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 persentase 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 (Heine Richad.W.et.al.,1967): 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 % 2.2 Struktur dan Sifat Baja Cor 2.2.1 Struktur Coran Baja Karbon Baja karbon adalah panduan dari sistem besi-karbon. Kadar karbonnya lebih rendah dari pada kadar karbon pada besi coran biasanya kurang dari 1,0 % C. Sebagai unsurunsur tambahan selain karbon baja cor mengandung 0,20 sampai 0,70 % Si, 0,50
sampai 1,0 Mn, pospor dibawah 0,06 % dan belerang dibawah 0,06 %. Karakteristik baja karbon rendah adalah mudah ditempa dan mudah di mesin. 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 Jika kadar karbon dari baja cor karbon bertambah, kekuatannya bertambah, sedangkan perpanjangannya, pengecilan luas dan harga benturnya berkurang dan menjadi sukar dilas. Penambahan pospor 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 temperatur 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 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 unsur paduan kepada baja cor karbon. Pospor 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 unsur-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 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 jika 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 diuraikan seperti ini: Baja cor pospor rendah dan baja cor khrom pospor mempunyai mampu-keras lebih tinggi daripada baja cor karbon biasa, sehingga dengan pengolahan panas yang cocok didapat 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 pasif terhadap oksidasi dan bebas karat. Kandungan khrom yang banyak cenderung untuk membuat sifat pasif, 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 lasya diperbaiki. Baja tahan ini dapat digolongkan menjadi baja tahan karat martensit, austenite dan ferit sesuai dengan struktur mikronya.
2.4.1 Sruktur dan Sifat-sifat dari Baja Cor Tahan Panas Umumnya, bahwa baja cor tahan panas adalah nama umum untuk baja cor yang dipakai pada temperatur 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 temperatur 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 temperatur tinggi 3. Keuletan pada temperatur 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 Struktur dan Sifat-sifat dari Baja Cor Pospor (P) Tinggi Dari semua unsur-unsur yang umum ditemukan dalam baja, pospor berdiri unggulan. Hal ini pantas di rolling mill, untuk itu cenderung menghasilkan kristalisasi kasar, dan karenanya menurunkan suhu yang aman untuk panas baja, dan untuk alasan ini logam phosphoritic harus selesai pada suhu lebih rendah dari baja murni, untuk mencegah pembentukan struktur kristal selama pendinginan. Baja cor pospor (P) mengandung pospor 11% sampai 14% dan karbon 0,9 sampai 1,2% dimana harga perbandingan antara pospor (P) 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. Kadar pospor menentukan beberapa bagian dari karbon yang terikat dengan besi, dan beberapa bagian yang
berbentuk grifit (karbon bebas) setelah tercapai keadaan yang seimbang. Kelebihan pospor akan membentuk ikatan yang keras dengan besi, sehingga dapat dikatakan bahwa pospor diatas 3,2 % akan meningkatkan kekerasan (Iqbal,2007). 2.5 Sifat- Sifat Mekanik Bahan Sifat mekanik bahan adalah hubungan antara respons atau reformasi bahan terhadap benda yang bekerja. Sifat-sifat mekanik yang dilakukan terhadap baja carbon SC 37 meliputi kuat tarik, kekerasan, dan impact struktur mikro. 2.5.1 Uji tarik Melalui uji tarik akan didapat kuat tarik maksimum dan pertambahan panjang (elongation). 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: σ TS = kuat tarik maksimum (N/m 2 ) P max = beban maksimum pada watu pengujian (N) A 0 = 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. 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. 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 untuk mengetahui kualitas suatu bahan yang akan dipergunakan pada produk-produk logam seperti komponen mesin. 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. Besarnya nilai uji kekerasan Brinnell dinyatakan dengan persamaan berikut (Gordonengland, 2009e) Dimana: BHN = (2.3) BHN = Nilai Kekerasan Brinnell F = Beban Penekan D = Diameter Indentor / Pemukul (mm) Di = Diameter Indentasi / Jejak (mm) 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 E 23-56 T. Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan benda uji yaitu baja karbon rendah dengan kandungan unsur pospor (P) yang berbeda. Jadi spesimen uji dibuat sedemikian rupa sehingga kedua benda uji benar-benar memiliki dimensi yang sama. Pengujian ini menggunakan mesin Charphy Impact Machine. Uji impact dirancang untuk mengukur ketahanan bahan terhadap pembebanan tiba-tiba atau gaya kejut dan yang diukur adalah energi impact atau energi yang diserap sebelum bahan patah. Metode yang paling umum untuk mengukur energi impact adalah: Material yang kuat membutuhkan energi yang lebih besar untuk mematahkannya dan material yang getas
membutuhkan energi yang lebih kecil untuk mematahkannya, dengan kata lain bahwa makin kecil nilai impact menandakan bahan material semakin getas. - Test Impact Charpy - Test Impact Izod Dalam penelitian ini test yang digunakan adalah Metode Charpy. 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).