DIAGRAM FASA BESI-KARBON (Fe-C)

(1)

DIAGRAM FASA BESI-KARBON (Fe-C)

PADUAN Fe-C Æ BAJA

FERIT (BESI ALPHA) Æ 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) Æ MODIFIKASI BESI DGN STRUKTUR KPS, BESI INI STABIL PD.SUHU 912O_C

DAN 1394O_{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) Æ DIATAS SUHU 1394O_{C BESI}

AUSTENIT TDK LAGI STABIL, KRN STRUKTURNYA BERUBAH MENJADI KPR, DAYA LARUT ATOM C LBH BESARDIBANDINGKAN DLM BESI FERIT

BESI KARBIDA (SEMENTIT) Æ ATOM C

MEMPUNYAI DAYA LARUT YG LEBIH MEMBENTUK FASA KEDUA YG DISEBUT SEBAGAI BESI

KARBIDA (Fe₃C), ATOM C NYA ~ 6,7%. (SPT DIAGRAM SBB)

(3)

DIAGRAM FASA BESI-BESI KARBIDA (Fe-Fe₃C)

(4)

BESI FERIT ALPHA DAN KARBIDA BERCAMPUR DGN BAIK, SPT LAMEL. DAN MIKRO STRUKTUR YG

(5)

¾ BAGIAN YG TERPENTING ADALAH PD DAERAH

0-1% C SUHU 700-900O_{C, KARENA PD BGN INI}

MIKROSTRUKTURNYA DPT DIATUR SESUAI DGN KEINGINAN

REAKSI EUTEKTOID (SPT EUTEKTIK)

EUTEKTIK : L₂ S₁ + S₃ EUTEKTOID : S₂ S₂ + S₃ Pendinginan Pendinginan Pemanasan Pemanasan

(6)

Sistem Eutektoid :

• Perubahan fase eutektoid terjadi jika fase tunggal

padat berubah secara langsung menjadi dua fase padat, seperti reaksi sbb:

(7)

REAKSI EUTEKTOID PD PADUAN Fe-C :

727O_C

γ (0.77% C) α (0.02%C) + Fe₃C(6.7%C)

DEKOMPOSISI AUSTENIT:

SELAMA PENDINGINAN TERJADI DEKOMPOSISI AUSTENIT SPT REAKSI SBB:

(8)

PERGESERAN EUTEKTOID

• ADANYA PENAMBAHAN ELEMEN Ni, Mn, Cr, Si DA Mo AKAN MENURUNKAN

(9)

• PERGESERAN EUTEKTOID DGN PENAMBAHAN SEKITAR 2% Mn

(10)

BAJA KARBON & BAJA PADUAN

• Bila baja hanya mengandung Besi dan Karbon Æ Baja Karbon (C = 0,008-2%) • Baja Paduan Æ baja Alloy (rendah,

sedang dan tinggi)

• Baja Paduan rendah, bila kandungan elemen spt. Ni, Cr, Mo, Mn atau Si

sebesar 5%

(11)

• Baja Tuang atau Baja tempa Æ 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) Æ 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

(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

(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 Æ 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

(17)

CAST IRON…

BESI COR INI MERUPAKAN PADUAN AUTEKTIK DARI BESI DAN CARBON, SUHU CAIR RELATIF RENDAH (1200O_{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:

(18)

BESI COR KELABU …

C : 2,5 – 4 % ; Si : 1,0 – 3,0%

♥ Grafit berbentuk serpihan (flakes) Æ 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 Æ karbon = Fe3C (sangat keras & rapuh Æ tidak mampu mesin) Æ

permukaan patahan : putih Permukaan keras &

tahan aus Æ 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)

(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)

(24)

KLASIFIKASI STEEL …

• MENURUT SAE (Society of Automotive Engineers), spt SAE 1040 Æ 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 Æ 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 Classification

1XXX 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

2XXX 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.

3XXX Nickel-chromium steels

These steels are tough and ductile and exhibit high wear resistance , hardenability and high resistance to corrosion.

4XXX 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.

5XXX 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.

86XX 87XX 93XX 94XX 97XX 98XX

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

(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

_logam

SS :

_{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

(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

(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)

• 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

(36)

Komposisi Kimia Logam Austenitic…

302 304 316

Carbon _{0.15% max..} _{0.08% max} _{0.08% max}

Chromium _{17 - 19%} _{18 - 20%} _{16 - 18%}

Manganese _{2.0% max} _{2.0% max.} _{2.0% max.}

Silicon _{1.0% max.} _{1.0% max.} _{1.0% max.}

Nickel _{8 - 10%} _{8 – 10,5%} _{10 - 14%}

(37)

SIFAT MEKANIK LOGAM AUSTENITIK:

302

304

316

Tensile strength (Ksi) 90 -185 84-185 84-185 Yield strength (Ksi) 40-140 42-140 42-140 Elongation in 2 inches (Annealed) 50 % 55 % 50 % Modulus of elasticity (psi) 28 x 10 6 28 x 10 6 28 x 10 6 Hardness (Annealed) 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,

kuat tarik dan kuat luluh bhn.logam.

Gbr. 2. Efek karbon thd ketahanan benturan dan keuletan bahan.

(39)

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