Hadi SoebarnaZ: BAHAN AJAR JENIS BAHAN TEKNIK

SIFAT FISIS MATERIAL BAJA KARBON DENGAN STRUKTUR MIKRO

Materi pendukung

1. Sifat- Sifat Logam, Non Logam dan Komposit

Bahan Teknik yang terklasifikasi di industri terbagi menjadi tiga yaitu logam, non logam dan komposit. Logam dibedakan menjadi logam besi/ferrous dan non besi/non ferrous. Non logam terbagi menjadi keramik dan polimer.

a. Logam

Logam merupakan material (sebuah unsur, senyawa, atau paduan) yang biasanya keras tak tembus cahaya, berkilau, dan memiliki konduktivitas listrik dan termal yang baik. Logam besi (ferrous): logam dan paduan yang mengandung besi (Fe) sebagai unsur utamanya sebagai contoh yaitu besi dan baja. Logam non-besi (non-ferrous): logam yang mengandung sedikit atau sama sekali tanpa kadar besi seperti Al, Cu, Zn, Ni, dan lain-lain. Logam terutama logam ferrous merupakan bahan yang paling banyak dipakai dalam dunia teknik mesin, karena pada umumnya kuat, ulet, dan mudah dibuat dalam berbagai bentuk praktis Logam merupakan konduktor yang baik dengan ciri-ciri yaitu tidak transparan, mengkilap, penghantar panas dan listrik yang baik, dapat ditempa/direnggangkan, pada suhu kamar berwujud padat kecuali raksa dan memiliki titik didih dan titik leleh tinggi.

b. Non Logam

Bahan non logam terbagi menjadi dua yaitu keramik dan polimer. Keramik adalah bahan yang terbentuk dari hasil senyawa (compound) antara satu atau lebih unsur-unsur logam (termasuk Si dan Ge) dengan satu atau lebih unsur-unsur anorganik bukan logam. Contoh bahan keramik yaitu silikon oksida, aluminium oksida, kalsiumoksida, magnesium oksida, kalium oksida dan natrium oksida.

Polimer merupakan bahan yang memiliki berat molekul > 10.000 , tersusun dari monomer yang saling berikatan kovalen. Polimer mempunyai senyawa karbon dengan rantai molekul panjang, termasuk bahan plastik dan karet. Polimer yang dapat dibentuk kembali dengan pemanasan disebut termoplastik, sedangkan yang tidak dapat dibentuk kembali disebut termoset. Contoh polimer yaitu polietilen, polipropilen, polivinilklorid dan lain-lain.

c. Komposit

Komposit merupakan campuran bahan yang tersusun dari dua/lebih bahan dasar dalam skala makroskopis yang sifatnya sangat berbeda dengan sifat masing-masing bahan pembentuknya misalnya keramik dengan polimer. Bahan komposit yang sering dijumpai yaitu contohnya : fiberglass, tripleks, semen-pasir, dan lain-lain. Selain komposit buatan, juga terdapat bahan komposit alam seperti kayu, terdiri dari serat selulose yang berada dalam matriks lignin.

SIFAT FISIS BAJA KARBON

Baja pada dasarnya ialah besi (Fe) dengan tambahan unsur Karbon ( C ) sampai dengan 1.67% (maksimal). Bila kadar unsur karbon ( C) lebih dari 1.67%, maka material tersebut biasanya disebut sebagai besi cor (Cast Iron). Selain itu juga ada campuran Silikon (Si), Mangan (Mn), Pospor (P), dan Belerang (S)

Makin tinggi kadar karbon dalam baja, maka akan mengakibatkan hal- hal sbb:

• Kuat leleh dan kuat tarik baja kan naik,

• Keliatan (kemampuan logam untuk menyerap energi )baja berkurang,

• Semakin sukar dilas.

• menekan kandungan karbon pada kadar serendah mungkin untuk dapat mengantisipasi berkurangnya keliatan dan sifat sulit dilas, tetapi sifat kuat leleh dan kuat tariknya tetap tinggi.

Penambahan unsur – unsusr Mangaan (Mn), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Nikel (Ni) dan tembaga (Cu) yang lebih tinggi, tetapi keuletan dan keliatan, dan kemampuan khusus lainnya tetap baik.

Sifat fisik adalah segala aspek dari suatu objek atau zat yang dapat diukur atau dipersepsikan tanpa mengubah identitasnya. Berikut adalah sifat fisik pada baja karbon :

• Titik didih : 1550^OC

• Titik lebur : 2900^OC

• konduktivitas listrik,

• Menghantarkan panas,

• Reaktif

Jumlah elektron bebas yang tinggi di segala bentuk logam padat menyebabkan logam tidak pernah terlihat transparan.

Sifat kimia

Logam biasanya cenderung untuk membentuk kation dengan menghilangkan elektronnya, kemudian bereaksi dengan oksigen di udara untuk membentuk oksida basa.

Contohnya:
4 Na + O2 → 2 Na2O (natrium oksida) 2 Ca + O2 → 2 CaO (kalsium oksida) 4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3 (aluminium oksida)

Beberapa logam seperti aluminium, magnesium, beberapa macam baja, dan titanium memiliki semacam "pelindung" di bagian paling luarnya, sehingga tidak dapar dimasuki oleh molekul oksigen.

Proses pengecatan, anodisasi atau plating pada logam biasanya merupakan langkah-langkah terbaik untuk mencegah korosi.

SIFAT TAHAN PANAS DAN TAHAN KOROSI

Sifat – sifat khusus baja, dapat dicapai dengan penambahan unsur – unsur utama sebagai berikut: Chrom (Cr), Nikel (Ni) dan molybdenum (Mo).

Baja tahan karat umumnya mengandung unsusr Chrom lebih dari 12%, dimana pada kondisi seperti itu baja akan bersifat pasif terhadap proses oksidasi. Baja tahan karat dapat dibedakan sesuai struktur mikronya yaitu:

Baja tahan karat Martensit

mengandung chrom 13% kuat leleh dan tariknya diperoleh dari proses pendinginan pada kondisi udara luar, sesuai untuk lingkungan korosif ringan digunakan untuk:

Baja Tahan Karat Ferrit

mengandung chrom 16%, sesuai untuk lingkungan korosif terutama terhadap bahan kimia asam nitrat, serta biasanya digunakan untuk komponen – komponen dalam industri kimia.

Baja Tahan Karat Austenit

mengandung chrom-nikel 18%, dimana sifat tahan karatnya didapat melalui pemanasan pada suhu 1000 - 1100⁰ lalu didinginkan dengan direndam kedalam air, sesuai untuk lingkungan yang mengandung garam, serta biasanya digunakan untuk baling – baling kapal.

BAJA KARBON DAN KARATERISTIKNYA

Baja karbon adalah material logam yang terbentuk dari unsur utama Fe dan unsur kedua yang berpengaruh pada sifat-sifatnya adalah karbon, sedangkan unsur yang lain berpengaruh menurut presentasinya. Pemakain Campuran Karbon pada baja yang dibutuhkan adalah sebanyak karbon yang dibutuhkan pada pemakain suatu alat.

Semakin tinggi paduan Carbon pada Fe titik didihnya lebih rendah pada peleburannya. Maka penambahan unsur carbon pada baja sangatlah berpengaruh pada tingkat kekerasan suatu bahan yang akan diproses menjadi barang yang berhubungan dengan pemesinan maupun lainnya. Dan juga menetukan keuletaan dan kegetasan suatu bahan tersebut, pada saat diuji kekerasannya.

Klasifikasi Baja Karbon

* LCS : mempunyai kadar karbon dibawah 0,25% / Low Carbon Steel

* MCS : mempunyai kadar karbon diatas 0,25 % sampai 0,6% / Medium Carbon Steel

* HCS : mempunyai normalnya harga kekerasan diatas 0,6 dan 1,4% / High Carbon Steel

Sifat - sifat Baja Karbon

* LCS :

a. Mempunyai sifat : keuletan dan ketangguhan yang baik dan harga kekerasan lebih mahal

b. Diaplikasikan untuk body Mobil, Kapal, Pipa dan Jembatan dll.

c. Mempunyai kekuatan luluh : 275 Mpa ( 40.000 Psi )

d. Kekuatan Tarik : 415 dan 550 Mpa

*MCS :

a. Dapat dikeraskan dengan baik mengeraskan dengan cara dipanasakan dengan cepat.

b. Diaplikasikan untuk Rel Kereta Api

c. Sifatanya : tahan aus Sangat Keras, tidak ulet.

*HCS :

a. Dapat dikeraskan dengan Tempering

b. Diaplikasikan untuk: Tool Steel , Alat pemotong, Pisau machine.

c. Sifatnya : Sangat Keras, tidak ulet, Getas, Mudah rapuh.

Uji Makro dan Mikro

Pemeriksaan fisis terhadap logam dilakukan untuk mendukung analisis sifat-sifat yang dimiliki oleh logam. Logam-logam yang telah mengalami perlakuan tertentu baik perlakuan fisik seperti penempaan, pengerolan, ekstrusi, dsb., maupun perlakuan termal seperti pencelupan dingin, pelunakan, normalisir, dsb., ataupun bahkan kombinasi perlakuan fisik dan termal seperti perlakuan temo-mekanikal akan mempunyai sifat-sifat yang berlainan satu dengan yang lainnya. Pemeriksaan fisis dapat dibedakan atas pemeriksaan secara makro dan mikro. Pemeriksaan mikro membutuhkan alat bantu berupa mikroskop optik. Scanning Electron Microscope (SEM), atau bahkan Transmission Electron Microscope (TEM), sedangkan pemeriksaan makro dapat dilakukan dengan mata biasa.

Pemeriksaan Makro

Pemeriksaan makro biasanya dilakukan untuk mengetahui jenis pengerjaan mekanis yang telah dialami oleh sebuah komponen. Pengerjaan mekanis seperti pengerolan, ekstrusi, penempaan, penekanan, dan sebagainya akan menyebabkan bahan “mengalir” sesuai proses-proses yang diberikan terhadapnya. Bentuk aliran bahan ini dapat diamati dengan “merebus” komponen dalam larutan etsa asam klorida.

Pemeriksaan Mikro

Pemeriksaan visual dengan mikroskop bertujuan untuk mengungkap dan memperoleh informasi struktur dalam skala mikro yang tidak dapat diamati dengan mata biasa. Dengan pemeriksaan menggunakan mikroskop dapat diamati struktur mikro logam, baik itu berupa besar butirnya, arah dan susunan butir dan fasa-fasa yang ada di dalam kristal logam. Detail struktur mikro yang dapat diamati tergantung pada skala perbesarannya. Untuk memperoleh gambar struktur mikro yang jelas dan baik sangat bergantung pada persiapan benda kerja dan proses pengetsaannya. Permukaan benda kerja harus rata dan sejajar antara permukaan atas dan bawahnya. Permukaan yang akan diamati dihaluskan dengan kertas ampelas dan dipoles sehingga halus dan tidak terdapat goresan-goresan, kemudian dietsa dengan larutuan yang sesuai dengan jenis logamnya.

Struktur Mikro Baja Karbon

Struktur Mikro Baja Karbon Rendah

Pada baja karbon rendah, struktur didominasi oleh ferit dan diikuti oleh sedikit perlit. Struktur yang dimiliki oleh baja sangat ditentukan oleh kandungan karbonnya.

Struktur Mikro Baja Karbon Sedang

Pada baja karbon sedang, struktur baja dari ferit dan pearlit dengan perbandingannya tergantung pada kandungan karbonnya. Struktur yang dimiliki oleh baja sangat ditentukan oleh kandungan karbonnya. Semakin tinggi karbon semakin banyak pearlit nya.

Struktur Mikro Baja Karbon Tinggi

Pada baja karbon Tinggi, struktur baja didominasi oleh pearlit dengan sedikit sementit. Struktur yang dimiliki oleh baja sangat ditentukan oleh kandungan karbonnya. Semakin tinggi karbon semakin banyak pearlit nya.

Diagram Fasa Fe-Fe3C

Diagram fasa merupakan diagram yang digunakan sebagai peta yang menunjukkan fasa yang ada pada suhu tertentu atau komposisi paduan pada keadaan seimbang. diagram fasa digunakan untuk membantu dalam memprediksi transformasi fasa dan menghasilkan struktur yang seimbang atau tidak, sertamerepresentasikan hubungan antara komposisi dan temperatur kuantitas fasa pada