DIAGRAM FASA BESI-KARBON (Fe-C)

Transkripsi

1 DIAGRAM FASA BESI-KARBON (Fe-C) PADUAN Fe-C BAJA FERIT (BESI ALPHA) MRPKAN MODIFIKASI BESI MURNI PD SUHU RUANG, LUNAK, ULET DAN KARENA BESI FERIT MEMP. STRUKTUR KPR DIMANA RUANG ANTAR ATOMNYA KECIL, SHG SEDIKIT SEKALI DPT MENAMPUNG ATOM C (DAYA LARUTNYA: 1 DALAM 1000 ATOM BESI) AUSTENIT (BESI GAMMA) MODIFIKASI BESI DGN STRUKTUR KPS, BESI INI STABIL PD.SUHU 912 O C DAN 1394 O C. (PD SUHU INI LUNAK DAN ULET). RUANG ANTAR ATOMNYA LBH BESAR (~ 9% C), DAYA LARUT C LBH BESAR MAX. 2,11%

2 BESI DELTA (δ) DIATAS SUHU 1394 O C BESI AUSTENIT TDK LAGI STABIL, KRN STRUKTURNYA BERUBAH MENJADI KPR, DAYA LARUT ATOM C LBH BESARDIBANDINGKAN DLM BESI FERIT BESI KARBIDA (SEMENTIT) ATOM C MEMPUNYAI DAYA LARUT YG LEBIH MEMBENTUK FASA KEDUA YG DISEBUT SEBAGAI BESI KARBIDA (Fe 3 C), ATOM C NYA ~ 6,7%. (SPT DIAGRAM SBB)

3 DIAGRAM FASA BESI-BESI KARBIDA (Fe- Fe 3 C) γ + Fe 3 C

4 BESI FERIT ALPHA DAN KARBIDA BERCAMPUR DGN BAIK, SPT LAMEL. DAN MIKRO STRUKTUR YG DIHASILKAN BERBENTUK PERLIT (Lht gbr)

5 BAGIAN YG TERPENTING ADALAH PD DAERAH 0-1% C SUHU O C, KARENA PD BGN INI MIKROSTRUKTURNYA DPT DIATUR SESUAI DGN KEINGINAN REAKSI EUTEKTOID (SPT EUTEKTIK) Pendinginan EUTEKTIK : L 2 S 1 + S 3 Pemanasan Pendinginan EUTEKTOID : S 2 S 2 + S 3 Pemanasan

6 Sistem Eutektoid : Perubahan fase eutektoid terjadi jika fase tunggal padat berubah secara langsung menjadi dua fase padat, seperti reaksi sbb: S1 S2 + S3 (reversible)

7 REAKSI EUTEKTOID PD PADUAN Fe-C : 727 O C γ (0.77% C) α (0.02%C) + Fe 3 C(6.7%C) DEKOMPOSISI AUSTENIT: SELAMA PENDINGINAN TERJADI DEKOMPOSISI AUSTENIT SPT REAKSI SBB: γ (0.77% C) α + C (karbida 12%)

8 PERGESERAN EUTEKTOID ADANYA PENAMBAHAN ELEMEN Ni, Mn, Cr, Si DA Mo AKAN MENURUNKAN KADAR C KOMPOSISI EUTEKTOID (gbr.b)

9 PERGESERAN EUTEKTOID DGN PENAMBAHAN SEKITAR 2% Mn

10 BAJA KARBON & BAJA PADUAN Bila baja hanya mengandung Besi dan Karbon Baja Karbon (C = 0,008-2%) Baja Paduan baja Alloy (rendah, sedang dan tinggi) Baja Paduan rendah, bila kandungan elemen spt. Ni, Cr, Mo, Mn atau Si sebesar 5% Baja Paduan Tinggi Stainless Steel

11 Baja Tuang atau Baja tempa Ingot atau balokan tuang Baja tempa msh dlm keadaan panas dan plastik bs dibentuk menjadi Hot roll steel (HRS) lembaran plat, selanjutnya dikenakan pengerjaan dingin (Cold work steel = CWS) baja yg lebih keras.

12

13 BAJA TAHAN KARAT BIASA KADAR Cr min 10,5% (12 17%) PADUAN YG LAINNYA SESUAI DENGAN STANDAR ASTM DAN SAE, BIASANYA DITANDAI DGN AWALAN S MISALKAN MENURUT STANDAR AISI (S3000 ATAU AISI 300 BAJA Ni-Cr)

14 Baja Tahan Karat Martensitik C : 0,1-0,7% ; Cr : 12 17% Keras, kuat, kurang ulet ; magnetik Dapat dikeraskan dengan heat treatment, tahan panas Kurang tahan korosi d/p baja tahan karat yang lain

15 Baja Tahan Karat Feritik Cr > 16 18% Tidak dapat dikeraskan dengan heat treatment Ketahanan korosi : martensitik < feritik < austenitik Tahan retak korosi tegangan (SCC) ; magnetik

16 Baja Tahan Karat Austenitik 18% Cr dan 8% Ni stainless steel 18 8 = baja tahan karat seri 300 (Ni tinggi) dan seri 200 (Ni+Mn) Tidak dapat dikeraskan dengan heat treatment Tahan korosi atmosferik sampai lingkungan industri kimia Pemakaian : konstruksi arsitektural, perabot dapur, alat makan, turbin, reaktor, alat alat proses yang lain Yang paling umum : tipe 304, 304L, 316, 316L Non magnetik

17 CAST IRON BESI COR INI MERUPAKAN PADUAN AUTEKTIK DARI BESI DAN CARBON, SUHU CAIR RELATIF RENDAH (1200 O C), SEHINGGA PEMAKAIAN BAHAN BAKAR HEMAT. MAT S INI BIASANYA MENGANDUNG C (2-4%) dan ADANYA Si (1-3%) DPT MENINGKATKAN KEKUATAN DAN DPT MENURUNKAN SUHU CAIR YG LEBIH RENDAH, TETAPI Si INI DPT MENYEBABKAN DEKOMPOSISI KARBIDA MENJADI BESI DAN GRAFIT, SPT REAKSI SBB: Fe 3 C 3Fe + C (Grafit)

18 BESI COR KELABU C : 2,5 4 % ; Si : 1,0 3,0% Grafit berbentuk serpihan (flakes) permukaan patahan; kelabu Lemah & rapuh, karena ujung serpihan grafit = konsentrasi tegangan Efektif meredam energi vibrasi; tahan aus High fluidity pada T casting ; low casting shrinkage

19 BESI COR DIBUAT ALLOY DGN PENAMBAHAN Ni, Cr ATAUPUN Mo UTK MEMPERBAIKI KETAHANAN THD KOROSI DAN PANAS SELAIN MENINGKATKAN KEKUATAN BESI COR PUTIH Si < 1% b; laju pendinginan cepat karbon = Fe3C (sangat keras & rapuh tidak mampu mesin) permukaan patahan : putih Permukaan keras & tahan aus roller dalam rolling mills

20 BESI COR NODULAR (DUCTILE CAST IRON) BESI COR NODULAR MUDAH MEMBENTUK GRAFIT, BILA DITAMBAHKAN LOGAM MAGNESIUM ATAU CERIUM (Ce), AKAN MEMBENTUK GRAFIT YG BULAT ATAU SPEROID (NODUL) DAN AKAN MERUBAH KEULETAN BESI JENIS INI. UNSUR2 LAIN YG DPT MEMBULATKAN IAITU Ca, Na, K, Li, Ba, DAN Zn. BESI COR INI BANYAK DIGUNAKAN SGB BHN POROS ENGKOL. BESI COR NODULAR MEMP. KEULETAN YG BAIK, KETAHANAN KOROSI, KETAHANAN PANAS DAN MEMP. PERPANJANGAN 10-20%, OLEH SEBAB ITU BHN INI SERING DIGUNAKAN SGB BHN POROS ENGKOL, ROLPENGGILING, BHN CETAKAN DAN PIPA-PIPA.

21 BESI COR MAMPU TEMPA BESI COR MAMPU TEMPA MEMP. KANDUNGAN 2,2-3% C DAN 0,8-1,3% Si, GRAFIT YG TERBENTUK BERUPA GUMPALAN, KARENA TIDAK MEMILIKI TEPI-TEPI SERPIHAN YG TAJAM, MAKA BHN INI MEMP. KEULETAN TERTENTU DAN LEBIH MAMPU TEMPA DIBANDINGKAN DGN BESI COR KELABU.

22 Tipe Material

23 METAL Besi, Cobalt, Nikel, Dll Penghantar Listrik dan Konduktivitas tinggi Tegangan Tinggi, Kekakuan (STIFFNESS), Kekenyalan (DUCTILITY), Perubahan Plastik (Plastic deformation) Bisa dalam bentuk murni (Cu) atau campuran (Alloy) spt Steinless steel (SS) Umumnya tidak tahan korosi

24 KLASIFIKASI STEEL MENURUT SAE (Society of Automotive Engineers), spt SAE 1040 Digit ke 1 (1) menunjukkan jenis karbon steel, Digit ke 2 (0) tidak ada modifikasi Alloy. Digit ke 3 & 4 (40) menunjukkan kandungan karbon sebanyak 0,40%. Untuk Alloy diberikan tanda 2XXX, 3XXX, dst AISI (The American Iron and Steel Institute) dan SAE bersama-sama memberikan kode dengan tambahan huruf2 tertentu, seperti :

25 A = Alloy, berbasis Perapian terbuka B = Karbon, Bessemer Asam C = Karbon, berbasis baja Siemen Martin D = Karbon, Perapian terbuka asam E = Perapian Listrik (Elektrik Furnace) Contoh : AISI C1050 Jenis Karbon Steel, hasil proses Siemen Martin dengan kand.karbon adalah 0,50%. Selain itu ada jenis logam yg memp. Sifat sukar dilas diberi tanda huruf H, misalnya : 4340H

26

27

28

29 SAE - AISI Number 1XXX 2XXX 3XXX 4XXX 5XXX 86XX 87XX 93XX 94XX 97XX 98XX Classification Carbon steels Low carbon steels: 0 to 0.25 % C Medium carbon steels: 0.25 to 0.55 % C High carbon steels: Above 0.55 % Carbon Nickel steels 5 % Nickel increases the tensile strength without reducing ductility. 8 to 12 % Nickel increases the resistance to low temperature impact 15 to 25 % Nickel (along with Al, Cu and Co) develop high magnetic properties. (Alnicometals) 25 to 35 % Nickel create resistance to corrosion at elevated temperatures. Nickel-chromium steels These steels are tough and ductile and exhibit high wear resistance, hardenability and high resistance to corrosion. Molybdenum steels Molybdenum is a strong carbide former. It has a strong effect on hardenability and high temperature hardness. Molybdenum also increases the tensile strength of low carbon steels. Chromium steels Chromium is a ferrite strengthener in low carbon steels. It increases the core toughness and the wear resistnace of the case in carburized steels. Triple Alloy steels which include Nickel (Ni), Chromium (Cr), and Molybdenum (Mo). These steels exhibit high strength and also high strength to weight ratio, good corrosion resistance.

30 STAINLESS STEEL Logam tahan korosi, biasanya mengandung lebih 10,5% Cr, ini disebabkan adanya lap. Oksida Kromium dipermukaan Logam. Lapisan Oksida Kromium tsb. Dgn sendirinya terbentuk apabila ter expose dengan lingkungan oksigen, lap. Tersebut akan hilang apabila terjadi Abrasif.

31 Kebaikan logam SS : Tahan terhadap serangan korosi Tahan terhadap suhu rendah (toughness pd Cryogenic proses) atau suhu tinggi (high strength) Mudah di Pabrikasi Memp. Sifat Keindahan (Aesthetic appeal ) Hygienic properties Umur pakai yg lama (Life cycle characteristics )

32 TIPE-TIPE LOGAM SS Logam spt: chromium, nickel, molybdenum, titanium, niobium dan logam lain nya sering sebagai bhn. tambahan untuk menhasilkan logam SS dgn grade tertentu. Pada umumnya logam SS di katagorikan sbg: Austenit Ferritic Martensitic dan Duplex

33 Kategori tsb. Berdasarkan microstruktur kristal, Grade Austenitic and ferritic memp. 95% sbg stainless steel. Austenitic Stainless Steels: Dengan penambahan sejumlah logam Nikel, akan membentuk struktur kristal "austenite". SS jenis ini memp. Komposisi 18% Cr & 8% Ni (SS 304)

34 Sifat umum logam SS jenis Austenitic Steels: Tahan thd. Korosi dilingkungan industri dan air laut serta asam organik. Mudah dalam pengelasan (weldability) Mudah dibentuk, fabrikasi dan ulet. Kebersihan terjaga dan hygiene characteristics Tahan terhadap suhu rendah dan high toughness pada semua temperatur. Tidak bersifat Magnit Sepuh keras (hardenable) dgn pengerjaaan dingin dan tidak dapat dilakukan dengan adanya pemanasan.

35 PENGGUNAAN : Computer floppy disk shutters (304) Computer keyboard key springs (301) Kitchen sinks (304D) Food processing equipment Architectural applications Chemical plant and equipment

36 Komposisi Kimia Logam Austenitic Carbon Chromium 0.15% max % max 0.08% max 17-19% 18-20% 16-18% Manganese 2.0% max 2.0% max. 2.0% max. Silicon Nickel Molybdenum 1.0% max. 1.0% max. 1.0% max. 8-10% 8 10,5% 10-14% %

37 SIFAT MEKANIK LOGAM AUSTENITIK: Tensile strength (Ksi) Yield strength (Ksi) Elongation in 2 inches (Annealed) Modulus of elasticity (psi) Hardness (Annealed) % 55 % 50 % 28 x x x 10 6 RB 75 - RB90 RB 75 - RB90 RB 75 - RB90 Hardness (Cold work) RC 25 - RC39 RC 25 - RC39 RC 25 - RC39

38 EFEK KARBON THD SIFAT FISIK LOGAM Gbr. 1. Efek karbon thd. Kekerasan, Gbr. 2. Efek karbon thd ketahanan kuat tarik dan kuat luluh bhn.logam. benturan dan keuletan bahan.

39 Gbr.3. Efek % kandungan karbon kpd kuat tarik untuk berbagai % kromium.