Upload
saiful-anam
View
2.409
Download
28
Embed Size (px)
Citation preview
1
MATERIAL LOGAM FERROUS
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Klasifikasi Logam
2
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Definisi Baja
Baja : Material dengan bahan dasar Fe, dengan C maks : 2%
Bisa C ≥ 2% → Harus ada unsur lain (paduan)
Serta mengandung unsur pengikut seperti Si, P, S, Mn dan unsur paduan seperti Cr, Ni, Mo dll.
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Baja (Steel)Keuntungan:
Relatif MurahKekuatan dan Keuletan memadaiKetangguhan tinggiDapat dilas
Kekurangan: Berat (berat jenis tinggi)Mudah berkaratTidak Tahan Temperatur TinggiTidak Tahan Aus
3
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
4
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Diagram Fasa Fe-Fe3C
5
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Fe-Fe3C
0.4% C ferrite + pearlite
1.4% C ferrite + cementite
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
6
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Pengaruh Unsur Dalam BajaKarbon (C)- Mempengaruhi kekerasan (hardness) dan kekuatan(strength)
- Membentuk sementit dan karbida lainnya.Mangan (Mn)- Unsur deoksidator yang mereduksi kerentanan terhadaphot shortness pada aplikasi pengerjaan panas
- Dengan sulfur membentuk MnS,memperbaiki mampu mesinSilikon (Si)- Unsur yang berpengaruh dalam proses deoksidasi danjugameningkatkan ketahanan terhadap scalling
Phosfor (P)- Membentuk Steadit (Fe3P)Sulfur (S), Memberikan efek negatif “Hot Shortness”
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Pengaruh Unsur Paduan “Carbide Former”Cr, Nb, Mo, Ti, W, V
Khromium (Cr)- Meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan oksidasi- Unsur pembentuk karbida- Pada temperatur tinggi, meningkatkan kekuatan dan
meningkatkan ketahanan terhadap abrasi.Vanadium (V)- Menghambat pertumbuhan butir selama dikenai panas- Memperbaiki ketangguhan dan mampu keras dari baja. - Merupakan penstabil austenit.
Molybdenum (Mo )- Unsur yang berfungsi meningkatkan mampu keras bajakarena membentuk karbida yang stabil pada suhu tinggi.
7
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Austenite Stabiliser
Co, Cu, Ni, MnJika elemen tersebut ditambahkan pada C-Steel akan menstabilkan fasa γ.Elemen paduan ini tidak membentuk carbida, C tetap tinggal dalam “solid solution” dalam γ.Bahkan jika paduan jumlahnya tinggi padatemperatur kamar tetap berfasa γ(non magnetis), misal : Austenitik Stainless Steel
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Ferrite Stabilisers
Al, Cr, SiPenstabil ferrite.
Struktur BCC penstabil ferrite yang padaTemp. room = BCC
Contoh: Ferritic Stainless Steel
8
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Ferrite Stabilisers
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Beberapa Aplikasi Ferrous Material
Steel Plate (SPCE + Finishing Zn Plating) untuk Fuel TankSPCC untuk komponen2 Frame Body, Rim = WheelSTKM (Steel Pipe) untuk Frame Body, Steering HandleFerro Casting FC 20, FC 30 = Cylinder Comp
9
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Cold Rolled Carbon Steel Sheet and Strip
Dipasaran dalambentuk:
‘Plain Sheet”‘Coil’
For Extra Deep Drawing Use
SPCE
For Deep Drawing UseSPCD
For General useSPCC
KeteranganSymbol
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Komposisi Kimia (%)
0.030 max
0.030max
0.40 max
-0.08 max
SPCE
0.035max
0.035max
0.45 max
-0.10 max
SPCD
0.045max
0.040max
0.50 max
-0.12maxSPCC
SPMnSiCSymbol
10
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Sifat Mekanik
36 min270 minSPCE
34 min270 minSPCD
32 min270 minSPCC
Elongation 0.2 (%)
Tensile Strength (N/mm2)
Symbol
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Smooth-finished by the roll the surface of which is finished smooth
BBright finish
Dull-finished by the roll the surface of which is made rough mechanically or chemically
DDull finish
RemarkSymbol of Surface finish
Distinction of surface finish
1Full hardness2½ hardness4¼ hardness81/8 hardnessSNormal refiningAAs annealed
Symbol for thermal refining
Distinction of thermal refining
11
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Carbon Steel Tubes For Machine Struktural Purposes (STKM)
Aplikasi:MachineryAutomobilesBicyclesFurnitureOther Machine Parts
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
12
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
BESI TUANG (CAST IRON)
13
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Tuang (Cast Iron)Lebih Murah dari Baja (Biaya Produksi lebih rendahdan peralatan lebih sederhana)Temperatur Peleburan Rendah (1140-12000C) Kemampuan Cor Tinggi (Casting ability)Mudah PermesinanTahan Aus (wear resistance) “Damping Capacity” TinggiSangat cocok untuk applikasi yang membutuhkan“rigidity and resistance to wear”
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Damping CapacitiesKemampuan material meredam getaran (adsorb vibration)
14
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Tuang (Cast Iron)Besi tuang adalah Fe yang mengandung C > 2,14 % dengan struktur terdiri dari partikel karbon bebas(grafit) dan matriks perlit dan ferit austenitic, martensitic, bainitic (austempered).Unsur lain : silikon, mangan, phosfor dan sulfurTambahan unsur lain : Cr, Mo, Cu, Sn dlldimaksudkan agar mempunyai sifat tertentu.
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Tipe Besi Tuang
1. White Cast Iron
2. Grey Cast Iron (FC)
3. Mallable Cast Iron
4. Ductile Cast Iron (FCD)
5. Austempered Ductile Iron (ADI)
Matrix: Ferritic, pearlitic, austenitic, martensitic, bainitic (austempered).
15
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Bentuk Grafita) Flakes
b) Spheroidal
c) Mallaeble
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Mikrostruktur Besi Tuang
Hypo-eutectic white cast iron, cementite and
pearlite(black) (x 100) BH =100
Enlarged view of graphite spheroid. Polarised light (x 600)
16
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Mikrostruktur Besi Tuang
Grey iron. High duty; pearlite and graphite
(x 200)
Hyper-eutectic white cast iron (x 100). White primary crystals of
cementite in eutectic (cementite and pearlite)
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Mikrostruktur Besi Tuang
Temper carbon in a malleable iron; ferrite
crystals etched (x 100)
Coarse graphite flakes. Matrix unetched (x 60)
17
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
(FC/Grey Cast Iron)(FC/Grey Cast Iron)Awal digunakan : 800-700 SM ChinaMulai diproduksi : 1642 USAGrafit flakes/serpihan (duadimensi)Eutektik sell berbentuk KOL (tiga dimensi)σmax = 10 - 30 kg/mm2
ε < 1,0%
Struktur mikro FC
Eutektik Cell Besi FC
Besi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron)
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Tuang Kelabu
Struktur grafitserpihan, dilihat denganscanning electron mikroskopdengan perbesaran125 x
18
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Bentuk Grafit Pada Grey Cast Iron
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron)
Karena patahannya berwarna keabu-abuanGrafitnya berbentuk serpihan (flake) Keuletannya sangat rendah, sehingga tidak mamputempa dan menerima beban kejut (mudah patah-retak)
Mudah dalam pengerjaan mesin seperti Frais, pembubutan, pemotongan (machinability)Besi tuang kelabu juga tidak meneruskan getaranPenggunaannya yaitu pada komponen automotivseperti pada blok silinder, tutup silinder, rumah engkol, brake drum, Alat rumah tangga, Pompa
19
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Sifat Gray Cast Iron
Mekanik: Fisik dan Kimia:
Sangat baikMampu mesin
Getas danlemah
Kekuatan bentur
130 – 270 brinell
Kekerasan
0.3 – 1.2Perpanjangan Berat jenis:7.1 – 7.3Temperatur kamar
10 x 10-6/0CPemuaian panas6.75 – 6.95Cair
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi tuang adalah baja yang mengandung Grafit. Adanyagrafit dalam “baja” menyebabkan sifat mekanis menurun
Baja Besiσ 70 Kg/mm2 10-30 Kg/mm2
ε 20 % < 1 %
Turunnya sifat mekanis ini akibat adanya grafit berbentukserpihan (flakes) menyebabkan terjadinya konsentrasitegangan, sehingga jika mendapat beban bagian tersebutakan mudah patah.
Besi Tuang Kelabu
20
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Komposisi Besi TuangUtama : Fe (besi)Paduan : C (karbon)
Si (silikon)Mn (mangan)P (posfor)S (sulfur)
Carbon Equivelent :CE (%) = C (%) + 0,33 (Si + P) %
Besi Tuang Kelabu
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
The metastable iron-iron carbide phase diagram/diagram fase besi-karbon
21
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Jika komposisi
CE << 4,3 % besi hypo eutektikCE == 4,3 % besi eutektikCE >> 4,3 % besi hyper eutektik
CE makin rendah : kekuatan besi akan lebih tinggitemperatur tuang lebih tinggi
Besi Tuang Kelabu
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Nilai CE vs Tensile StrengthTensile Strength. MPa in 30 mm dia. bar
22
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
CE makin tinggi :
jumlah grafit semakin banyak, sifat mekanissemakin rendah.
pada komposisi hyper eutektik, makin tinggi kadarCE, maka temperatur tuang menjadi lebih tinggitemp. pembekuan paling rendah adalah saatkomposisi eutektik 1130 oC
Besi Tuang Kelabu
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Pengaruh C dan Si
Common grey iron showing ferrite (F), pearlite (P) and phosphide eutectic (PH) (x250). Ferrite is associated with the graphite. Note banded structure in the phosphide eutectic
Diagram indicating the structures of iron resulting from variation of silicon and carbon contents
23
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Tuang kelabuPengaruh Unsur
SilikonUnsur dalam besi tuang yang merangsang
terbentuknya grafit. Mencegah terbentuknya besi karbida (Fe3C)yang keras dan getas.
TembagaMeningkatkan kekuatan (umumnya FCD) dengan tetap menjaga sifat keuletan.Memperhalus struktur perlit.
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Tuang kelabuInokulasi
proses penambahan sejumlah unsur (element) kedalam besi cair sewaktu didalam ladle denganmaksud untuk menambah inti/bibit atau nucleus yang akan membantu proses pembekuan besi tuang.
pemberian inokulan sebanyak 0,1 % tidak akanmerubah komposisi besi cair atau menyebabkanperubahan sifat mekanis
dimasukkan kedalam ladel sewaktu tapping dari dapur(agar tercampur dengan homogen).
24
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Tuang kelabuInokulasi
diberikan dalam bentuk komponen utamaFeSi (sebagai carrier), dengan element inokulan :
AluminiumCalsiumBariumZirkoniumCerium (terbaik)
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Tuang Kelabu
Pengaruh Inokulasi :
Pada Besi Tuang Kelabumengurangi chill dan merangsang grafitmengurangi perlit halus dan struktur feritstruktur homogenkuat tarik agak turun sedikit
25
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Tuang KelabuBeda Inokulasi dan Non Inokulasi
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Tuang KelabuInokulasi
mempunyai sifat “fade” atau memudar, yakni makin lama akan semakin melemahfungsinya, sehingga akhirnya tidakberfungsi sebagai inokulan.
waktu yang paling efektif sebagaiinokulan adalah 2 – 10 menit, sehinggakadang-kadang inokulan dimasukkankedalam cetakan (mould inoculation) agar fungsinya lebih efektif.
26
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
INOKULASISebelum besi cair yang sudah di inokulandituang kedalam cetakan dapat dicheckdahulu ke sampel “edge test”. Jika bagianujungnya masih ada bagian yang berwarnaputih, berarti proses inokulasi belumsempurna.
Besi Tuang Kelabu
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron)
277 max35 minFC 35Class 6
262 max30 minFC 30Class 5
241 max25 minFC 25Class 4
223 max20 minFC 20Class 3
212 max15 minFC 15Class 2
201 max10 minFC 10Class 1
Hardness (HB)
UTS (kg/mm2)
SymbolClass
27
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Komposisi Kimia Besi Tuang
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
28
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Grafit berbentuk kapas / aggregat.Hasil temper besi cor putih (waktu lama = 50 jam)
Fe3C → 3 Fe + C grafit pada 950 oCTemper grafit hasil cor (merubah strukturFe3C = temper grafit)
Kadar Si rendah, cegah timbul grafitUTS : 40 – 47 Kg/mm2
Yield : 28 – 30 Kg/mm2
Regangan : 15 – 20 %Kekerasan : 135 – 155 HB
Besi Tuang Mallable (Mampu Tempa)
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Penemu : Henton Morrogh, BCIRA, Inggrisdan Team INCO – USAs = 45 - 55 kg/mm2
e = 3 – 20 %Tergantung :1. Nodularity grafit2. Jumlah nodul/mm2
3. Komposisi Matriks (ferrite/pearlite)
4. Adanya paduan (Cu, Ni,Mo, dll.)
Mg : 0,040 – 0,080 % menyebabkan grafitberubah menjadi bulat
S < 0,010 %, diatas nilai ini akan bereaksidulu dengan Mg, kemudian baruberfungsi sebagai noduliser.
Besi Tuang Nodular (FCD) 1948
29
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Nodularity(kebulatan nodulgrafit) pada BesiTuang Nodular
Besi Tuang Nodular
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Besi Cor Austemper (FCA) 1970anBesi cor grafit bulat dengan matriks ausferit (ferit + austenit)- ferit berbentuk jarum
kekuatan- a u s t e n i t
keuletanσ mencapai > 100kg/mm2 :
ferit jarumε = 4 – 7 % :
austenitAplikasi : pengganti komponen baja cor/tempa
Austempered Ductile Iron (ADI)
30
Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia
Bentuk grafit : pita pendek yang tebal yang tak teratur, seperti cacingSifat mekanis antara BTK dan BTNMg = 0,013 – 0,022 % S = 0,008 – 0,017 %Sifat mekanis : tergantung matriks (a / perlit) σ max = 30 - 40 kg/mm2
ε = 2 - 5 %Aplikasi : komponen otomotivalat hydraulis, permesinan dan lain-lain
Compacted Compacted GrafitGrafit (Vermicular Grafit)
TERIMA KASIH