BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Klasifikasi Logam Logam cor diklasifikasikan menurut kandungan karbon yang terkandung di dalamnya yaitu kelompok baja dan besi cor. Logam cor yang memiliki persentasi karbon maksimum 2,11 % disebut baja dan jika kadar karbon lebih besar dari 2,11 % karbon disebut dengan besi cor. Besi cor komersial secara umum memiliki persentasi karbon (2,5 4,3) %. Menurut persentase karbon, baja cor komersial diklasifikasikan dalam tiga jenis yaitu: 1. Baja karbon rendah memiliki kadar karbon lebih kecil dari 0,20 % 2. Baja karbon menengah dengan kadar karbon 0,20 sampai dengan 0,50 % 3. Baja karbon tinggi memiliki kadar karbon di atas 0,50 % Selain ketiga klasifikasi di atas, baja juga diklasifikasikan menurut total kandungan unsur yang terdapat di dalamnya yaitu: 1. Baja paduan rendah (low alloy steels), total kandungan unsur kurang dari 8 % 2. Baja paduan tinggi (high alloy steels), total kandungan unsur di atas 8 % (Heine Richad.W.et.al., 1967) 2.2 Struktur dan sifat baja cor 2.2.1 Struktur Coran Baja Karbon Baja karbon adalah paaduan dari sistim besi-karbon. Kadar karbonnya lebih rendah dari pada kadar karbon pada besi coran biasanya kurang dari 1,0 % C. Sebagai

unsur- unsur tambahan selain karbon baja cor mengandung 0,20 sampai0,70 % Si, 0,50 sampai 1,0 Mn, fosfor dibawah 0,06 % dan Belerang dibawah 0,06 %. Struktur mikro dari baja cor yang mempunyai kadar karbon kurang dari 0,8 % terdiri dari ferit dan perlit. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah perlit. Dalam hal ini apabila kadar karbon diatas 0,80 %, baja terdiri dari perlit dan sementit yang terpisah. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah sementit. 2. 2.2 Sifat - Sifat Coran Baja Karbon Kalau kadar karbon dari baja cor karbon bertambah, kekuatannya bertambah, sedangjan perpanjangannya, pengecilan luas dan harga benturnya berkurang dan menjadi sukar dilas. Penambahan mangan juga memberikan kekuatan tarik yang lebih tinggi tetapi pengaruhnya kurang dibandingkan karbon.cor baja karbon biasanya dilunakkan, dinormalkan dan distemper sebelum dipakai. Dibanding dengan melunakkan, menormalkan coran baja karbon memberikan butir-butir halus dan memberikan harga yang lebih tinggi untuk batas mulur serta kekuatan tarik. Perpanjangan dan pengecilan luasnya juga diperbaiki dengan jalan menormalkan. Perbaikan dari sifat-sifat baja cor dengan jalan menormalkan sangat jelas apabila kadar karbonnya lebih tinggi. Kalau coran baja ditemper pada 650 0 setelah dilunakkan, maka batas mulur, kekuatan tariknya menurun sedangkan perpanjangan dan pengecilan luasnya lebih baik. Harga bentur baja cor turun sesuai dengan turunya temperatur. Temperatur transisi didefenisikan sebagai temperature di mana harga bentur turun cepat sekali. Ini merupakan indeks yang paling tinggi untuk keuletan dari logam yang dipergunakan pada temperatur rendah. Sebagai penggantinya, biasa dipakai temperatur transisi 15 ft-1b. Temperatur transisi sangat dipengaruhi oleh kadar karbon. Kalau kadar karbon bertambah 0,1%, maka Temperatur transisi (Tr 15) meningkat 13 0 C untuk kandungan karbon kurang dari 0,3% dan 28 0 C untuk daerah kadar karbon antara 0,3% sampai 0,57%.Untuk mengukur sifat-sifat mekanis dari baja cor karbon, batang uji diambil

dari bagian-bagian yang berhubungan dengan badan utama atau dari coran yang terpisah dicor bersama-sama yang kemudian dilunakkan, dinormalkan dan ditemper sebelum pengujian. 2.3 Struktur dan Sifat-sifat Baja Cor Khusus Baja cor khusus terdiri dari baja cor paduan rendah dan baja cor paduan tinggi yang dibuat menambahkan macam-macam unsure paduan kepada baja cor karbon. Mangan dan juga silisium biasanya tidak dapat dihindarkan selalu tercampur waktu pengolahan baja, sehingga dalam hal ini baja cor ini tidak disebut baja cor khusus, kecuali kalau unsure-unsur tersebut ditambahkan sebagai unsur paduan. Baja ini disebut baja paduan rendah apabila unsur paduannya ditambahkan 1% sampai 2% kabon, dan disebut baja paduan menengah apabila unsur paduannya ditambahkan 2% sampai 5%, dan disebut baja paduan tinggi apabila unsur paduannya diatas harga-harga 5%, tetapi dalam hal ini tidak dibedakan secara tepat.baja cor khusus biasanya baru dipergunakan setelah melalui pencelupan dingin penormalan, dan penemperan untuk memperbaiki sifat-sifatnya. Baja cor paduan rendah baja cor karbon dikeraskan dan dikuatkan dengan pencelupan dingin tetapi mampu keraskan agak buruk dan hanya kulitnya saja yang keras. Lapisan yang mengeras menjadi lebih tebal dengan menambah Mn, Cr, Mo atau Ni. Baja ini tersebut boleh dikatakan mempunyai mampu keras yang tinggi. Hal itu disebabkan karena karbon larut dalam austenit yang menyebabkan baja menjadi keras dengan pencelupan dingin.dalam penormalan, walaupun baja mempunyai mampu keras tinggi akan terdapat perbedaan kekerasan yang kecil antara kulit dan bagian tengahnya. Tetapi kalau baja karbon dikeraskan dengan menambah unsur paduan maka kekerasan baja yang dinormalkan bertambah sebanding dengan kekuatannya. (Tata Surdia) Pada umumnya, sifat-sifat baja cor menjadi lebih buruk kalau masanya bertambah. Karena masanya besar bagian tengahnya mempunyai kekuatan dan

keuletan yang lebih buruk dibanding dengan kulitnya. Hal ini disebabkan oleh perbedaan dan perbandingan pembekuan. Kalau masa menjadi lebih besar, di bagian yang lebih dekat ke tengah, pembekuannya menjadi lebih lambat dan strukturnya menjadi lebih lemah. Baja cor paduan rendah terdiri dari beberapa macam seperti diuraikan di bawah ini : Baja cor mangan rendah dan baja cor khrom mangan mempunyai mampu-keras lebih tinggi dari pada baja cor karbon biasa, sehingga dengan pengolahan panas yang cocok di dapat baja yang murah dan ulet. Baja cor paduan karbon rendah dipergunakan untuk bagian-bagian mesin yang memerlukan kekuatan dan keuletan, dan baja cor paduan karbon tinggi dipakai gigi dan roda karena sangat baik ketahanan ausnya. (Metalurgi of Steel) 2.4 Baja cor tahan karat Baja cor tahan karat adalah baja yang diperbaiki tahanan korosinya dengan menambah nikel atau khrom, dan ini akan memberikan ketahanan korosi, katahanan panas dan ketahanan dingin yang baik sekali dibandingkan dengan baja cor karbon biasa. Baja di dalam air atau udara akan berkarat oleh oksidasi, sedangkan baja paduan dengan kandungan khrom lebih dari harga tertentu mempunyai sifat pasip terhadap oksidasi dan bebas karat. Kandungan khrom yang banyak cenderung untuk membuat sifat pasip, dan kebanyakan baja tahan karat mengandung khrom lebih dari 12%.Selanjutnya apabila nikel ditambahkan, maka ketahanan korosi, keuletan pada temperatur rendah, mampu olah dan mampu lasnya diperbaiki. Baja tahan ini dapat digolongkan menjadi : baja tahan karat martensit, austenite dan ferit sesuai dengan struktur mikronya. 2.4.1 Sifat-sifat dari baja cor tahan panas Umumnya, bahwa baja cor tahan panas adalah nama umum untuk baja cor yang dipakai pada temperature tinggi yaitu di atas 650 0 C. Logam tersebut terdiri dari baja

cor paduan tinggi dengan khrom tinggi dan baja cor paduan tinggi dengan nikel tinggi sesuai dengan komposisi kimianya. Perbedaannya dengan baja cor tahan karat ialah kandungan karbonnya lebih tinggi dan kekuatannya yang tinggi pada temperature tinggi. Sifat-sifat yang harus dipunyai oleh baja cor tahan panas ialah sebagai berikut 1. Kestabilan permukaan (tahan korosi dan tahan asam yang baik) 2. Kekuatan jalar pada temperature tinggi 3. Keuletan pada temperature tinggi 4. Tahanan yang tinggi terhadap kegetasan karena pengarbonan 5. Tahanan yang tinggi terhadap kelelahan panas 6. Tahan aus yang baik dan deformasi yang kecil Baja cor tahan panas dipakai untuk baggian-bagian tungku pelebur logam aparat pengolah minyak, klin untuk semen, ketel uap, mesin jet, turbin gas, aparat pembuat gelas, aparat pembuat karet sintesis, dan tungku pemanas logam. 2.4.2 Sifat-sifat dari baja cor mangan (Mn) tinggi Mangan berwarna putih keabu-abuan, dengan sifat yang keras tapi rapuh. Mangan sangat reaktif secara kimiawi, dan terurai dengan air dingin perlahan-lahan. Mangan digunakan untuk membentuk banyak alloy yang penting. Dalam baja, mangan meningkatkan kualitas tempaan baik dari segi kekuatan, kekerasan,dan kemampuan pengerasan.dengan aluminum dan bismut, khususnya dengan sejumlah kecil tembaga, membentuk alloy yang bersifat ferromagnetik. Logam mangan bersifat ferromagnetik setelah diberi perlakuan. Logam murninya terdapat sebagai bentuk allotropik dengan empat jenis. Salah satunya, jenis alfa, stabil pada suhu luar biasa tinggi; sedangkan mangan jenis gamma, yang berubah menjadi alfa pada suhu tinggi, dikatakan fleksibel, mudah dipotong dan ditempa. Baja cor mangan tinggi disebut juga baja Hadfield, menurut nama si penemu. Baja ini mengandung mangan 11% sampai 14% dan karbon 0,9 sampai 1,2% dimana harga perbandingan antara mangan (Mn) dan C kira-kira 10. Struktur setelah di cor

sangat getas karena karbid mengendap pada batas butir austensit, sedangkan struktur yang dicelup dingin dalam air dari 1000 0 C menjadi austensit seluruhnya dan keuletannya jauh lebih baik. Mangan merupakan unsur deoksidasi, pemurni sekaligus meningkatkan fluiditas, kekuatan dan kekerasan besi. Bila kadarnya ditingkatkan, kemungkinan terbentuknya ikatan kompleks dengan karbon meningkat dan kekerasan besi cor akan naik. Jumlah mangan yang hilang selama proses peleburan berkisar antara 10-20 %. Semua baja mengandung mangan karena sangat dibutuhkan dalam proses pembuatan baja. Kandungan mangan lebih kurang 0,6 % masih belum dapat sebagai paduan dan tidak mempengaruhi sifat baja, dengan kata lain mangan tidak memberikan pengaruh yang besar pada struktur baja dalam jumlah rendah. Dengan bertambahnya kandungan mangan maka suhu kritis menurun secara seimbang. Mangan membuat butiran lebih halus, penambahan unsur mangan dalam baja dapat meningkatkan kuat tarik tanpa mengurangi regang, sehingga baja dengan penambahan mangan memiliki sifat kuat dan kenyal Mangan dioksida (sebagai pirolusit) digunakan sebagai depolariser dan sel kering baterai dan untuk menghilangkan warna hijau pada gelas yang disebabkan oleh pengotor besi. Mangan sendiri memberi warna lembayung pada kaca. Dioksidanya berguna untuk pembuatan oksigen dan khlorin, dan dalam pengeringan cat hitam. Senyawa permanganat adalah oksidator yang kuat dan digunakan dalam analisis kuantitatif dan dalam pengobatan. (Amanto, 1999). 2.5 Sifat- Sifat Mekanik Bahan Sifat mekanik bahan adalah hubungan antara respons atau reformasi bahan terhadap benda yang bekerja. Sifat-sifat mekanik bahan yang dilakukan pada penelitian terhadap baja carbon SC 37 meliputi kuat tarik, kekerasan, dan impact struktur mikro.

2.5.1 Uji tarik Uji tarik Adalah salah satu uji stress-strain mekanik yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik. Dalam pengujiannya, bahan uji ditarik sampai putus. Sampel uji tarik sesuai dengan standard seperti gambar berikut : Gambar 2.1 sampel uji tarik ASTM Standard E 8M 04 2.5.1.1 Kuat tarik maksimum Pengujian tarik yang dilakukan pada suatu material padatan (logam dan nonlogam) dapat memberikan keterangan yang relatif lengkap mengenai perilaku material tersebut terhadap pembebanan mekanis. Informasi penting yang bisa didapat adalah: kuat tarik maksimum dan perpanjangan. Kuat tarik suatu bahan dapat ditentukan dengan menarik bahan tersebut sampai beban maksimum. Keterangan-keterangan yang diperoleh pada penarikan bahan dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran benda uji sesuai dengan standard yang digunakan. Sifat yang umum dilakukan terhadap logam adalah kuat tarik maksimum (UTS) yaitu pembebanan maksimum yang diberikan terhadap bahan yang menyebabkan penciutan luas penampang yang akhirnya putus. Nilai kuat tarik maksimum dinyatakan dengan persamaan berikut (Surdia,T. Dan Shinroku, 1995) UTS,σ TS = 2.1 dimana : σts = kuat tarik maksimum (N/m 2 ) P max = beban maksimum pada watu pengujian (N) A0 = luas penampang (m 2 )

Sifat yang umum dilakukan terhadap logam adalah kuat tarik maksimum (UTS) yaitu pembebanan maksimum yang diberikan terhadap bahan yang menyebabkan penciutan luas penampang yang akhirnya putus. Nilai kuat tarik maksimum dinyatakan dengan persamaan berikut (Surdia,T. Dan Shinroku, 1995) UTS,σ TS = 2.1 dimana : σts = kuat tarik maksimum (N/m 2 ) P max = beban maksimum pada watu pengujian (N) A0 = luas penampang (m 2 ) Kenaikan tegangan dari titik luluh sampai kuat tarik maksimum menunjukan bahwa bahan mengalami pengerasan pengerjaan, sehingga pada logam terjadi deformasi plastis. Kuat tarik maksimum sampai kuat tarik putus mengakibatkan luas penampang bahan mereduksi (mengecil) dan terjadi lokalisasi pertambahan panjang hingga akhirnya putus. 2.5.1.2 Perpanjangan (elongation) Pertambahan panjang suatu bahan setelah mengalami uji tarik disebut elongation. Nilai keuletan suatu bahan biasanya ditunjukan oleh harga elongation ini. Apabila harga elongation besar maka bahan tersebut dikatakan ulet (ductility). Keuletan (ductility) adalah kemampuan logam untuk berdeformasi plastis sebelum putus. Secara grafik digambarkan sebagai berikut; Y σ σ σ U B P P P ε ε ε O O O Gambar 2.2 Kurva tegangan-regangan Praktikum Karakterisasi Material 1 Departemen Metalurgi dan Material ( MMS 31 08 02 ) Fakultas Tehnik Universitas Indonesia.

Dimana P menyatakan beban aksial dalam Newton dan A menyatakan luas penampang awal (m 2 ). Dengan memasangkan pasangan nilai tegangan normal σ dan regangan normal ε, data percobaan dapat digambarkan dengan memperlakunan kuantitas-kuantitas ini sebagai absis dan ordinat. Gambar yang diperoleh adalah diagram atau kurva tegangan-regangan. Kurva tegangan-regangan mempunyai bentuk yang berbeda-beda tergantung dari bahannya. Persetase elongation dinyatakan dengan persamaan berikut % elongation = 2.2 Dimana : L 0 = panjang mula-mula (mm) L = panjang setelah bahan putus (mm) Panjang mula-mula diukur pada dua batas bagian tengah sampel uji tarik dan panjang akhir sampel diukur pada batas yang sama setelah kedua bagian yang putus disatukan kembali. Kuantitas E, yaitu rasio unit tegangan terhadap unit regangan, adalah modulus elastisitas bahan, atau, sering disebut Modulus Young. Karena unit regangan ε merupakan bilangan tanpa dimensi (rasio dua satuan panjang), maka E mempunyai satuan yang sama dengan tegangan yaitu N/m 2. Untuk banyak bahan-bahan teknik, modulus elastisitas dalam tekanan mendekati sama dengan modulus elastisitas dalam tarikan. 2.5.2 Uji Kekerasan Kekerasan didefenisikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap penetrasi permukaan, yang disebabkan oleh penekanan oleh benda tekan yang berbentuk tertentu karena pengaruh gaya tertentu. Pengujian kekerasan sangat berguna sekali un tuk mengetahui kualitas suatu bahan yang akan dipergunakan pada produk-produk logam seperti komponen mesin.

Brinell, Rockwell & Vickers Hardness Tester TH722 Optical Fitur." Cocok untuk menguji kekerasan besi, logam non-ferrous, logam keras, lapisan carburized dan kimia mengobati lapisan" Beberapa metode pengujian: Brinell & Rockwell & Vickers" Berbagai jenis pengujian kekuatan dan dapat dipilih indentor " Mengadopsi uji kekuatan transformasi kerangka kerja dan sistem pengukuran optik instruksi" Dilengkapi dengan indentasi alat pengukur seperti gambar berikut: Gambar 2.3 Brinell, Rockwell & Vickers Optical Hardness Tester TH722 http://w22.indonetwork.co.id/pdimage/72/1074572_en_b_2_247.jpg Beberapa metode pengujian kekerasan logan, yaitu : - Metode gores - Metode kekerasan Brinell - Metode kekerasan Rockwell - Metode kekerasan Vickers - Metode kekerasan Vickers mikro Dalam penelitian ini metode yang digunakan adalah Metode kekerasan Brinell.Metode ini sangat cocok untuk mengukur bahan-bahan yang tidak homogen seperti baja cor karbon rendah.brinnell menggunakan indentor bola baja sebagai alat untuk mengukur kekerasan logam.

2.5.3 Uji Impact Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui ketangguhan suatu spesimen terhadap beban patah. Hal yang sangat penting pada uji impact ini adalah pembuatan takik yang memerlukan ketelitian khusus dan kepresisan yang tinggi. Sampel uji disesuaikan dengan standar ASTM E23-56T. Seperti gambar 2.4 Gambar 2.4 sampel uji impack Pengujian ini dilakukan untuk membanding-kan benda uji yaitu baja karbon rendah dengan kandungan unsur mangan (Mn) yang berbeda. Jadi spesimen uji dibuat sedemikian rupa sehingga kedua benda uji benar-benar memiliki dimensi yang sama. Pengujian ini menggunakan mesin Charpy Impact Machine Uji impact dirancang untuk mengukur ketahanan bahan terhadap pembebanan tiba-tiba atau gaya kejut dan yang diukur adalah energy impact atau energy yang diserap sebelum bahan patah. Metode yang paling umum untuk mengukur energy impact adalah : - Test Impact Charpy - Test Impact Izod Dalam penelitian ini test yang digunakan adalah Test Impact Charpy.

Test ini paling sering digunakan pada logam, namun juga digunakan pada polimer, keramik, dan komposit karena test ini lebih ekonomis dan cepat untuk menentukan ketangguhan bahan dan aplikasi pengendalian kualitas.(azom,2005). 2.5.4 Struktur Mikro Struktur mikro merupakan butiran-butiran suatu benda logam yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang sehingga perlu menggunakan metalurgical microscope untuk pemeriksaan butiran-butiran logam tersebut. Struktur material berkaitan dengan komposisi, sifat, sejarah dan kinerja pengolahan, sehingga dengan mempelajari struktur mikro akan memberikan informasi yang menghubungkan komposisi dan pengolahan sifat dan kinerjanya. Analisis struktur mikro digunakan untuk menentukan apakah parameter struktur berada dalam spesifikasi tertentu dan didalam penelitian digunakan untuk menentukan perubahan-perubahan struktur mikro yang yang terjadi sebagai akibat variasi komposisi.(tri Harya Wijaya, 2010)