1

BAB I

PENDAHULUAN

PPPada zaman dahulu kala kebutuhan dibidang material masih sangat terbatas belum begitu menyentuh pada apa yang disebut dengan material teknik, hal ini dikarenakan keterbatasan teknologi dan ilmu pengetahuan. Kita mengenal ada zaman batu (stone age), zaman perunggu (bronze age). Pada waktu itu penggunaan material masih sangat terbatas seperti batu, kayu, clay, kulit dan sebagainya. Namun dengan pesatnya perkembangan ilmu dan teknologi maka berkembanglah material teknik seperti logam dan paduannya, plastik dan karet, keramik, bahkan sekarang dikenal material maju seperti komposit, superkonduktor dan sebagainya.

Ilmu pengetahuan yang mempelajari mengenai material dibagi menjadi apa yang disebut dalam material sains dan material teknik. Material sains mempelajari hubungan antara struktur dan sifat material, sedangkan material teknik mempelajari keterkaitan antara korelasi struktur dan sifat serta perencanaan.

Aplikasi material Teknik seperti logam, polimer, keramik serta material maju/modern sangatlah luas menyentuh dibidang struktur, mesin dan peralatan elektronik. Penggunaan pada struktur seperti rangka mesin, jembatan, tower, reaktor dan sebagainya. Dibidang mesin seperti pada mesin produksi, motor bakar, turbin uap, turbin gas dan sebagainya. Dibidang elektronik seperti transistor, strain gauge, fotoelektrik dan sebagainya.

Klasifikasi material teknik menurut definisinya adalah sebagai berikut :

Logam (metals)

Logam dapat bersifat murni dan panduan. Logam merupakan gabungan dari beberapa unsur/elemen. Logam paduan akan lebih kuat dari logam murni. Sifat logam adalah berat, kuat dan keras, mengkilap, penghatar panas dan listrik, serta dapat dibentuk.

Keramik (ceramics)

Keramik adalah senyawa antara logam dan non logam seperti oksida logam, nitrida, dan karbida. Yang memiliki sifat tahan temperatur tinggil/panas, sangat getas, sebagai isolator listrik dan panas. Polimer (polymers)

Polimer seperti halnya plastik dan karet merupakan senyawa organik karbon, hidrogen dan logam lainnya. Sifatnya ringan, fleksibel, sebagai isolator listrik, dan tidak tahan panas.

Komposit (composites)

Komposit adalah gabungan dari beberapa jenis material teknik. Material logam dapat digabung dengan polimer seperti polimer dengan matrik logam seperti penggunaan serat whiskers pada polimer (metal matrix polymer), logam yang dipadu dengan keramik seperti konkret, paduan yang diperkeras secara dispersi. Bahkan polimer juga dapat dipadu dengan keramik seperti polimer yang diperkuat dengan serat.gelas GFRP (gelas fiber reinforced

2

polymer), serat karbon CFRP (Carbon fiber reinforced polymer), serat kevlar aramid, serat optik. Yang kesemuanya itu merupakan kemajuan pesat dibidang material teknik.

Jadi muncul dan berkembangnya material komposit disebabkan oleh adanya pemikiran bahwa logam bersifat kuat namun berat, dan juga polimer bersifat ringan. Sehingga muncullah ide untuk mencoba untuk menggabungan kedua material tersebut sehingga diperoleh material yang kuat tapi ringan.

Disamping itu dikenal juga material-material semikonduktor dan material superkonduktor yang pemakaiannya banyak dibidang elektronika serta material maju lainnya seperti material superplastisitas, material ingat bentuk (shape memory alloy) dan lain-lain.

Jika kita perhatikan suatu konstruksi mesin seperti sebuah kendaraan bermotor kita mengenal penggunaan logam paling banyak digunakan mencapai lebih dari 80% untuk kegunaan rangka, mesin, bodi dan sebagainya. Sisanya menggunakan material non logam seperti roda, jok yang terbuat dari polimer, kaca, bagian dari busi yang terbuat dari keramik. Sehingga suatu kendaraan akan terpenuhi kebutuhan serta kenyamananya.

Para mahasiswa teknik, khususnya Teknik mesin dan para praktisi/insinyur dibidang Teknik mesin harus dibekali ilmu pengetahuan material teknik yang luas, hal ini dikarenakan disiplin ilmu Teknik mesin tidak hanya mempelajari karakterisitik material pada kondisi statis, tetapi juga dituntut utuk mengetahui prilaku material pada kondisi yang dinamis. Berbeda dengan disiplin ilmu Teknik sipil yang lebih dibatasi pada kondisi pembebanan statis serta aplikasi material teknik yang terbatas.

Jenis-jenis material serta hubungannya satu sama lain dapat ditunjukkan pada Gambar 1 di bawah ini.

Gambar 1 Material Teknik dan hubungan satu sama lain

3

BAB II STRUKTUR ATOM DAN IKATAN ANTAR ATOM

II.l Struktur Atom

Material Teknik adalah bagian dari material solid yang bukan merupakan material kontinyu melainkan tersusun dari geometri atom dan saling berikatan antar atom atau molekulnya. Pernyataan ini pertama kali dinyatakan dan merupakan hipotesa ahli fisika Dalton (1803 ). Dalton menganggap atom sebagai bola kaku yang tidak dapat diuraikan lagi. Kemudian pada tahun 1904 Thomson menemukan bahwa atom bermuatan listrik. Baik elektron maupun proton memiliki muatan listrik sebesar 1.60x10 C. Pada tahun 1911 Rutherford menemukan adanya elektron, proton dan netron, dimana proton dan netron berada dalam inti atom yang berdiameter 1/10000 dari diameter atom dimana elektron mengitari inti atom. Dan juga di temukannya sinar alfa, sinar beta, sinar gamma. Barulah pada tahun 1913 muncul model atom yang didasarkan pada teori kuantum yang dikembangkan oleh Niels Bohr.

Logam seperti halnya yang lain, terdiri dari sususan atom-atom. Semua atom memiliki struktur dasar yang sama seperti pada Gambar 2 yaitu terdiri dari inti yang tersusun dari netron dan sejumlah proton yang bermuatan positif, dan elektron yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti. Jumlah proton sama dengan jumlah elektron.

Jumlah proton suatu unsur didefinisikan sebagai nomor atom dari unsur yang bersangkutan. Inti suatu atom merupakan bagian yang terbesar dari massa atom tersebut. Hal ini karena massa suatu elektron jauh lebih kecil dibanding dengan massa proton atau netron. Dengan demikian, massa atom didefinisikan berbanding lurus dengan jumlah proton dan netron.

Gambar 2. Struktur atom

Dari tabel 1 berikut ini dapat dilihat kaitan antara berat atom (yang dinyatakan dalam

sma = satuan massa atom) dengan jumlah proton dan netron.

4

Tabel 1. Berat atom beberapa unsur Unsur Nomor atom Jumlah proton dan netron Berat atom

H 1 11.008 C 6 12 12.01115 O 8 16 15.9994 Fe 26 56 55.847

Elektron yang mengitari inti mengikuti lintasan tertentu dan berhubungan dengan tingkat energi tertentu pula yang sesuai dengan jarak antara elektron tersebut sampai ke inti atom.

11.2 Ikatan Antar Atom

Ada beberapa teori yang menjelaskan bagaimana ikatan atom terbentuk. Ikatan atom yang memungkinkan terbentuknya fasa cair dan padat disebabkan oleh adanya gaya tarik antar atom. Ikatan kimia terjadi karena atom mencoba mencapai struktur yang stabil. Hal ini menirukan unsur stabil seperti gas mulia seperti : He, Ne, Kr, Xe, dan Rn.

Ada dua jenis ikatan atom yaitu ikatan primer dan ikatan skunder (Van der Waals/Dipol). Ikatan primer yang terdiri dari ikatan ion (elektrovalen), ikatan kovalen (homopolar) dan ikatan logam. Sedangkan ikatan skunder lebih dikenal dengan nama ikatan Van der Waals yang merupakan ikatan lemah.

Ikatan ion (ikatan elektrovalen)

Ikatan ini terjadi sebagai akibat adanya gaya elektrostatik di antara ion-ionnya. Gaya ini timbul karena adanya elektron pada kulit terluar ditarik oleh unsur yang kulit terluarnya kekurangan elektron. Ikatan ion terdapat antara lain pada : NaCl, Mg0 dan WC.

Contoh : NaCI

Na : Na+ ( 3s1 terlepas), seperti konfigurasi Ne

Na : (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)-1 Ne : (1s)2(2S)2 (2p)6 Cl : (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2 (3p) -1 Ar : (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2(3p)6

Cl akan mencoba mencapai konfigurasi elektron Argon dengan menarik satu elektron dari Na.

Ikatan Kovalen

Ikatan ini terjadi antar atom sejenis karena pemakaian bersama dari elektron-elektron valensi oleh dua buah inti. Pemilikan elektron bersama ini ditujukan agar jumlah elektron pada lintasan terluar dapat terpenuhi. Yang menjadi dasar dari ikatan ini adalah model gas mulia. Seperti diketahui gas mulia tidak mau bereaksi dengan unsur lain. Sifat ini menunjukkan adanya kestabilan di dalam struktur atomnya. Gas-gas ini kecuali gas He mempunyai 8 elektron pada lintasan terluarnya. Dari sini dapat dilihat bahwa atom-atom yang jumlah elektron pada lintasan terluarnya yang juga disebut elektron valensi kurang dari 8, akan berusaha menarik elektron yang dimiliki oleh atom tetangganya yang juga

5

memerlukan tambahan elektron. Ikatan ini biasanya terjadi pada unsur dengan elektron valensi dari 4 sampai 7. Juga pada beberapa senyawa seperti CH4 dan NH3.

Contoh : - Molekul H2, masing-masing atom H mempunyai satu elektron Is, Maka masing-masing atom H mempunyai konfigurasi He

- Atom karbon 2 elektron 2p supaya mencapai konfigurasi Ne (6 elektron 2p), maka terjadi peminjaman 4 elektron dari atom c lainnya. Dan terbentuklah bidang empat (kubus intan).

- Ikatan kovalen bisa terjadi antara atom yang berbeda seperti CH4,dimana tiap atom karbon memakai bersama 4 elektron dari 4 atom H. Ikatan kovalen bisa terjadi antara atom yang berbeda seperti CH4 dimana tiap atom karbon memakai bersama 4 elektron dari 4 atom H.

Ikatan Logam

Terjadi pada unsur-unsur Gol IIB, IVB, VB dan seterusnya. Adalah unsur-unsur susunan transisi yang berupa logam. Mempunyai 3d yang belum terisi penuh, sedangkan 4s sudah terisi oleh elektron. Dengan adanya atomatom di sekeliling atom pusat memungkinkan terdapat cukup elektron jenuh pada kulit terluar, namun tidak cukup untuk lapisan/kulit bagian dalam. Akibatnya ada tarikan dari lautan elektron sehingga terjadi antar aksi tarik menarik antara ion positif dan elektron dan tolak menolak antara ion-ion positif. Ikatan logam menjelaskan secara umum tentang bagaimana atomatom logam terikat. Ikatan logam diperkirakan awan elektron yang bermuatan negatif mengelilingi ion-ion logam atau inti logam yang bermuatan positif. Awan elektron ini tersusun oleh elektron valensi dari unsur-unsur logam. Dengan demikian, ion-ion logam diikat satu sama lain oleh elektron-elektron valensi yang selalu bergerak.

Berdasarkan hal-hal tersebut di atas maka ikatan logam dapat dianggap sebagai ikatan ion. Tetapi bila dilihat bahwa ion-ion tersebut memiliki bersama elektron-elektron yang bergerak, maka ikatan logam dapat dianggap sebagai ikatan kovalen: Karena itu maka ikatan logam kadang-kadang disebut sebagai ikatan campuran antara ikatan ion dan ikatan kovalen.

E

Gambar 3 Gaya pengikat atom

6

Ikatan Van der Waals

Ikatan ini merupakan ikatan yang lemah. Disebabkan oleh tidak ratanya distribusi elektron. Distribusi elektron yang tidak merata menyebabkan gaya tarik menjadi lemah. Seperti yang telah diuraikan, yang menyebabkan terjadinya ikatan atom adalah adanya gaya tarik antar atom. Tetapi meskipun atom-atom tersebut diikat dengan gaya tarik, atom-atom tersebut tidak pernah bertemu satu sama lain. Ini berarti disamping gaya-gaya tarik ada gaya tolak yang menyebabkan atom mempunyai jarak tertentu antara satu sama lain. Karena adanya gaya tarik dan juga gaya tolak, maka atom-atom akan terletak pada suatu tempat dimana resultan antara gaya tarik dan gaya tolak besarnya sama dengan nol. Tempat tersebut akan ada pada suatu jarak tertentu dari atom yang lain, yang biasanya disebut jarak atom. Hubungan antara gaya tarik, gaya tolak dan jarak atom dapat dilihat pada Gambar 3 Gaya-gaya pengikat atom di atas.

7

BAB III STRUKTUR KRISTAL

Material padat seperti halnya logam terdiri dari susunan kristal. Ada material dengan kristal tunggal dan adapula material dengan kristal banyak (polycrystal) serta adapula yang non kristal (amorph) . Kristal merupakan susunan yang berulang dari set, satuan (cell unit). Sedangkan set satuan adalah bagian tunggal dari Kristal yang memiliki geometri yang tersusun oleh atom-atom. Selain dari jenis kristal di atas ada juga logam yang bersifat polymorph atau sering disebut dengan istilah allotropi seperti contoh pada besi murni yang dapat berubah bentuk set satuannya terhadap perubahan temperatur. Material kristal tunggal adalah material yang kuat bila dibandingkan dengan material kristal banyak. Kristal banyak akan membentuk orientasi butir ke segala arah, sehingga terbentuk batas butir(grain boundary). Batas butir akan melemahkan logam, oleh karena itu kristal banyak kekuatannya kurang dari kristal tunggal. Material kristal banyak disebut juga material isotropi yaitu memiliki sifat sama kesegala arah, sedangkan material unisotropy sifatnya tidak sama kesegala arah Sifat unisotropy inilah dasar dari perkembangan material komposit.

111.1 Sel Satuan

Kelompok atom terkecil yang merupakan bagian dari kristal logam yang tersusun dalam satu geometri tiga dimensi disebut set satuan (unit set). Seperti yang diterangkan pada Gambar 4 di bawah ini.

Gambar 4 Set satuan dengan koordinat x,y,z

Jenis jenis sel satuan untuk material padat ada 7 jenis seperti yang ditunjukkan pada

Table 2 berikut. Namun dari ketujuh jenis tersebut tidak semua termasuk untuk logam.

Sel satuan kubus

8

Sel satuan kubus untuk logam dibagi dua yaitu BCC (body-centred cubic) dan FCC (face-centred cubic). Sel satuan BCC Jumlah atomnya = 2 atom Jumlah atom terdekat yang menyentuhnya (bilangan koordinasi) = 8 APF(atomic packing factor) = volume atom sel satuan/ vol sel satuan = 0,68 Panjang kisinya (a) . = 4R√3 Sel satuan BCC seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5 (a) dan (b) di bawah ini terdiri dari 2 atom dimana satu atom terletak pada pusat kubus dan satu atom lagi terletak pada sudut kubus yang masing-masing sudut terdapat 1/8 bagian. Pada susunan atom BCC ini terdapat rongga atom primer dan sekunder dimana atom-atom yang sifatnya interstisi seperti atom-atom karbon dimana diameternya lebih kecil dari diameter unsur logam biasanya menempati rongga-rongga tersebut.

(a)

(b)

Gambar 5. (a) Sel satuan BCC,(b) tumpukan BCC

9

Tabel 2. Jenis-jenis sel satuan

Sel satuan FCC Jumlah atomnya = 4 atom. Jumlah atom terdekat yang menyentuhnya (bilangan koordinasi) = 12 APF (atomic packing factor) = 0,74 Panjang kisinya (a) = 2R√2 Sel satuan FCC seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6 di bawah ini. Satu sel satuan FCC memiliki 4 atom yang tersebar menjadi 2 atom pada permukaan dan dua atom pada sudut sel satuan. Sel satuan FCC memiliki jumlah atom yang lebih banyak dari pada sel satuan BCC. Logam dengan sel satuan ini seperti Tembaga, emas dan lain-lain yang sifatnya lebih ulet dari pada logam yang bersel satuan BCC.

10

Gambar 6. Sel satuan FCC

Sel Satuan HCP (Hexagonal Closed Pack) Jumlah atomnya = 6 atom Jumlah atom terdekat yang menyentuhnya (bilangan koordinasi) = 12 APF (atomic packing factor) = 0,74 Panjang kisinya (c/a) = 1,633 Sel satuan HCP seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7 di bawah ini

Gambar 7. Sel satuan HCP Densitas suatu unit sel dapat dihitung dengan suatu formula sebagai berikut :

dimana ; n = jumlah atom dalam unit sel A = berat atom

Vc = Volume unit sel NA = Bilangan Avogadro (6.023x 1623 atom/mol)

11

111.2 Arah dan bidang kristal

Penentuan arah dan bidang kristal adalah sangat penting di dalam sel satuan, hal ini dikarenakan suatu kristal logam memiliki arah dan bidang yang banyak sekali. Untuk mempermudah menyatakan arah dan bidang kristal, maka dinyatakan dalam suatu indeks yang disebut dengan indeks Miller.

Arah dan bidang kristal

Arah bidang kristal ditunjukkan pada Gambar 8 berikut :

Gambar 8 Arah kristal [100],[1101],[111] dalam sel

satuan

Pada arah bidang kristal [100] menyatakan bahwa arah dimulai dari titik pusat sumbu yang tegak lurus pada bidang kristal tersebut. Demikian juga untuk arah bidang kristal [I 10] dan [I 11 ] serta arah-arah yang lainnya. Kumpulan arah bidang [100] dinyatakan dengan symbol <100>. Artinya terdiri dari [100], [O10], [001], [-100],[0-10], [00-1].

Bidang kristal

Bidang kristal dapat diterangkan pada Gambar 9 berikut ini.

Gambar 9. bidang kristal (100) ,(110) ,(111) dalam sel satuan

12

111.3 Indeks Miller

Indeks Miller untuk bidang kristal dinyatakan dengan titik potong pada ketiga sumbunya. Sebagai contoh untuk indeks Miller pada bidang kristal (100) artinya bidang tersebut memotong sumbu x pada satu satuan dan sejajar pada bidang y dan z. Demikian juga bidang (110) artinya memotong sumbu x dan y pada satu sumbu z pada satu satuan dan sejajar sumbu z. Sedangkan untuk bidang (111) artinya bidang tersebut memotong ketiga sumbu pada satu satuan jarak. Sepertinya halnya arah bidang kristal, bidang kristal memiliki kumpulan atau keluarga bidang kristal. Dan dinyatakan dengan symbol { 1001} , { 110 }, dan { 111 } .

111.4 Material Kristal dan Non kristal

Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa logam merupakan sususan kristal dengan suatu orientasi . Pertemuan orientasi kristal disebut batas butir (grain boundary). Logam yang memiliki batas butir disebut logam polikristal sedangkan yang tanpa batas butir disebut logam single kristal. Logam single kristal kekuatannya lebih baik dari logam polikristal. Hal ini dikarenakan batas butir merupakan salah satu cacat kristal berupa cacat bidang. Sifat polymorph ada pada besi murni/ baja sangat lunak yang terkenal dengan sifat allotropi. Bentuk sel satuannya berubah sesuai temperatur. Bisa α(BCC) ------ γ(FCC) ------- δ(BCC) kembali. Logam polikristal dikatakan sebagai material isotropi karena sifat dan kekuatannya sama kesegala arah. Sedangkan logam single kristal merupakan material unisotropi dimana sifat dan kekuatannya tidak sama. Isotropi dan unisotropi inilah merupakan dasar dart material komposit. III.5 Analisa sinar X

Analisa sinar X merupakan satu metode eksperimen yang akurat didalam menganalisa dimensi kisi pada suatu struktur kristal logam.

Bila seberkas sinar X di tembakan pada suatu kristal logam melalui sebuah target/electron gun, maka akan dipantulkan oleh bidang atom atau ion-ion di dalam kristal. Sudut pantul tergantung pada panjang gelombang sinar X dan jarak antara bidang kristal. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10 (a) di bawah ini.

13

Gambar 10(a) Pantulan sinar X, (b) Pola difraksi untuk Cu (FCC), W(BCC),dan Zn(HCP)

Tinjau dua bidang sejajar A-A' dan B-B' dengan indeks Miller h,k dan 1 dan dengan jarak antar bidang dinyatakan d(hkl). Panjang gelombang monochromatic dan koheren k ditembakan dengan sudut θ. Dua berkas sinar 1 dan 2 diterima oleh atom P dan Q. Kemudian dipantulkan menjadi sinar 1' dan 2' juga dengan sudut θ. Jika perbedaan laluan antara 1-P-1' dan 2-Q-2' yaitu SQ+QT sama dengan jumlah seluruh dari panjang gelombang, maka kondisi pantulan dapat diungkapkan sebagai berikut ;

nλ = SQ+QT

nk = d(hkl) sin θ + d(hkl) sin θ = 2d(hkl) sin θ

Persamaan di atas dikenal dengan hukum Bragg. N adalah orde pantulan (1,2,3,...), d(hkl) adalah jarak antar bidang dan θ adalah sudut pantul.

Besaran dari jarak antar bidang atom d(hkl) adalah fungsi dari indeks Miller (h,k, dan 1) dan juga parameter kisi.

14

d(h,k,l) = 222 lkha++

Analisa sinar X dilakukan dengan alat difraktometer. Kristal logam yang akan dianalisa sudut difraksinya dibuat dalam bentuk serbuk. Spesimen S dalam bentuk pelat diletakan pada suatu dudukan yang dapat berotasi O. ditunjukkan pada Gambar 11 di bawah. Sinar X ditembakan pada sebuah target T dan intensitas pantulannya dideteksi pada konter C. Sudut datang θ dipantulkan ke detector dengan sudut pantul 2θ seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11 untuk pola pantulan serbuk timah (lead). Puncak dari intensitas sinar untuk setiap bidang kristal terlihat berbeda-beda dengan sudut pantulnya. Cara lain sinar difraksi dapat ditangkap dengan film fotografi sebagai pengganti konter C.

Kegunaan utama dalam sinar X adalah untuk penentuan struktur kristal. Selain itu juga untuk menentukan orientasi kristal dari kristal tunggal Laue fotograf dan juga dapat digunakan untuk identifikasi kimia logam sehingga dapat mengetahui komposisi logam. Dan tak kalah pentingnya dapat digunakan untuk penentuan tegangan sisa dan ukuran kristal.

Gambar 11.

Pola pantulan sinar x

15

BAB IV KETIDAK SEMPURNAAN KRISTAL

Pada prinsipnya bahwa kristal logam tidak ada yang sempurna. Ketidak sempurnaan kristal tersebut dalam bentuk cacat/defect. Cacat pada logam tidak dapat dihindari atau dihilangkan, namun hanya dapat dikurangi dengan suatu proses annealing, stress relief, rekristalisasi, homogenisasi. Cacat-cacat dapat berupa cacat bawaan ketika dalam proses pembuatannya atau bahkan cacat akibat proses lanjutan seperti proses mesin, pembentukan dan lain-lain. Cacat/defect tersebut dapat melemahkan atau menurunkan kekuatan logam tersebut.

Logam yang memiliki cacat yang sedikit akan memiliki kekuatan yang sangat baik. Namun untuk membuat logam dengan cacat yang sangat sedikit adalah tidak mudah sebagai contoh serat whiskers adalah logam yang memiliki cacat yang sedikit dan kekuatannya sangat baik. Namun masih dalam ukuran yang kecil berupa serat logam. Serat whiskers sering digunakan untuk bahan komposit sebagai penguat.

Cacat pada kristal tersebut dapat berupa cacat titik, cacat garis, cacat bidang dan cacat volume.

IV.1 Cacat titik (point imperfection)

Cacat titik dapat berupa vacansi, interstisi dan substitusi. Vakansi adalah hilangnya atom pada kedudukannya selama proses pembekuan dan juga akibat getaran atom sehingga terjadi perpindahan atom dari posisinya. Getaran ini dapat disebabkan adanya kenaikan temperatur. Cacat interstisi disebabkan karena adanya suatu atom yang menyusup diantara atom lain. Biasanya terjadi pada larutan padat antara logam dan non logam seperti besi dan karbon dimana atom karbon ukuran lebih kecil dan menyusup diantara atom besi sehingga terjadi medan tegangan. Sedangkan cacat titik substitusi terjadi pada larutan padat antara logam dan logam dimana suatu atom logam menggantikan kedudukan atom yang lain sehingga terjadi substitusi. Cacat titik ditunjukkan pada Gambar 12 di bawah ini.

Gambar 12 cacat titik

16

Cacat titik substitusi ditunjukkan pada Gambar 13 di bawah ini. Cacat titik jenis ini terjadi substitusi atom antara dua atau lebih unsur yang bercampur. Hal ini sering terjadi pada proses pengecoran logam. Cacat titik substitusi terjadi antara unsur logam dan logam yang diameter atomnya relatif sama besar. Sedangkan pada Gambar 12 di atas cacat titik interstisi serin terjadi antara logam dan non logam dimana diameter atom interstisi relatif kecil dibanding diameter atom dimana dia berada.

Gambar 13. Cacat substitusi dan interstisi

IV.2 Cacat garis (line imperfection)

Cacat garis dalam hal ini berupa dislokasi. Dislokasi terdiri dari :

l. Dislokasi sisi (edge dislocation) 2. Dislokasi ulir (screw dislocation) 3. Dislokasi campuran (mixed dislocation)

Dislokasi sisi adalah cacat kristal yang berbentuk garis/ satu dimensi dimana terjadi pemutusan beberapa atom pada rantainya. Seperti ditunjukkan pada Gambar 14 di bawah. Cacat garis dislokasi memiliki fenomena tersendiri selain sebagai suatu cacat garis maka dislokasi akan memperlemah logam. Namun disisi lain dislokasi dapat meningkatkan kekuatan logam dengan cara terjadinya perbanyakan dislokasi, sehingga dislkasi akan berlipat ganda terjadi reaksi dislokasi.

Jika dislokasi terus bergerak dan pada akhirnya mencapai permukaan maka dapat dikatakan terjadinya deformasi plastis yang disebabkan terjadiya sliding/pergeseran mencapai permukaan.

17

Gambar. 14 Dislokasi sisi

Pada Gambar di atas ditunjukkan bahwa dislokasi sisi tegak lurus bidang halaman. Besaran dan arah suatu pemutusan kisi kristal dinyatakan dengan vector Burgers (b). Jadi pada dislokasi sisi dicirikan dengan garis dislokasi tegak lurus vector burger.

Dislokasi ulir adalah cacat garis dimana pergerakannya seperti arah ulir, seperti pada Gambar 15 di bawah. Dimana garis dislokasi sejajar dengan vector Burgers. Kebanyakan dislokasi yang ditemukan dalam kristal dapat juga berbentuk dislokasi campuran.

Gambar 15 (a) dislokasi ulir, (b) Tampak atas Dislokasi sisi, ulir, dan campuran.

18

IV.3 Cacat bidang (surface imperfection)

Cacat bidang merupakan cacat dua dimensi dapat berupa batas butir bersudut rendah (low angle grain boundary), kembaran (twinning), batas butir (polikristal) dan salah tumpuk (stacking fault).

Batas butir seperti pada polikristal merupakan merupakan suatu kelemahan dari logam, jadi batas butir merupakan suatu cacat bidang Demikian juga batas butir yang bersudut rendah kekuatannya lebih rendah dari batas butir biasa pada polikristal.

Gambar 16. Cacat-cacat bidang

IV.4 Cacat volume (volume imperfection)

Cacat volume adalah merupakan cacat kristal yang berbentuk tiga dimensi. Cacat ini sangat menurunkan kekuatan logam dan lebih bersifat makro secara visual seperti adanya pori-pori, rongga udara, lubang, notch, goresan dan lain-lain. Cacat volume cacat makro yang sangat berbahaya adalah berupa retak (crack). Hal ini dikarenakan konsentrasi tegangan yang terjadi di sekitar retak jauh lebih tinggi dari cacat volume yang lainnya.

19

Cacat volume seperti yang ditunjukkan pada Gambar 17 di bawah ini adanya lubang dan notch yang dapat menciptakan konsentrasi tegangan pabagian ujungnya. Konsentrasi tegangan ini dapat menjadi awal dari perambatan retak dan pada akhirnya dapat menyebabkan patah.

Gambar 17. cacat-cacat volume

20

BAB V

SIFAT MEKANIK LOGAM Pada bab V ini akan dibahas mengenai sifat mekanik logam. Seperti yang diketahu selain dari sifat mekanik, logam memiliki beberapa jeis sifat lain seperti sifat fisik, sifat kimia, dan sifat teknologi. Naun dalam bab ini lebih banyak dibahas mengenai sifat mekanik. Sifat mekanik loam dapat berupa kekuatan, kekerasan, ketangguhan, keuletan, kekakuan, modulus elastisitan. Sifat mekanik sangat dipengaruhi oleh beban luar baik secara elastis maupun secara plastis. V.1 Deformasi Elastis dan Plastis

Deformasi adalah suatu perubahan bentuk dari logam akibat ada beban luar. Deformasi dapat berupa elastis (sementara) atau plastis (tetap). Deformasi elastis secara mikro terjadi pergeseran atom pada suatu sudut geser namun rantai atomnya belum terputus. Hal ini terjadi secara linier. Secara makro deformasi elastis terjadi perubahan bentuk sementara selama beban bekerja. Jika beban ditiadakan kembali kebentuk semula. 'Sedangkan deformasi plastis terjadi pergeseran atom hingga terputusnya rantai atom. Dan secara makro terjadi perubahan bentuk tetap meskipun beban yang bekerja ditiadakan. Deformasi elastis dan plastis yang secara mikro ditunjukkan pada Gambar 18 di bawah ini.

21

Gambar 18 Deformasi elastis dan plastis

V.2 Pengujian Tarik (tension test)

Pengujian tarik dilakukan pada sebuah mesin tarik. Mesin tarik akan mencatat l. Beban yang dialami logam

2. Perpanjangan yang dialami logam

Hubungan antara beban dan perpanjangan

Gambar 19 Diagram tarik

Keterangan : OA merupakan garis lurus dimana pertambahan panjang sebanding lurus dengan beban. Sifat bahan disini mengikuti hukum Hooke yaitu :

Δ L = C AoPLo .

Dimana : Δ L = perpanjangan C = konstanta

22

Lo = Panjang awal P = beban

Ao = Penampang awal Dimana : c = l/E, dan E disebut modulus elastis

Dari mulai titik A logam mulai mulur (yielding), mencapai titik B sebagai beban maksimum dan akhirnya patah pada titik C. Biasanya besaran yang dipakai adalah tegangan dan regangan.

Tegangan(stress) :

adalah beban persatuan luas penampang

σ = P/Ao [ N/mm2] atau kgf/mm2

σ sering disebut engineering stress atau tegangan teknik

Ao adalah luas penampang awal yang merupakan konstanta

e = regangan (strain) adalah perpanjangan persatuan panjang dan sering disebut engineering strain atau regangan teknik e = A L/Lo (%) atau mm/mm Lo = panjang ukur awal yang merupakan konstanta

Maka diagram tarik di atas dalam besaran σ dan e yang bentuknya tetap sedangkan absis dan ordinatnya adalah σ dan e. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20 di bawah ini.

23

σ(MPa)

Gambar 20 Kurva σ - e

σp = Batas proporsional yaitu tegangan tertinggi dimana hubungan σ-e

masih mengikuti hukum Hooke σE = Batas elatis, yaitu tegangan tertinggi yang

belum memberikan regang an plastis σy = batas mulur (yielding), yaitu tegangan terendah yang

telah memberikan regangan plastis atau tegangan yang mulai memberikan tegangan plastis

Secara teoritis σE berimpit dengan σy. Sering dinyatakan dengan σ0.01 atau σ0.2 yaitu σy tegangan yang memberikan regangan 0.01 % atau 0.2 %

σu = Tegangan maksimum/ultimate atau kekuatan tarik bahan adalah tegangan tertinggi yang bisa dialami oleh bahan tersebut dan merupakan ukuran kekuatan hagam.

σf = Tegangan patah / fracture stress.

Luas bidang di bawah kurva P - ΔL merupakan ukuran energi yang diserab/absorb oleh bahan P[N] x 0 L[m]. Sedangkan luas bidang di

24

bawah kurva σ- e merupakan energi yang diabsorb persatuan volume bahan. σ [N/m2] x e [m/m] = σ. e[Nm/m3].

Sebagian energi tersebut dikembalikan oleh bahan karena sifat elastisnya yang ditunjukkan oleh Δ EDF. Energi yang dikembalikan ini disebut energi resilience elastis.

Energi yang diserab oleh logam tersebut merupakan ukuran ketangguhan (toughness) logam tersebut. Regangan ep merupakan ukuran liatnya suatu logam .

σu adalah kekuatan tarik atau ultimate strength yang merupakan ukuran kekuatan suatu logam.

Diatas σE selalu terjadi regangan plastis, regangan terdiri dari : regangan plastis ep dan regangan elastis eE.

Regangan elastis eE akan hilang apabila beban ditiadakan.

Apabila beban sedemikian sehingga mencapai σ di D, kemudian beban ditiadakan maka jarum penunjuk rnnengikuti garis lurus //OA yaitu garis DE. Apabila beban dinaikkan lagi maka jarum akan mengikuti garis ED. Pada peristiwa turun naik tersebut di atas terjadi gejala Histerisis.

Gambar 21 kurva tegangan-regangan dan hubunganya

25

Gambar 21 Spesimen uji

Pada waktu penarikan terjadi :

l. Deformasi uniform (seragam) sebelum σu

2. Deformasi setempat (necking) terjadi setelah mencapai σu

3. Patah teradi pada tempat dimana penampangnya terkecil.

Tegangan dan Regangan sebenarnya (σs - ε) (true stress - true strain) σs = tegangan sebenarnya σs = Pi/Ai = Pi/Ao x Ao/Ai = σ.Ao/Ai

Penarikan terjadi pada volume konstan Ao.Lo = Ai.Li

Ao/Ai = Li/Lo = ( Lo + ΔL)/ Lo = 1 + e

σs = σ (l+e)

Sedangkan :

ε adalah regangan sebenarnya atau true srain ε = Σ =+++ −−− ....2

231

121L

LLL

LLLo

LoL Σ Li

LiΔ

ε = ∫ dLi/Li = ln Li/Lo Ln (1+e)

26

ε = ln Li/lo = ln Ao/Ai = 2 ln do/di Hubungan antara tegangan sebenarnya dan regangan sebenarnya didekati diantaranya oleh persamaan paris

dan s Persamaan Paris σs = k. εn

dimana ; k = tegangan pada ε = 1 = koefisien kekuatan

n = koefisien pengerasan regangan

n = 0,54 (cu lunak), 0,10(baja 0,6%), 0,26(baja lunak)

Hubungan anatar tegangan sebenarnya dan regangan sebenarnya ditunjukkan pada Gambar 22 di bawah ini.

27

e, ε

Gambar 22 kurva hubungan σs - ε Dimana :

σs = k. ε n, log σs = log k. εn, log σs = log k + n log ε

Gambar 23 kurva log σs- log ε

28

V.3 Pengujian Tekan (compression test)

σc = - P/A [N/mm2]

tanda minus menunjukkan arah pembebanan berlawanan dengan arah pembebanan tarik. Umumnya untuk logam tegangan tekan lebih besar dari tegangan tarik. Namun pada prakteknya tegangan tekan sering diasumsi sama dengan tegangan tarik. Pada uji tekan tidak terjadi necking. Untuk bahan yang ulet terj adi swelling dan untuk bahan getas materialnya sering pecah seperti ditunjukan pada Gambar 24 di bawah. Pengujian tekan lebih banyak terpakai pada disiplin ilmu Teknik Sipil. Sedangkan pada Teknik Mesin lebih cendrung kepada uji tarik.

Gambar 24 Uji tekan

V.4 Pengujian Lentur (bending test)

29

Gambar 25 Pengujian lentur

ML = p/2. L2 = 2 ∫ Fx. x = 2 ∫ a. dx. σx dimana dA =

a. dx, σx/x = σm/1/2b = 2a ∫ x2. dx = 4 a/b σm. ∫ 1l3 x3l 1/2b = 1 /6. ab2. σm jadi : σm Mb/ab2

V.5 Pengujian Puntir (Torsion test)

30

Gambar 26 Pengujian Torsi

Mt = ∫ τ.r.dA = ∫ τ.r.Π2r.dr τ = r/ R . τmaks = ∫ r/R . τmaks.2Πr2.dr

= 2 Πτmaks/R ∫ r3.dr = 2 R τmaks/4R)(R4) = 2Π τmaks/4)(R3), D = 2 R Mt = (n/ 16) τmaks. D3

τmaks = 16 Mt/Π D4 Untuk silinder massif/pejal V.6 Pengujian tumbuk/impact

Pengujian tumbuk/impak bertujuan untuk mempelajari karakteristik bahan terhadap beban tiba-tiba/tumbuk. Pada pengujian dinamis ini spesimen uji dengan ukuran standard dijatuhi beban tiba-tiba oleh sebuah bandul pemberat dari suatu ketinggian tertentu untuk mendapatkan energi potensial. Seperti ditunjukkan pada Gambar 27 di bawah.

Gambar 27 Pengujian impak

31

Ada dua metode pengujian impak yaitu : l. Metode Charpy : Metode ini dilakukan dengan posisi benda uji yang diletakan secara

horizontal. 2. Metode Izod : posisi benda uji diletakan secara vertikal.

Pada pengujian impak terlihat fenomena baja ulet dapat berubah menjadi Getas disebabkan oleh tiga hal :

1. Adanya beban tiba-tiba 2. Temperatur rendah (cryogenic temperature) 3. Adanya notch/ takik pada benda uji. Ketiga kondisi di atas akan tampak jelas pada material logam dengan sel satuan BCC,

sedangkan untuk material FCC fenomena di atas tidak begitu tampak.

V.7 Pengujian lelah/fatigue

Uji lelah adalah salah satu uji dinamik, dimana ciri pembebanannya adalah beban bolak balik/berulang. Beban bolak balik dapat berupa tariktekan, torsi, bending atau gabungan. Beban fatigue terjadi pada kondisi elastis, yaitu sebelum beban luluh (yield). Fatigue didalam aplikasi teknik sangat sering terjadi. Dari studi literatur menyebutkan lebih dari 70 % kerusakan komponen Teknik disebabkan oleh fatigue. Pengujian di laboratorium dilakukan dengan alat uji fatigue guna mengetahui ketahan fatigue/ endurance limit suatu logam, mesin fatigue dapat berupa :

Tension - compression fatigue machine Torsional fatigue machine Reversed/repeated bending fatigue machine Three point bending fatigue machine Four point bending Repeated torsion fatigue machine

32

Gambar 28 kurva tegangan-siklus

Untuk mengetahui ketahan fatigue suatu logam sering dilihat dari hubungan antara tegangan dan siklus. Yang disebut dengan S-n curve atau Wohler diagram. Endurance limit khusunya untuk baja lunak lebih tampak pada asimtot kurva menunjukan ketahan lelah secara empiris ditunjukan dengan nilai

σE = 0,34. σu D i m a n a : σE = tegangan σ endurance = ketahanan fatigue σu= T e g a n g a n m a k s i m u m

Gambar 29 kuva S-N

Pada kurva hubungan antara S dan N pada Gambar 29 di atas, terlihat dua jenis kurva utuk dua jenis material yaitu material baja lunak dan material non fero seperti aluminium alloy. Pada kurva baja lunak terlihat bahwa ketahanan fatiguenya lebih jelas daripada material nonfero. Dengan kata lain ketahanan fatigue untuk material non fero tidak ada atau tidak jelas. Karena ketahanan fatigue merupakan asimtotik terhadap kurva tersebut.

V.8 Pengujian mulur/Creep & Stress Rupture

33

Uji creep adalah uji statik untuk mengetahui kemampuan mulur suatu bahan logam. Dalam hal ini regangan (ε) merupakan fungsi dari waktu (t).

ε = f (t)

Gambar 30.Uji creep

Gambar 31 kurva ε – t

Tegangan yang menghasilkan laju creep 0.00001% perjam atau 1 % per 10000 jam atau 1 % per 100000 jam dapat disebut kekuatan mulur (creep). Yang pertama dipakai untuk material motor jet sedangkan yang kedua dipakai untuk material turbin uap.

34

Pengujian stress rupture adalah pengujian creep yang dilakukan pada temperatur tinggi hingga patah, sehingga dengan temperatur tinggi laju creepnya tinggi.

Tabel 3. Perbandingan creep dan stress rupture creep Stress rupture

1.Untuk mencari waktu untuk l. Untuk menentukan laju mematahkan pada beban

mulur minimum pada nominal tertentu pada temperatur beban rendah tinggi

2. total strain 0,5 % 2. Total strain sampai 50 %

3. waktu 2000 - 10000 j am 3. waktu 1000 Jam

Hasil pengujian stress rupture di plot pada skala log seperti pada Gambar 32 di bawah di bawah ini.

Gambar 32 beberapa kurva stress rupture

V.9 Pengujian Kekerasan (hardness test)

35

Kekerasan adalah ukuran ketahanan logam terhadap deformasi plastis. Deformasi plastis dalam hal ini dapat berupa goresan, penekanan dan secara dinamik. Logam yang kuat biasanya diikuti oleh kekerasan yang meningkat, sebaliknya logam yang tidak kuat biasanya lunak. Namun logam yang sangat keras biasanya getas dan hal ini tidak baik dalam sifat mekaniknya.

Pengujian kekerasan dengan penekanan terdiri dari : - Brinell

- Rockwell - Vickers - Micro hardness test - Meyer Metode dengan goresan : metode ini dahulu menggunakan skala Mohs sebagai indikator kekerasan. Dimana skala 1 s/d 10 digunakan untuk angka kekerasan material yang paling lunak yaitu talk/powder dengan skala 1 hingga intan dengan skala 10. Metode ini sangat kuantitatif sekali. Metode dinamik : Terkenal dengan metode Shore Scleroscope, yaitu metode dengan pantulan bola baja (rebound) ke permukaan benda uji.

Gambar 33. metode Shore Scleroscope

Metode Brinell : P

36

D

Gambar 34 Pengujian Brinnel

BHN = P/A [kgf/mm2]

Luas bidang penekanan = A = Π x D x h

h = D/2- X

= D/2 - 2

22

2 )()( dD −

dimana : D = diameter bola

d = diameter bekas penekanan yang diukur dibawah mikroskop = D/2- ½ 22 dD − = 1/2 (D- 22 dD − )

Luas A = 2/D∏ (D- 22 dD − )

BHN =

222 ( dDD

PD −−∏

Metode ini dilakukan dengan suatu alat uji dengan cara penekanan dengan menggunakan indentor bola baja atau bola karbida. Diameter bola baja bias 10,7, 5 mm dengan beban P = 30 D2 untuk baja dan P = 5 D2 untuk bukan baja. Biasanya beban yang digunakan 3000 kgf, 1500 kgf dan 500 kgf. Indentor bola karbida biasanya digunakan untuk material logam yang sangat keras seperti baja karbon tinggi, baja tahan aus dan sebagainya. Metode Rockwell :

Metode ini menggunakan indentor kerucut intan atau bola baj a. Metode ini lebih efisien dari metode lain. Indentor kerucut intan lebih cocok untuk material keras sedangkan bola baja lebih cocok untuk material yang lebih lunak. Beban yang diberikan terdiri dari beban minor/awal sebesar 3 kgf yang gunanya untuk memecah lapisan tipis yang ada

37

dipermukaan benda uji. Kemudian dilanjutkan dengan beban mayor/utama sebesar 10 kgf, 15 atau 45 kgf.

Gambar 35 Uji Rockwell

Tabel 4. skala pengujian Rockwell

Skala Penekanan Beban (kgf) Warna skala

B, RB C,Rc

Bola baja 1/16 inch Intan

100 150

Merah Hitam

A,Ra Intan 60 Hitam

D Intan 100 Hitam E Bola baj a 1/8 inch 100 Merah F Bola baja 1/16 inch 60 Merah G Bola baja 1/16 inch 150 Merah H Bola baja 1/8 inch 60 Merah K Bola baja 1/8 inch 150 Merah L Bola baja 1/4 inch 60 Merah M Bola baja'/4 inch 100 Merah P Bola baja'/4 inch 150 Merah R Bola baja 1/2 inch 60 Merah S Bola baja'/2 inch 100 Merah

V Bola baja'/2 inch 150 Merah

38

Metode Vickers :

Metode ini menggunakan indentor pyramid intan yang dipasang pada suatu alat uji Vickers. Metode ini cukup teliti namun kurang efisien. Ada juga metode mikro Vickers dengan beban kurang dari 10 kgf. Untuk makro Vickers beban yang digunakan bervariasi mulai dari 10,30,50,100,dan 120 kgf.

Gambar 35. Pengujian Vickers

Luas penampang penekanan A = od

68sin2

2

mm2

VHN = P/A [kgf/mm2]

= 1,854 2dP

[ kg f/mm2]

dimana : d = diameter rata-rata Micro Hardness test

Pengujian kekerasan mikro bertuluan untuk mengetahui kekerasan suatu fasa dari logam uji. Alat uji kekerasan mikro biasanya dilengkapi dengan mikroskop metalurgi. Sehingga sebelum melakukan uji kekerasan terlebih dahulu diamati struktur mikro dan fasa yang akan di uji.

Metode Knoop (KHN)

KHN = P/Ap

39

Gambar 36 Pengujian kekerasan

Dimana : P = beban (kgf)

Ap = Luas penekanan

L = Panjang diagonal terpanjang C = konstanta

Metode Meyer (kekerasan Meyer)

dimana : Pm = 224

dP

rP

∏∏=

Meyer’s law = P = k. dn

P = beban (kgf)

d = diameter n = eksponen Meyer k = konstanta kekuatan

Hubungan Antara Kekerasan dan Kekuatan

σu = 500. BHN lb/in2

40

Untuk baja karbon biasa dikeraskan dan untuk baja paduan medium

σu = 1/3 Pm = 0, 3 3 Pm (kgf/mm2)

Bahan di atas yang tidak di strain hardened

σu = 470. BHN lb/in2 Tidak berlaku untuk logam lain

BAB VI DISLOKASI DAN MEKANISME PENGUATAN

Seperti yang dijelaskan pada Bab-Bab sebelumnya bahwa dislokasi merupakan salah satu cacat kristal berupa garis. Dengan adanya cacat ini akan menurunkan kekuatan logam. Namun dislokasi tidak bisa dihilangkan/ dihindari namun hanya bisa dikurangi. Seandainya suatu kristal logam dapat dibuat tanpa dislokasi, maka kekuatan mulurnya dapat 1/6 Dari modulus elastisnya atau 1000-10.000 kali kekuatan mulur kristal dengan dislokasi. Material ini baru dapat dibuat dalam ukuran kecil berupa serat yang disebut wisker. Kristal logam biasa dapat mengandung dislokasi sebanyak 105- 108 cm/cm3 meskipun telah dianil/dilunakan. Jika logam dideformasi plastis dengan pengerjaan dingin maka dislokasi akan meningkat/berlipat ganda mencapai 1011-1013 cm/cm3. Hal mil karena terjadi reaksi dislokasi sehingga terjadi perbanyakan dislokasi. Dislokasi yang sudah ada bergerak dan dengan adanya penghambat/obstacle yang menyebabkan penggandaan dislokasi. Hal ini sejalan dengan teori Frank read mengenai perbanyakan dislokasi. Model Perbanyakan dislokasi Frank Read diterangkan sebagai berikut :

41

Gambar 37 Model dislokasi Frank Read

Dislokasi merupakan cacat garis pada kristal logam yang merupakan pemicu dari setiap mekanisme penguatan logam. Jadi dasar dari teori penguatan logam tidak bias dilepaskan dari dislokasi. Hanya saja pergerakan dislokasi dalam rangka untuk memperbanyak diri seperti yang diterangkan oleh Frank Read sering kali penghambatnya banyak cara seperti yang diterangkan selanjutnya. VI.1 Penguatan Regangan (strain hardening)

Penguatan regangan atau strain hardening adalah fenomena dimana logam yang ulet menjadi lebih keras dan kuat akibat deformasi plastis atau cold working. Kadang-kadang untuk menyatakan tingkat deformasi plastis dinyatakan dalam % pengerjaan dingin (% CW = cold working);

% CW = AoAAo 1− x 100

dimana : Ao adalah penampang awal, A1 adalah penampang setelah diseformasi plastis.

Fenomena penguatan regangan didasarkan pada interaksi dari medan regangan dislokasi. Kerapatan dislokasi di dalam logam akan meningkat seiring dengan adanya deformasi plastis atau pengerjaan dingin. Akibatnya jarak antar dislokasi semakin rapat sehingga dislokasi akan bertemu satu sama lain sehingga akan menyebabkan reaksi dislokasi dan akhirnya dislokasi menjadi bertambah. Akibatnya penguatan akan terjadi. Seperti ditunjukkan pada Gambar 38 di bawah.

42

Gambar 38. Kekuatan luluh beberapa jenis material

VI.2 Penguatan Dengan Penghalusan Butir

Salah satu metode penguatan pada logam dengan memperkecil /memperhalus butir struktur mikronya. Hubungan antara kekuatan luluh dan diameter butir dijelaskan oleh persamaan Hall Petch berikut :

σy = σi + kd-1/2

dimana σy adalah kekuatan luluh, σi dan k adalah konstanta bahan dan d adalah diameter butir. Jika diameter d diperkecil maka σy akan meningkat sesuai dengan persamaan di atas.

Butir yang semakin kecil akan memperbanyak batas butir, sehingga batas butir akan menghambat gerakan dislokasi. Juga akibat banyaknya batas butir akan merubah arah bidang slip sehingga tidak mudah slip artinya tidak mudah terdeformasi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 39 di bawah.

43

Gambar 39 Penguatan batas butir

VI. 3 Penguatan Larutan Padat (solid solution strengthening)

Penguatan ini disebabkan oleh impurities atom dari pemaduan logam sehingga terjadi larutan padat substitusi atau interstisi. Logam yang murni akan bersifat lunak dan lemah. Dengan adanya larutan padat akan meningkatkan kekuatan dan kekerasan.

Logam paduan akan lebih kuat dari logam murni disebabkan oleh impuritis atom pemadu yang dapat menimbulkan regangan elastis di medan antar kisi. Medan antar kisi berinteraksi antara dislokasi yang ada dan impurities atom. Akibatnya gerakan dislokasi menjadi terhambat sehingga terjadi reaks dislokasi yang memicu terjadinya perbanyakan dislokasi. Penguatan larutan padat substitusi dan interstisi ditunjukkan pada Gambar 40 dan 41 di bawah.

Gambar 40 (a) medan regangan kisi tarikan pada atom akibat Interstisi atom, (b) munculnya dislokasi sisi

44

Gambar 41 (a) regangan tekan/tolak atom substitusi antar kisi, (b) timbulnya dislokasi dislokasi sisi diantara impurities atom

VI.4 Penguatan Fasa kedua (Second Phase hardening)

Penambahan unsur paduan pada suatu logam sering kali menghasilkan pula fasa kedua yang berupa senyawa. Sebagai contoh besi yang dipadu dengan karbon akan memiliki fasa ferit dan senyawa Fe3C (simentit). Fasa ferit bersifat lunak dan ulet, sedangkan senyawa Fe3C bersifat sangat keras dan rapuh.

Dari aspek mikro, maka gerakan dislokasi yang relatif mudah pada fasa ferit akan terhambat oleh fasa Fe3C. Dengan demikian jelaslah bahwa baja yang kadar karbonnya lebih tinggi akan bersifat lebih keras karena fasa simentitnya relatif lebih banyak. Mekanisme penguatan oleh fasa kedua semcam ini disebut penguatan fasa kedua.

VI. 5 Penguatan endapan (precipitation hardening)

Usaha penguatan dengan Fasa kedua seperti dijelaskan sebelumnya dapat ditingkatkan lagi dengan mengusahakan agar fasa kedua yang terjadi berbentuk halus dan tersebar merata.

Penguatan dengan adanya endapan jenuh pada suatu paduan seperti A1 - Cu, atau tembaga-beryllium. Dimana larutan padat jenuh sebagai fasa kedua akan terjadi bila suatu paduan tersebut dipanaskan pada suatu temperature elevasi dan kemudian di quench kedalam air. Seperti pada Al -Cu , endapan jenuh CuAl2 terbentuk dalam keadaan jenuh.

VI.6 Penguatan dispersi (partikel halus)

Penguatan dispersi terjadi pada proses metallurgi serbuk/powder metalurgi. Dimana proses kompaksi yang diikuti oleh proses sintering dilakukan kepada pencapuran serbuk keras kepada serbuk matriks yang bersifat ulet. Akibatnya partikel keras tadi akan memicu gerakan dislokasi dan menghambat gerakannya. Akibatnya terjadi reaksi dislokasi dan terjadilah perbanyakan dislokasi. Sehingga kekerasan dan kekuatannya menjadi meningkat.

45

Contohnya logam SAP (sintered aluminum product) yang dibuat dari serbuk aluminium yang dicampur dengan partikel Al2O3 yang kemudian diproses dengan metalurgi serbuk. Sifat mekanik SAP akan lebih unggul dari pada paduan Al, khusunya pada suhu yang relatif tinggi.

VI.7 Penguatan martensit

Penguatan dengan metode ini terjadi ketika material baja yang memiliki kadar karbon relatif tinggi dilakukan proses quenching/ pendinginan tiba-tiba ke dalam media yang memiliki yang laju pendinginannya cepat seperti air. Baja yang dipanaskan hingga suhu austenit ditahan (holding time) lalu dicelupkan ke dalam air. Hal ini terjadilah tranformasi fasa dari γ (austenit) yang Fcc menjadi martensit BCT dengan mekanisme geser.

Fasa martensit ini sifatnya keras dan getas. Sehingga untuk mengurangi kegetasannya sering dilakukan proses lanjutan seperti proses temper. Fasa yang keras ini akan menghambat gerakan dislokasi.

VI.8 Penguatan Teksture

Penguatan ini sering disebut juga preferred orientation. Terjadi pada logam yang mengalami deformasi yang besar seperti pada proses roll atau penarikan kawat (wire drawing). Pada proses ini akan terjadi orientasi butir yang terarah pada arah regangan maksimum. Logam yang orientasi kristal-kristalnya mengarah tertentu ini dikatakan memiliki tekstur kristalografis.

Mengingat orientasinya yang tertentu tadi, maka logam tersebut tidak lagi bersifat isotrop, melainkan justru bersifat anisotrop, khususnya dalam hal kekuatannya.

Tekstur yang terjadi akibat proses pembentukan disebut tekstur deformasi. Proses rekristalisasi akan membentuk tekstur yang lain lagi yang disebut tekstur rekristalisasi.

Sifat anisotropi karena adanya tekstur ini telah dengan sengaja dapat dimanfaatkan pada berbagai penggunaan. Sebagai contoh profil paduan aluminium hasil proses ekstrusi diusahakan agar mempunyai tekstur <111> yang akan memiliki kekuatan yang lebih tinggi dari pada tekstur <100>. Beberapa jenis penguatan dperlihatkan pada Gambar 42 di bawah ini.

46

Gambar 42 (a). penghalusan batir (b) penguatan regangan (c) larutan padat dan presipitasi (d) disperse (e)martensit (f) tekstur

BAB VII DIFFUSI

47

Proses diffusi adalah fenomena perpindahan massa material oleh gerakan atom. Hal ini dapat terjadi baik pada fasa cair, gas ataupun padat.

Fenomena diffusi ditunjukan dengan menggunakan pasangan difusi (diffusion couple) yang dibentuk dengan penggabungan dua batang logam yang berbeda bersama-sama dimana kedua permukaan dihubungkan seperti digambarkan untuk tembaga dan nikel pada Gambar 43 Terlihat suatu gambaran skematik posisi atom dan komposisi pada penampangan bidang berhadapan. Kedua logam yang berhubungan ini dipanaskan untuk waktu yang lama pada tingkat temperatur tertentu tetapi dibawah temperatur cair kedua material. Analisa kimia akan tampak seperti ditunjukkan pada Gambar 44. Hasil ini menunjukkan atom tembaga berpindah atau berdifusi ke dalam nikel dan sebaliknya nikel berdifusi kedalam tembaga. Proses ini dimana atom dari satu logam berdiffusi ke logam lain dinamakan interdiffusi atau diffuse impurity . Difusi juga terjadi pada logam murni tetapi semua atom berpindah posisi pada jenis yang sama dan disebut dengan self diffusion.

Gambar 43 Pasangan diffusi tembaga dan nikel sebelum dipanaskan

48

Gambar 44 Pasangan diffusi tembaga dan nikel Setelah dipanaskan

Dari gambaran secara atom, diffusi sebagai perpindahan atom satu sisi kisi (lattice site) ke sisi kisi yang lain, kenyataannya atom dalam material padat bergerak tetap atau konstan, dengan cepat mengalami perubahan posisi. Dua syarat terjadinya perpindahan atom adalah

1. Harus ada tempat berhadapan yang kosong 2. Atom harus mempunyai energi yang cukup untuk memutuskan

Ikatan dengan atom tetangganya dan kemudian menyebabkan terjadinya distorsi kisi selama perpindahan. Aplikasi teknik dari fenomena diffusi sering ditemui seperti pada proses pengerasan permuon kaan pada roda gigi atau sering disebut proses karburisasi. Dimana atom karbon terdiffusi ke permukaan sehingga mengakibatkan permukaan roda gigi menjadi keras dan tahan aus.

Untuk diffusi pada keadaan stedi, maka fluks diffuse diatur oleh hukum Ficks yang berbunyi ;

J = -D dxdC

dimana ; D = koefisien diffusi

dan XBXACBCA

xC

dxdC

−−

ΔΔ ==

adalah gradient konsentrasi Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 45 di bawah ini

49

Gambar 45 diffusi keadaan stedi

50

BAB VIII DIAGRAM FASA KESETIMBANGAN

Paduan logam pada setiap komposisi dan temperatur tertentu akan terdiri dari fasa atau campuran fasa tertentu. Hubungan antara fasa-fasa yang setimbang dalam suatu system dengan temperatur dan komposisi biasanya dinyatakan dalam suatu "peta" atau diagram. Karena itu diagram yang terbentuk disebut diagram fasa yang kadang-kadang disebut dengan diagram kesetimbangan. Diagram fasa sangat penting gunanya untuk mempelajari sifat-sifat logam, karena dapat mengetahui adanya fasa-fasa tertentu yang dengan sendirinya mempunyai hubungan yang langsung dengan sifat mekanik suatu logam.

Dengan demikian untuk suatu kondisi tertentu dan komposisi tertentu dapat dianalisa gambaran fasa-fasa logam yang disebut struktur mikro.

VIIL1 Kaidah-kaidah fasa

F=C-P+2

Dimana : F = derajat kebebasan

C = banyaknya komponen

= banyaknya fasa pada system yang berada dalam Kesetimbangan.

Suatu fasa adalah suatu bagian dari system yang secara fisik berbeda dan memiliki sifat mekanik dan kimia yang homogen. Beberapa tingkat keadaan keadaan dari suatu zat seperti gas, cair dan padat membentuk fasa yang berbeda. Gas dan cair selalu membentuk fasa tunggal, tetapi pada fasa padat memungkinkan komposisi-komposisi kimia dan kristal-kristal yang berbeda. Hal tersebut menyebabkan keadaan padat dari logam terdiri dari beberapa fasa. Bahkan untuk komposisi yang sama tetapi struktur kristalnya berbeda menghasilkan fasa yang berbeda pula.

Komponen dari suatu system dapat berupa unsure, ion atau senyawa. Dalam system es-air-uap komponenya adalah H20. Dalam system Cu-Ni, komponenya adalah Cu dan Ni. Tetapi dalam system A1203-Cr203 kedua oksida tersebut merupakan komponen. Dalam system Fe-C, besi dan grafit adalah komponen, tetapi untuk memudahkan menganalisa kadang-kadang dipilih sebagai komponen adalah Fe dan Fe3C.

Variabel dari suatu system adalah temperatur T dan tekanan P. Sedangkan derajat kebebasan dari suatu system tidak mungkin lebih kecil dari 0, vtl1-1 dan ini berarti jumlah fasa dalam suatu system yang berada dalam kesetimbangan senantiasa terbatas.

Diagram fasa dikelompokan berdasarkan jumlah komponennya. Komponen tunggal membentuk diagram uner, dua komponen membentuk diagram biner, sedangkan tiga komponen membentuk diagram terner dan quarterner, dan seterusnya. Sistem Komponen tunggal

Pada system komponen tunggal tidak terdapat variabel komposisi. Variabel yang ada hanyalah temperatur dan tekanan. Seperti pada Gambar VIIL l . Tekanan di plot sebagai absis

51

seangkan temperatur sebagai ordinat. Dari diagram tersebut terlihat bahwa besi pada temperatur dibawah 910°C membentuk besi σ (BCC), di atas 910°C membentuk besi γ(FCC), sedangkan diatas 1410°C bertransformasi menjadi besi δ(BCC). Jika tekanan dinaikkan, temperatur transisi a---- y menjadi turun, sedangkan temperatur transisi y---- 8 naik.

Gambar VIIL 1 diagram uner dari besi

Diagram Fasa Biner

Sistem dua komponen menghasilkan diagram fasa biner. Disamping temperatur dan tekanan, variabel yang lain untuk setiap fasa adalah komposisi. Tetapi diagram fasa biasanya dibuat pada tekanan atmosfir, sehingga yang tertera pada diagram adalah temperatur (sebagai sumbu tegak) dan komposisi (sebagai sumbu datar). Berdasarkan hal tersebut, maka kaidah fasa mengalami perubahan sebagai berikut ; F = C - P + l

Berdasarkan kelarutan logam satu terhadap logam lain, diagram fasa biner dibagi menjadi ; l. Diagram fasa dimana pemaduan antara logam A dan B menjadikan larut sempurna dalam keadaan padat maupun cair. A + B ------ C dimana C :~ A :~ B. Contoh dari system tersebut adalah pemaduan antara Cu-Ni, Ag-Au, Ge-Si, A1203-Cr203.

52

Gambar VIIL2 Diagram fasa A1203-Cr203

2. Diagram fasa dimana pemaduan antara logam A dan B menjadikan larut sebagian dalam keadaan padat. A + B ----- A' seperti yan ditunjukkan padadiagram fasa Pb - Sn pada Gambar VIIL3 berikut

Gambar VIIL3 Diagram fasa Pb-Sn

3. Diagram fasa dimana pemaduan antara logam A dan B tidak larut dalam keadaan padat. A+B ------A+B.

53

A B

Gambar VIIL4 Diagram fasa yang tidak larut Dalam keadaan padat VIII.2 Diagram Fasa Fe-C dan Fe-Fe3C

Diagram fasa .ini merupakankan superposisi dari ketiga tipe diagram fasa di atas. Seperti pada Gambar VIILS

Gambar VIILS Diagram fasa Fe-Fe3C

VIII. 3 Prinsip Lever Arm

54

Gambar VIIL6 Prinsip Lever Arm dalam paduan % Padat (% c) = BC/AC x 100 % = x % % cair

= AB/AC x 100 % = y %

Total = x + y = 100 %

Jika kelarutan padatnya terbatas dan perbedaan titik cairnya tidak terlalu besar perbedaannya maka diagram yang terbentuk akan mengandung reaksi fasa eutektik seperti yang ditunjukkan pada diagram fasa Pb-Sn di atas.

Reaksi fasa eutektik berlangsung sebagai berikut : ---------- :>- a + ~y

Reaksi seperti di atas dapat pula terjadi pada tingkat keadaan padat seluruhnya seperti ditunjukkan oleh reaksi fasa berikut :

y __________> a + 0

Reaksi di atas disebut reaksi fasa eutectoid

Jika titik-titik cair dari kedua komponen sangat besar perbedaannya, maka diagram fasa yang terbentuk akan mengandung reaksi fasa peritektik. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar VIIL7 seperti diagram fasa Ag-Pt.

55

Gambar VIIL7 Diagram fasa Ag-Pt menunjukkan Reaksi fasa peritektik

Reaksi fasa peritektik berlangsung sebagai berikut :

L + g --------------- a

Disamping reaksi peritektik, reaksi yang sejenis yang melibatkan keadaan padat seluruhnya disebut reaksi peritektoid. Dan berlangsung sebagai berikut:

a + (3 ----------- :..

Reaksi Fasa Eutektik

Gambar VIIL8 Reaksi fasa eutektik

Reaksi fasa eutektik dimana L tahap II setelah titik 4

56

a + R terjadi pada titik 4 dan terjadi pada

Tahap I (sebelum titik 4) :

% a (proeutektik) _ ~o Zo x 100 % = 75 % % Cair

= 100 % - 75 % = 25%

Tahap 11 (setelah titik 4) : % a' (eutektik) = Ao Zo x 25%=8% % ~3 =25%-8% =17%

a total = 75%+ 8 % = 83%

Reaksi fasa eutectoid

Reaksi fasa eutektod terjadi bila Y ______ - 3* a + (3

Gambar VIIL9 Reaksi fasa eutektoid

Reaksi fasa eutektoid dimana tahap II setelah titik 4 Y __ } a + (i terjadi pada titik 4 dan terjadi pada

Tahap I (sebelum titik 4) :

Io-g

% a (proeutektoid) = 10 - 5 x 100 °lo = 40 %

% Cair = 100 % - 40 % = 60% Tahap 11 (setelah titik 4) :

57

20-10 % a' (eutektoid) = 20-5 x 60 % = 40 % % (3 =60%-40% =20%

a total = 40%+ 40% = 80%

Reaksi fasa peritektik

Gambar VIII. 10 Reaksi fasa peritektik

Reaksi fasa peritektik dimana a +L-------- (i terjadi pada titik 4 dan terjadi pada tahap II setelah titik 4

Tahap I (sebelum titik 4):

80-30

% a (proeutektik) = 80 _ 20 x 100 % = 80 % % Cair = 100 % - 80 % =

20 % Tahap 11 (setelah titik 4) : a + L ______ j R a

? 2o°ro 20

a : L = (80-60) : (60-20) = 2:4 = 1 : 2

58

a = 1/Z.L=1/Zx20%=10%

Jadi a' + L -----(20%) (10%) (30%)

a total = %a-%c'=80%+'10% = 70% % (3 =100%-70% =30%

BAB IX

LOGAM DANPADUANNYA

Logam dan paduannya adalah salah satu material Teknik yang porsinya paling banyak diperlukan dalam kegunaan Teknik. Jika diperhatikan komponen mesin, maka sebagian besar sekitar 80% dan bahkan lebih terbuat dari logam. Selebihnya digunakan material non logam seperti keramik, glass, polimer dan bahkan material maju seperti komposit. ,

Material logam dikelompokan men jadi 2 kelompok yaitu logam besi (ferrous) dan non besi (nonferrous). Logam besi berdasarkan komposisi utama terdiri dari baja (steel) dan besi cor (cast iron). Sedangkan logam non besi tergolong untuk semua logam yang komposisi uatamnya bukan besi.

Pada pemakaian Teknik material logam disesuaikan dengan karakteristik yang diinginkan. Karakteristik tersebut sesuai dengan bagaimana Teknik pembuatan logam tersebut serta Teknik pabrikasinya atau proses produksinya. Beberapa proses produksi didalam pengerjaan logam

59

1. Teknik pembentukan logam (forming) : Teknik ini dilakukan dengan cara deformasi plastis baik dilakukan secara dingin (cold working) maupun secara panas (hot working). Proses-proses tersebut seperti ; Proses tempa (forging), roll (rolling), ekstrusi (extrusion), penarikan (drawing:wire drawing, tube drwing, deep drawing).

2. Teknik pengecoran logam (casting) : Dengan melakukan pencairan logam dan menuangkannya ke dalam suatu cetakan (mold) hingga membeku. Proses ini dapat dilakukan dengan banyak cara seperti cetakan pasir (sand casting), cor dengan tekanan (die casting), cetakan lilin (investment), sentrifugal dan sebagainya.

3. Teknik metallurgi serbuk (powder metallurgy) : Teknik ini dilakukan dengan mencampur serbuk logam dam bentuk serbuk kemudian dilakukan kompaksi sambil dipanaskan.

4. Teknik pengelasan (welding) : Teknik mil dilakukan dengan menyambung dua bagian atau lebih logam dengan cara mencairkan kedua ujung logam yang akan disambung, sehingga terjadi ikatan metallurgi.

IX-1 Paduan Besi (ferrous): Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa paduan besi terdiri dari baja dan besi cor.

Secara lengkap diterangkan pada Gambar IX. l di bawah.

Gambar IX. 1 klasifikasi logam

Baja dan Paduannya Baja adalah paduan utama antara besi dan karbon serta beberapa elemen pemadu yang

lain seperti NM, S, dan P dalam persentase yang sedikit. Kandungan karbon normalnya kurang dari 1 %. Baja yang dengan komposisi di F-I F-I atas disebut dengan baja plain. Namun komposisi baja sesuai dengan kebutuhkan diperlukan unsur-unsur lain seperti Ni, Cr,Mo,V dan lain-

60

lain. Jika paduanpaduan tambahan ini persentasenya tinggi melebihi 12% maka baja tersebut dikatakan sebagai baja paduan tinggi. Berdasarkan kandungan karbon baja dikelompokan manjadi baja karbon rendah (low carbon steel), baja karon sedang (medium carbon steel) dan baja karbon tinggi (high carbon steel).

Baja karbon rendah

Baja ini dengan komposisi karbon kurang dari 2 %. Fasa dan struktur mikronya adalah ferit dan perlit. Baja ini tidak bisa dikeraskan dengan cara perlakuan panas (martensit) hanya bias dengan pengerjaan dingin. Sifat mekaniknya lunak, lemah dan memiliki keuletan dan ketangguhan yang balk. Serta mampu mesin (machinability) dan mampu lasnya (weldability) balk.

Jenis baja ini cocok untuk baja profil, bodi mobil serta lembaran baja yang sering digunakan untuk pipa, bangunan,jembatan dan kaleng minuman. Berdasarkan komposisinya baja ini memiliki sifat mekanik sebagai berikut;

Tabel IX. l sifat mekanik baja karbon rendah Kekuatan luluh 6y (psi)

Kekuatan tarik 6u (psi)

Keuletan e (%)

40.000(275MPa) 60000-80000(415-550 MPa) 25

Jenis lain dari baja paduan rendah ini adalah baja paduan kekuatan tinggi (HSLA= high strength low aalloy). Baja ini mengandung elemen pemadu lain seperti tembaga (cu), vanadium(v), nikel(Ni), dan molybdenum(Mo) sebanyak 10 %(berat). Baja ini dapat ditingkatkan kekerasannya dengan perlakuan panas. Kekutan luluhnya dapat melebihi 70000 psi (480 MPa). Baja ini juga masih ulet, dapat dibentuk dan dimesin. Siafat lain juga memiliki ketahanan korosi yang lebih baik dari baja karbon biasa. Cocok untuk bajana tekan, tower, jembatan dan balok penyangga bangunan).

Baja Karbon Sedang

Baja Mil memiliki komposisi karbon antara 0,2 - 0,5 % C (berat). Dapat dikeraskan dengan perlakuan panas dengan cara memanaskan hingga fasa austenit dan setelah ditahan beberapa saat didinginkan dengan cepat ke dalam air atau sering disebut dengan quenching untuk memperoleh fasa yang keras yaitu martensit. Lalu di temper

61

untuk meningkatkan ketangguhannya. Baja ini terdiri dari baja karbon sedang biasa (plain) dan baja mampu keras. Kandungan karbon yang relative tinggi itu dapat meningkatkan kekerasannya. Namun tidak cocok untuk di las, dengan kata lain mampu lasnya rendah. Dengan penambahan unsur lain seperti Cr, Ni dan Mo lebih meningkatkan mampu kerasnya. Baja ini lebih kuat dari baja karbon sedang biasa dan cocok untuk komponen mesin, roda kereta api (railway wheel), roda gigi (gear), poros engkol (crankshaft) serta komponen struktur yang memerlukan kekuatan tinggi, ketahanan aus, dan tangguh.

Baja Karbon Tinggi

Baja karbon tinggi memiliki komposisi antara 0,6 -1,4 % C(berat). Kekerasan dan kekuatannya sangat tinggi, namun keuletannya kurang. Baja ini cocok untuk baja perkakas, dies (cetakan), pegas, kawat kekuatan tinggi dan alat potong yang dapat dikeraskan dan ditemper dengan baik. Baja ini terdiri dari baja karbon tinggi biasa dan baja perkakas. Khusus untuk baja perkakas biasanya mengandung Cr, V, W, dan Mo. Dalam pemaduannya unsure=unsure tersebut bersenyawa dengan karbon menjadi senyawa yang sangat keras sehingga ketahanan aus sangat baik. Senyawa-senyawa tersebut seperti Cr23C6, v4C3, dan WC.

alloys)

Baja paduan tinggi terdiri dari baja tahan karat dan baja tahan panas (super Baja Tahan Karat (stainless steel)

Baja ini memiliki ketahanan korosi yang baik, terutama pada kondisi atmosfer. Unsur utama yang meningkatkan korosi adalah Cr dengan komposisi paling sedikit 11 %(berat). Ketahanan korosi dapat juga ditingkatkan dengan penambahan unsur Ni dan Mo.

Baja tahan karat dibagi menjadi 3 kelas utama yaitu jenis martensitik, feritik dan austenitik. Jenis martensitik dapat dikeraskan dengan menghasilkan fasa martensit. Baja tahan karat austenitik memiliki fasa y (austenit) FCC baik pada temperatur tinggi hingga temperatur kamar. Sedangkan yang jenis feritik terdiri dari fasa ferit (a) BCC. Untuk jenis austenitik dan feritik dapat dikeraskan dengan pengerjaan dingin (cold working). Jenis feritik dan martensitik bersifat magnetis sedang jenis austenitik tidak.

Baja tahan karat juga digunakan pada temperatur tinggi seperti komponen turbin gas, ketel, dapur/tungku, nuklir power plant dan sebagainya. Baja ini tahan oksidasi hingga 1000°C. penguatan dari baja ini dapat dilakukan dengan pengerasan presipitat (precipitation hardening) seperti baja tahan karat 17-7 PH. Juga dikembangkan baja tahan karat berfasa ganda atau sering disebut dupleks. Besi Cor (Cast Iron)

Besi cor adalah kelompok paduan besi memiliki kadar karbon diatas 1,7 %(berat). Biasanya berkisar antara 3 - 4,43 % C(berat). Dikarenakan Elemen utamanya selain C dan Si juga ada elemen-elemen pemadu lainnya seperti Mn, S,P, Mg dan lain-lain dalam jumlah yang sedikit. Sifatnya sangat getas namun mampu cornya balk disbanding baja. Titik cairnya lebih rendah, ketahanan korosiya lebih baik, hat ini dikarenakan adanya grafit yang tersebar di dalam best cor. Berdasarkan jenis matriksnya best cor terdiri dart besi cor bermatriks ferit

62

dan besi cor bermatriks perlit, sedangkan berdasarkan grafit, besi cor terdiri dari best cor kelabu (gray cast iron), best cor puti, best cor noduler, best cor mampu bentuk (malleable)

Untuk jelasnya jenis best cor ditunjukkan pada Gambar IX.2 di bawah Fast cool Moderate Slow cool `

L !' + FejC P + (:~ „ + 0; Whrte Pearlitiogray casW n ~ ast von n Reheai: hold ai C I 800'C for 30 + b

' Fa" cool Slow conl I PT =~

f',leat~ maerrdlr ' ''' hlr Ile.ahle

Gambar IX.2 jenis best cor

u+ G„

63