikeraskan, tetapi pengerasannya berlangsung dengan pemanasan yang amat cepat pada pemanasan intinya. Pemanasan yang hanya dilakukan pada permukaan komponen mempunyai dua macam cara, yaitu pengerasan busur nyala dan pengerasan induksi.
1. Pengerasan Busur Nyala
Proses ini disebut juga proses pengerasan dalam waktu yang singkat. Baja dengan kandungan karbon yang sesuai tingginya dapat dipanaskan sampai suhu pengerasan dengan busur nyala gas asetilen. Dan seterusnya didinginkan secara cepat untuk memperoleh permukaan yang keras. Perhatikan Gambar 33!
Cara pengerasan busur nyala sesuai untuk pengerasan lapisan sampai lebih dari 0,8 mm dalamnya dari lapisan permukaan. Suhu busur nyala harus di atas suhu pencairan baja, agar dalam proses ini dihasilkan pemanasan yang cepat. Selain itu, kemungkinan dapat terjadi bahaya pencairan setempat apabila dilakukan pengerasan lapisan yang cukupdalam. Dalam cara ini baja harus mempunyai kandungan karbon sekitar 0,4 - 0,7% yang bereaksi terhadap pengerjaan ini. Sehingga untuk memperoleh kekerasan baja tergantung pada komposisi dan kondisi dari baja.
Adapun cara-cara pengerasan permukaan yang dilakukan dengan cara ini adalah sebagai berikut :
1) Permukaan komponen dipanaskan setempat (daerah yang akan dikeraskan) dan kemudian komponen didinginkan secara cepat dalam suatu tangki pendinginan yang terpisah.
2) Pemanasan dan pendinginan dilakukan setahap demi setahap. Busur nyala dan air pendinginan yang dipercikkan bekerja terus-menerus, dan permukaan melintang yang dilaluinya menjadi keras. Kecepatan gerakan unit pemanas dan pendinginan di atas permukaan komponen dapat dikontrol sehingga dihasilkan kekerasan permukaan komponen yang sesuai keperluan. Pemanasan dan pendinginan yang bertahap dapat dilakukan dengan menggunakan satu unit gabungan yang terdiri dari peralatan busur nyala dan percikan air. Peralatan yang akan dikeraskan ditempatkan di bawahnya dan dapat bergerak dengan kecepatan 3 m/detik yang digerakkan oleh ban transpor.
3) Komponen yang akan dikeraskan bergerak berputar mengelilingi busur nyala yang tetap (tidak bergerak) dan seterusnya dipercikkan air pendinginan atau dicelupkan ke dalam air pendingin. Komponen yang berukuran panjang dapat berputar, scrnentara itu unit busur nyala bergerak bolak-balik paralel terhadap sumbu Putarnya. Komponen dapat dikerjakan dengan cara ini, yang kedudukannya harus simetris terhadap perputaran sumbu. Setelah dilakukan pengerasan busur nyala, biasanya baja yang telah dikeraskan dilakukan penyepuhan dan apabila diperlukan hal itu dapat dilakunan dengan pemanasan busur nyala.
b. Pengerasan Induksi
Pcngcrasan induksi termasuk suatu cara pengerasan permukaan. Komponen yang akan dikeraskan ditempatkan di dalam suatu gulungan (koil) induktor dan kemudian dimasukkan arus listrik frekuensi tinggi. Dapur yang digunakan hampir sama dengan dapur untuk menghasilkan baja paduan. Tctapi dapur ini dilengkapi dengan suatu silinder air berlubang yang bersatu dengan kumparan dan berfungsi sebagai unit pendingin. Perhatikan Gambar 34 !
Permukaan komponen yang akan dikeraskan, dipanaskan mencapai suhu pengerasan yang berlangsung sangat cepat. Selanjutnya, didinginkan dengan cepat sewaktu komponen masih tetap di dalam kumparan. Pengerasan lapisan yang tebalnya mencapai 3 mm dilakukan dengan cara pemanasan hingga mencapai suhu pengerasan. Cara tersebut dapat dilakukan dengan pengerjaan seIcmpat (lokal). Proses pengerasan induksi lebih sesuai untuk baja dengan kandungan karbon sekitar 0,45%. Dalam cara ini suhu yang dihasilkan dapat dikontrol dengan pcngaturan kumparannya, yaitu dengan mengatur jarak antara kumparan dengan permukaan komponen yang akan dikeraskan.
BAB III
PENUTUP
I. KESIMPULAN
Heat Treatment adalah Proses memanaskan dan mendinginkan suatu bahan untuk mendapatkan perubahan fasa (struktur) guna meningkatkan kemampuan bahan tersebut sehingga bertambah daya guna teknik dari bahan tersebut. Informasi yang dapat kita petik dari makalah ini adalah dapat mengetahui :
1. Pengaruh dari suatu pemanasan.
2. Pengaruh dari pendinginan
3.
II. SARAN
Saya menyadari bahwa makalah ini masih banyak kekurangan, oleh sebab itu saya sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar memperluas pengetahuan saya, Semoga makalah ini bermanfaat bagi kita semua terutama mahasiswa-mahasiswi Fakultas Tehnik Universitas Mataram.
Langganan:
Postingan (Atom)