Susunan Struktur Besi Dan Baja [PDF]

Citation preview

SUSUNAN STRUKTUR BESI DAN BAJA



A.BESI Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari. Dalam tabel periodik, besi mempunyai simbol Fe dan nomor atom 26. Besi juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi



Salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan besi atau baja. -Macam-macam besi Berdasarkan kadar karbon dan unsur-unsur lain yang terdapat didalamnya, besi dapat dibedakan menjadi: 1. Besi Tuang, yaitu besi yang dihasilkan dari tanur tinggi. Sifat besi tuang antara lain: -a. Mengandung 3%-6% karbon serta sejumlah kecil silicon, mangan , fosfor,dan belerang. -b. Sangat keras tetapi rapuh. -c. Tidak dapat ditempa -d. Titik leleh rendah. Berdasarkan sifat ini, besi tuang mudah digunakan pada alat-alat yang dibuat dengan cetakan, seperti kaki mesin jahit, setrika, lumpang besi , dan sebagainya. Karena titik lelehnya rendah maka mudah dicairkan dan dituangkan ke dalam cetakan.



2. Besi Baja Sifat besi baja antara lain: -a. mengandung 0.02%-1.5% karbon. -b. keras tetapi dapat ditempa -c. tahan korosi 3. Besi tempa Sifat besi tempa, antara lain: -a. mengandung kurang dari 0.5% karbon. -b. kurang keras dan mudah ditempa. Jenis besi ini banyak digunakan sebagai bahan baku untuk produk paku, kawat, besi beton, dan sebagainya. 2-BAJA Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan beberapa elemen lainnya, termasuk karbon. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Elemen berikut ini selalu ada dalam baja: karbon, mangan, fosfor, sulfur, silikon, dan sebagian kecil oksigen, nitrogen dan aluminium. Selain itu, ada elemen lain yang ditambahkan untuk membedakan karakteristik antara beberapa jenis baja diantaranya: mangan, nikel, krom, molybdenum, boron, titanium, vanadium dan niobium.[1] Dengan memvariasikan kandungan karbon dan unsur paduan lainnya, berbagai jenis kualitas baja bisa didapatkan. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Baja karbon ini dikenal sebagai baja hitam karena berwarna hitam, banyak digunakan untuk peralatan pertanian misalnya sabit dan cangkul. Penambahan kandungan karbon pada baja dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength), namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility) Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Baja



Berdasarkan kandungan karbon, baja dibagi menjadi tiga macam, yaitu : 1. Baja karbon rendah Baja kabon rendah (low carbon steel) mengandung karbon dalam campuran baja karbon kurang dari 0,3%. Baja ini bukan baja yang keras karena kandungan karbonnya yang rendah kurang dari 0,3 % C. Baja karbon rendah tidak dapat dikeraskan karena kandungan karbonnya tidak cukup untuk membentuk struktur martensite. Baja ini dapat dijadikan mur, baut, ulir skrup dan lain – lain. Baja karbon rendah yang pada penelitian ini mempunyai kadar karbon 0,267%. Baja jenis karbon rendah mempunyai sifat tidak terlalu keras, cukup kuat, ulet, mudah dibentuk dan ditempa, tetapi karena kurangnya kadar karbon maka tidak dapat disepuh keras 2. Baja karbon sedang Baja karbon sedang mengandung karbon 0,3% C – 0,6% C (medium carbon steel) dan dengan kandungan karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan perlakuan panas (heat treatment) yang sesuai. Baja karbon sedang lebih keras serta lebih lebih kuat dibandingkan dengan baja karbon rendah. Baja ini memungkinkan untuk dikeraskan sebagian dengan pengerjaan panas (heat treatment) yang sesuai. Baja karbon sedang digunakan untuk roda gigi, poros engkol, ragum dan sebagainya 3. Baja karbon tinggi Baja karbon tinggi mempunyai kandungan karbon 0,6 – 1,5%, baja ini sangat keras namun keuletannya rendah, biasanya digunakan untuk alat potong seperti gergaji, pahat, kikir dan lain sebagainya. Karena baja karbon tinggi sangat keras, maka jika digunakan untuk produksi harus dikerjakan dalam keadaan panas Sumber: http://petersirami.blogspot.com/2011/02/baja.html#!/2011/02/baja.html



3-Struktur Baja Karbon dan besi terpadu secara kimiawi yang kemudian membentuk bahan lain, yaitu besi karbid (Fe3C) atau yang disebut dengan sementite. Baja termasuk dalam benda kristal karena memiliki struktur atom yang tersusun secara tertentu, yaitu atom – atom menempatkan diri secara beraturan (misalnya berbentuk kubus, tetragonal, rhombus dan hexagonal). Perubahan – perubahan yang di akibatkan perbedaan kadar karbon ditunjukan dari metallographi baja. Dengan naiknya kadar karbon (%C) maka noda flek hitam bertambah besar dan noda flek putih berkurang. Noda flek hitam itu adalah pearlite dan noda flek warna putih adalah ferrite (besi murni). Bentuk geometri dari persenyawaan logam besi dan baja berupa kubus, yang tersusun dari atom – atomnya. Bentuk geometris inti adalah BCC ( Body Center Cubic), FCC (Face Center Cubic), HCP (Hexagonal Close Pocked). Seperti terdapat pada Gambar 2.7. berikut :



4-PENGERTIAN,ISTILAH STRUKTUR KRISTAL BESI DAN BAJA



1. Struktur ferrite Struktur ferrite sering juga disebut besi murni. Struktur ferrite dapat berubah – ubah sifat apabila dipanaskan, perubahan tersebut antara lain : a. Besi murni atau besi alfa (α) Struktur besi murni (ferrite) atau besi alfa, dibawah suhu 723 oC, sifatnya magnetis dan lunak serta susunan kristalnya berbentuk kubus pusat ruang (BCC) b. Besi beta (β) Struktur ferrite pada suhu 768 oC – 910 oC mulai berubah sifat dari magnetis menjadi tidak magnetis yang disebut besi beta, susunan kristalnya mulai berubah dari kubus pusat ruang (BCC) menjadi kubus pusat bidang (FCC). c. Besi gamma (besi γ) Struktur ferrite pada suhu 910 oC – 1391 oC mulai berubah menjadi struktur austenite (besi gamma) yang mempunyai sifat tidak magnetis serta susunan kristalnya dalam bentuk kubus pusat bidang (FCC).



d. Besi delta (besi δ) Struktur ferrite yang sudah menjadi struktur austenite pada suhu 1392 oC sampai mencair pada suhu 1539 oC berubah menjadi besi delta yang susunan kristalnya sama dengan besi dalam bentuk kubus pusat ruang (BCC) tapi jarak antar atomnya lebih besar.



2. Struktur pearlite Struktur pearlite adalah campuran ferrite dan cementite berlapis dalam suatu struktur butir. Laju pendinginan lambat menghasilkan pearlite kasar dan laju pendinginan cepat menghasilkan pearlite halus, bersifat keras dan lebih tangguh. Struktur pearlite jika dipanaskan sampai suhu 723 oC akan berubah menjadi struktur austenite.



3.Struktur sementite Struktur sementite adalah suatu senyawa kimia antara besi (Fe) dan zat arang C. Struktur sementite dengan rumus kimia Fe3C yang terdiri 3 atom Fe yang mengikat sebuah atom zat arang C menjadi sebuah molekul. Jika suatu logam besi mengandung zat arang lebih banyak, di dalam bahan tersebut akan terdapat struktur sementite yang lebih besar. Struktur sementite adalah struktur yang sifatnya sangat keras.



4. Struktur austenite Struktur austenite adalah struktur yang berasal dari struktur ferrite yang dipanaskan pada suhu 910 oC – 1391 oC atau struktur pearlite yang dipanaskan pada suhu 723 oC – 1392 oC. Struktur austenite juga disebut besi gamma (γ), sifatnya tidak magnetis. Susunan kristalnya berbentuk kubus pusat ruang (FCC). Struktur Austenite mempunyai sel satuan kubus pusat badan atau Face Centered Cubic (FCC) yang mengandung unsur karbon maksimum hingga 1,7%. Fasa ini hanya mungkin ada pada temperatur tinggi.



5. Struktur martensite Struktur martensite merupakan fasa larutan padat lewat jenuh dari karbon dalam sel satuan tetragonal pusat badan atau Body Centered Tetragonal (BCT). Makin tinggi kejenuhan karbon maka semakin keras dan getas. Jika baja didinginkan secara cepat dari fasa austenite, maka sel satuan FCC akan bertransformasi secara cepat menjadi BCC. Pendinginan yang cepat ini menyebabkan unsur karbon yang larut dalam BCC tidak sempat keluar (terperangkap) dan tetap berada dalam sel satuan tersebut. Hal ini menyebabkan distorsi sel satuan sehingga sel satuan BCC berubah menjadi BCT.



STRUKTUR MIKRO BAJA KARBON Baja karbon rendah atau sangat rendah, banyak digunakan untuk proses pembentukan logam lembaran, misalnya untuk badan dan rangka kendaraan serta komponen-komponen otomotif lainnya. Baja jenis ini dibuat dan diaplikasikan dengan mengeksploitasi sifat-sifat ferrite. Ferrite adalah salah satu fasa penting di dalam baja yang bersifat lunak dan ulet. Baja karbon rendah umumnya memiliki kadar karbon di bawah komposisi eutectoid dan memiliki struktur mikro hampir seluruhnya ferrite. Pada lembaran baja kadar karbon sangat rendah atau ultra rendah, jumlah atom karbon-nya bahkan masih berada dalam batas kelarutannya pada larutan padat sehingga struktur mikronya adalah ferrite seluruhnya



Struktur Mikro Baja Karbon Ultra Rendah. Seluruhnya Ferrite.



Pada kadar karbon lebih dari 0,05% akan terbentuk endapan karbon dalam bentuk hard intermetallic stoichiometric compound (Fe3C) yang dikenal sebagai cementite atau carbide. Selain larutan padat alpha-ferrite yang dalam kesetimbangan dapat ditemukan pada temperatur ruang terdapat fase-fase penting lainnya, yaitu delta-ferrite dan gamma-austenite. Logam Fe bersifat polymorphism yaitu memiliki struktur kristal berbeda pada temperatur berbeda. Pada Fe murni, misalnya, alpha-ferrite akan berubah menjadi gamma-austenite saat dipanaskan melewati temperature 910 oC. Pada temperatur yang lebih tinggi, mendekati 140 oC gamma-austenite akan kembali berubah menjadi delta-ferrite. (Alpha dan Delta) Ferrite dalam hal ini memiliki struktur kristal BCC sedangkan (Gamma) Austenite memiliki struktur kristal FCC. Pada kadar karbon lebih tinggi akan mulai terbentuk endapan cementite atau fase pearlite pada batas butirnya



Struktur Mikro Baja Karbon Rendah



Sifat cementite atau carbide yang keras dan getas berperan penting di dalam meningkatkan sifat-sifat mekanik baja. Salah satu parameter penting yang menunjukkan hal tersebut, sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya adalah a mean ferrite path. A mean ferrite path menunjukkan jarak antar cementite, baik pada pearlite maupun sphreodite. Jarak antar carbide di dalam pearlite secara khusus dikenal sebagai interlamellar spacing atau spasi antar lamel atau lembaran.



DAFTAR PUSTAKA Sumber: http://petersirami.blogspot.com/2011/02/baja.html#!/2011/02/baja.html http://ardra.biz/sain-teknologi/metalurgi/besi-baja-iron-steel/diagram-sistem-besi-besikarbida/struktur-kristal-austenit-ferit-martensit-baja/ http://yondaimemuhaiminato.blogspot.com/2012/04/material-besi-dan-baja.html