Modifikasi besi dengan struktur pemusatan sisi atau Face Centre Cubic (FCC), disebut juga besi γ atau austenit.
Austenit adalah bentuk stabil dari besi murni dengan campuran karbon maksimum 2,06 % di dalamnya, yang terbentuk pada suhu antara 912° C dan 1394° C. Austenit mempunyai sifat paramagnetic (magnetic lemah) [5].
Pada suhu dimana austenit dalam keadaan stabil, austenit lunak dan liat, oleh sebab itu baja austenit cocok untuk proses fabrikasi. Sebagian besar baja untuk operasi tempa dan rolling di ubah bentuk pada suu 1100° C atau lebih, dimana struktur besi adalah FCC.
Gambar 2.14 Bentuk elemen kristal austenit 2.6.2. Ferit
Ferit disebut juga besi α, modifikasi struktur dari besi murni pada suhu ruang. Ferit lunak lunak dan ulet, dalam keadaan murni kekuatan tariknya kurang dari 310 MPa. Bersifat ferro magnetic pada suhu dibawah 770° C.
Karena ferit mempunyai struktur kubik pemusatan ruang atau Body Centre Cubic (BCC), ruangan antar atom kecil dan pepat sehingga tidak dapat menampung atom karbon yang kecil sekalipun. Oleh sebab itu daya larut karbon dalam ferit rendah (1 karbon per 1000 atom besi) [5].
Tugas Akhir
Gambar 2.15 Bentuk elemen kristal ferit
2.6.3. Perlit
Perlit adalah campuran khusus terdiri dari dua fasa dan terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi eutektoid bertransformasi menjadi ferit dan karbida. Pertumbuhan dimulai pada batas-batas butir austenit 727° C dan lapisan kedua fasa tersebut tumbuh kearah dalam, pada saat ini terjadi karbon memisah. Bila laju pendinginan dipercepat difusi terbatas pada jarak cepat, hasilnya adalah perlit halus dengan lapisan tipis yang lebih banyak[5].
2.6.4. Bainit
Beda antara struktur bainit dan perlit adalah terletak pada suhu awal pembentukannya dan waktu pendinginannya (kecepatan pendinginannya) pada suhu sekitar 550° C. Struktur bainit mulai terbentuk dan terpisahnya bersama perlit.
2.6.5 Martensit
Pembentukan martensit terjadi akibat dekomposisi austenit dalam ferit + karbida, α + C. Jika pendinginan, dengan kecepatan yang tinggi, austenit akan mulai bertransformasi menuju struktur ferit. Dengan lebih sedikitnya ruangan bagi
Tugas Akhir
atom-atom karbon pada besi α dibandingkan dari besi γ, atom-atom karbon akan memperluas kisi-kisi besi α.
Keadaan yang dicapai oleh tekanan-tekanan dari atom karbon ini akan menambah kekerasan baja, kita katakana bahwa baja kita keraskan. Dengan demikian kita telah memperoleh suatu fasa baru dari baja yang disebut fasa martensit. Jadi martensit ini adalah suatu larutan padat yang sangat jenuh oleh karbon dalam besi α.
Gambar 2.16 Bentuk elemen kristal martensit
Pada gambar 2.16 menunjukkan model yang sederhana tentang bagaimana kita gambarkan tentang transformasi dari besi γ menjadi besi α selama pembentukan martensit. Atom-atom karbon memberikan suatu situasi pada tepi-tepi unit kubus martensit yang menyebabkan unit sel bertambah dalam satu arah, yang terbentuk kisi-kisi berbentuk tetragonal.
Pembentukan martensit mulai pada suhu 220° C dan pada suhu 175° C bagian pokok dari austenit telah bertransformasi menjadi martensit, yaitu pada baja alloy tinggi yang mengandung nikel.
2.6.6. Sementit
Pada paduan besi karbon, karbon, melebihi batas daya larut membentuk fasa kedua, yang disebut karbida besi (sementit).
Tugas Akhir
Karbida besi mempunyai komposisi kimia, Fe3C. Hal ini tidak berarti bahwa karbida besi membentuk molekul-molekul Fe3C, akan tetapi sisi kristal mengandung atom besi dan karbon dalam perbandingan 3 : 1. Fe3C mempunyai sel satuan ortorombik dengan 12 atom besi dari 4 atom karbon per sel, jadi kandungan karbon : 6,7 % (berat) [5].
2.7. Uji Kekerasan
Kekerasan suatu bahan didefinisikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap penetrasi material lain pada permukaannya. Terdapat tiga jenis mengenai ukuran kekerasan, yang tergantung pada cara melakukan pengujiannya. Ketiga jenis tersebut adalah :
1. Kekerasan goresan (Scratch hardness) 2. Kekerasan lekukan (Identation hardness)
3. Kekerasan pantulan (rewbound hardness) atau kekerasan dinamik (dynamic hardness)
Untuk logam kekerasan lekukan yang sering dipergunakan. Berikut ini adalah jenis pengujian kekerasan lekukan :
2.7.1. Uji Kekerasan Rockwell
Pada pengujian kekerasan menurut Rockwell diukur kedalaman pembenaman (t) penekan. Sebagai penekan pada baja yang dikeraskan digunakan sebuah kerucut intan. Untuk menyeimbangkan ketidakrataan yang diakibatkan oleh permukaan yang tidak bersih, maka kerucut intan ditekankan keatas bidang uji, pertama dengan beban pendahuluan 10 kg. setelah itu, beban ditingkatkan menjadi 150 kg sehingga tercapai kedalaman pembenaman terbesar. Sebagai ukuran digunakan kedalaman pembenaman menetap t dalam mm yang
Tugas Akhir
ditinggalkan beban tambahan. Sebagai satuan untuk ukuran t berlaku e = t dalam 0,002 mm. Kekerasan Rockwell
𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 = 100 −
0,002𝑡𝑡 Contoh : 𝑡𝑡 = 0,07 𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 = 100 −0,0020,07 = 100 − 35 = 65 𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻Pengujian Rockwell HRC sebagai cara yang paling cocok untuk pengujian bahan yang keras. Makin keras bahan yang diuji, makin dangkal masuknya penekan dan sebaliknya makin lunak bahan yang diuji, makin dalam masuknya. Cara Rockwell sangat disukai karena dengan cepat dapat diketahui kekerasannya tanpa menghitung dan mengukur. Nilai kekerassan dapat dibaca setelah beban utama dilepaskan, dimana beban awal masih menekan bahan.
2.7.2. Uji Kekerasan Brinell
Uji kekerasan brinell merupakan suatu penekanan bola baja (identor pada permukaan benda uji). Bola baja berdiameter 10 mm, sedangkan untuk material uji yang sangat keras identor terbuat dari paduan karbida tungsten, untuk menghindari distorsi pada identor. Beban uji untuk logam yang keras adalah 3000 kg, sedangkan untuk logam yang lebih lunak beban dikurangi sampai 500 kg untuk menghindari jejak yang dalam. Lama penekanan 20 – 30 detik dan diameter lekukan diukur dengan mikroskop daya rendah, setelah beban tersebut
Tugas Akhir
dihilangkan. Permukaan dimana lekukan akan dibuat harus relatif halus, bebas dari debu atau kerak.
Angka kekerasan Brinell (Brinell hardness number, BHN) dinyatakan sebagai beban P dibagi luas permukaan lekukan, persamaan untuk angka kekerasan tersebut adalah sebagai berikut :
𝐵𝐵𝐻𝐻𝐵𝐵 = 𝑃𝑃
�𝜋𝜋𝜋𝜋2 � �𝜋𝜋 − √𝜋𝜋2− 𝑑𝑑2� Dimana :
P = Beban yang digunakan (kg) D = Diameter identor (mm) d = Diameter lekukan (mm)
2.7.3. Uji Kekerasan Vickers
Uji kekerasan Vickers menggunakan identor yang berbentuk pyramid intan yang dasarnya berbentuk bujur sangkar dengan sudut 136°. Angka kekerasan Vickers (Vickers hardness number, VHN) didefinisikan sebagai beban dibagi dengan luas permukaan lekukan. VHN ditentukan oleh persamaan berikut :
𝑉𝑉𝐻𝐻𝐵𝐵 = 2P sin �𝜃𝜃2�
𝐿𝐿2 =1,854𝑃𝑃𝜋𝜋2 Dimana :
P = Beban yang digunakan (kg) L = Panjang diagonal rata-rata (mm)