Difusi Diagram Fasa Terner Fe-Ni-Cr

2.4 Waktu Penahanan Holding Time

Waktu Penahanan Holding time dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari suatu bahan pada proses cladding dengan menahan pada temperature pengerasan untuk memperoleh pemanasan yang homogen sehingga struktur austenitnya homogen. Pada proses holding time sangat diperlukan untuk menghasilkan kelarutan pada baja, semakin lama holding timenya maka semakin banyak waktu berdifusi untuk bahan yang sedang di cladding. D.W. Hopkins, 1998

2.5 Difusi

Difusi adalah peristiwa mengalirnya berpindahnya suatu zat dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Contoh yang sederhana adalah penambahan carbon ke dalam baja karbon rendah sehingga pada baja, karbonnya lebih besar. Apabila suhu pada suatu material naik, akan menyebabkan atom- atomnya bergetar dengan energi yang lebih besar dan sejumlah kecil atom akan berpindah dalam kisi. Mekanisme perpindahan atom dalam suatu logam dapat terjadi secara interstisi dan kekosongan. Perpindahan secara interstisi terjadi bila atom tidak memilki ukuran yang sama. Sedangkan perpindahan secara kekosongan dapat terjadi bila semua atom memiliki ukuran sama. Proses difusi dapat terjadi lebih cepat apabila: 1. Suhu tinggi 2. Atom yang berdifusi kecil 3. Ikatan struktur induk lemah dengan titik cair rendah 4. Terdapat cacat-cacat dalam bahan kekosongan atau batas butir. D.W. Hopkins, 1986 Universitas Sumatera Utara

2.6 Baja

Baja pada dasarnya ialah besi Fe dengan tambahan unsur karbon C sampai dengan 1.67 maksimal . Bila kadar unsur karbon C lebih dari 1.67, material tersebut biasanya disebut sebagai besi cor Cast Iron . Makin tinggi kadar karbon dalam baja, maka akan mengakibatkan hal berikut :  Kuat leleh dan kuat tarik baja kan naik,  Keliatan elongasi baja berkurang,  Semakin sukar dilas. Elemen berikut ini selalu ada dalam baja karbon, mangan, fosfor, sulfur, silikon, dan sebagian kecil oksigen, nitrogen dan aluminium. Selain itu, ada elemen lain yang ditambahkan untuk membedakan karakteristik antara beberapa jenis baja diantaranya mangan, nikel, krom, molybdenum, boron, titanium, vanadium dan niobium. Dengan memvariasikan kandungan karbon dan unsur paduan lainnya, berbagai jenis kualitas baja bisa didapatkan. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal crystal lattice atom besi. Baja merupakan paduan yang terdiri dari besi, karbon dan unsur yang lainnya. Seperti: Silicon Si, Fospor S, Tembaga Cu. Karbon merupakan suatu unsur terpenting karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja. Baja merupakan logam yang paling banyak digunakan dalam dunia teknik, dalam bentuk pelat, lembaran, pipa batang, profil dan sebagainya. Baja dapat dibentuk melalui pengecoran pencairan dan penempaan. Secara garis besar baja dapat dikelompokkan sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara

2.6.1. Baja Karbon Carbon Steel

2.6.1.1 Baja Karbon Rendah Low Carbon Steel

Baja karbon rendah mengandung kurang dari 0,25 karbon C. Kebanyakan dari produk baja ini berbentuk pelat hasil pembentukan rol dingin. Kandungan karbonnya yang rendah dan mikro strukturnya yang terdiri dari fasa ferit dan perlit menjadikan baja karbon rendah bersifat lunak dan kekuatannya lemah namun keuletan dan ketangguhannya sangat baik. Baja karbon rendah kurang responsif terhadap perlakuan panas untuk mendapatkan mikro struktur martensit maka dari itu untuk meningkatkan kekuatan dari baja karbon rendah dapat dilakukan dengan proses rol dingin maupun karburisasi. Perlakuan yang sering di terima baja karbon jenis ini biasanya bersifat pengerjaan dingin. Untuk mendapatkan hasil yang lebih kuat pada bagian luar dari baja jenis ini biasanya dilakukan proses penambahan unsur lain pada permukaannya surface hardening. Carburasi atau carburizing terbagi atas 3 jenis bahan karbon yaitu : pack carburizing penambahaan carbon yang berasal dari carbon padat. Liquid carburizing penambahaan carbon yang berasal dari carbon cair. Maupun gas carburizing penambahaan carbon yang berasal dari carbon gas. Untuk mendapatkan hasil yang lebih tahan terhadap sifat korosif pada permukaan baja jenis ini juga dapat di lakukan penambahan unsur lain seperti Zn seng, Mn mangan, Cr chrom dan unsur lain yang lebih tahan terhadap sifat korosif. Universitas Sumatera Utara

2.6.1.2 Baja Karbon Menengah Medium Carbon Steel

Baja karbon menengah memiliki kandungan karbon diatas 0,25 C – 0,6 C ditambah dengan unsur paduan tertentu. Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kekuatan lebih tinggi dari pada baja karbon rendah biasanya digunakan untuk rel kereta api dan sejumlah peralatan mesin seperti roda gigi otomotif, poros bubutan, poros engkol, sekrup dan alat angkat presisi.

2.6.1.3 Baja Karbon Tinggi High Carbon Steel

Baja karbon tinggi memiliki kandungan karbon diatas 0,6 C - 1,4 C dibuat dengan rol panas. Baja karbon tinggi digunakan untuk perkakas seperti pisau ,gurdi, tap dan bagian-bagian yang tahan gesekan. Apabila baja ini digunakan untuk bahan khusus, maka harus dikerjakan dalam keadaan panas dan digunakan untuk peralatan mesin-mesin berat, batang-batang pengontrolan, alat tangan seperti palu, obeng, tang, dan lain-lain. William D Callister Jr,1999

2.6.2 Baja Tahan Karat Stainless Steel

Baja tahan karat merupakan kelompok baja paduan tinggi yang berdasarkan pada sistem Fe - Cr, Fe – Cr - C, dan Fe – Cr - Ni dengan unsur paduan utama minimal 10,5 Krom Cr dan Nikel Ni dengan sedikit unsur paduan lain seperti Molibdenum Mo, Tembaga Cu dan Mangan Mn. Kadar kromium tersebut merupakan kadar minimum untuk pembentukan permukaan pasif oksida yang dapat mencegah oksidasi dan korosi. Universitas Sumatera Utara Keuntungan menggunakan baja tahan karat adalah :  Tahan korosi yang tinggi, yang memungkinkan untuk digunakan dalam lingkungan yang ketat.  Api dan tahan panas memungkinkan untuk melawan scaling dan mempertahankan kekuatan pada temperatur tinggi.  Higienis, tidak berpori, permukaan ditambah dengan kemampuan membersihkan dengan mudah dari stainless membuatnya pilihan utama untuk aplikasi yang memerlukan kontrol kebersihan yang ketat, seperti rumah sakit, dapur, dan tanaman pangan lainnya pengolahan.  Estetika penampilan, memberikan penampilan yang modern dan menarik untuk aplikasi logam yang paling arsitektur.  Cerah, dan mudah dipelihara permukaan sehingga pilihan yang mudah untuk aplikasi yang menuntut permukaan menarik setiap saat.  Berat,keuntungan yang memungkinkan untuk digunakan dengan ketebalan material berkurang selama nilai konvensional, sering kali menghasilkan penghematan biaya.  Kemudahan fabrikasi karena penggunaan modern pembuatan baja teknik yang memungkinkan stainless steel yang akan dipotong, mesin, dibuat, dilas, dan terbentuk, sama mudahnya seperti baja tradisional.  Ketahanan terhadap dampak bahkan pada variasi suhu ekstrim.  Nilai jangka panjang yang dibuat oleh siklus hidup panjang manfaatnya sering menghasilkan pilihan bahan yang paling murah jika dibandingkan dengan logam lainnya. Universitas Sumatera Utara Meskipun seluruh kategori Stainless Steel didasarkan pada kandungan krom Cr, namun unsur paduan lainnya ditambahkan untuk memperbaiki sifat- sifat Stainless Steel sesuai aplikasi-nya. Kategori Stainless Steel tidak halnya seperti baja lain yang didasarkan pada persentase karbon tetapi didasarkan pada struktur metalurginya. Empat golongan utama Stainless Steel adalah Austenitic, Ferritic, Martensitic, dan Duplex.

2.6.2.1 Austenitic Stainless Steel

Austenitic SS mengandung sedikitnya 18 Chrom dan 8 Nickel grade standar untuk 304, sampai ke grade Super Autenitic SS seperti 904L dengan kadar Chrom dan Nickel lebih tinggi serta unsur tambahan Mo sampai 6. Molybdenum Mo, Titanium Ti atau Copper Co berfungsi untuk meningkatkan ketahanan terhadap temperatur serta korosi. Austenitic cocok juga untuk aplikasi temperature rendah disebabkan unsur Nickel membuat SS tidak menjadi rapuh pada temperatur rendah.

2.6.2.2. Ferritic Stainless Steel

Kadar Chrom bervariasi antara 10,5 – 18 seperti grade 430 dan 409. Ketahanan korosi tidak begitu istimewa dan relatif lebih sulit di fabrikasi machining. Tetapi kekurangan ini telah diperbaiki pada grade 434 dan 444 dan secara khusus pada grade material 444 2.6.2.3 Martensitic Stainless Steel Stainless Steel jenis ini memiliki unsur utama Chrom masih lebih sedikit jika dibanding Ferritic Stainless Steel dan kadar karbon relatif tinggi misal grade 410 dan 416. Grade 431 memiliki Chrom sampai 16 tetapi mikrostrukturnya Universitas Sumatera Utara masih martensitic disebabkan hanya memiliki Nickel 2. Grade Stainless Steel lain misalnya 17- 4PH 630 memiliki tensile strength tertinggi dibanding Stainless Steel lainnya. Kelebihan dari grade ini, jika dibutuhkan kekuatan yang lebih tinggi maka dapat di hardening.

2.6.2.4 Duplex Stainless Steel

Duplex Stainless Steel seperti material 462 memiliki bentuk mikrostruktur campuran austenitic dan Ferritic. Duplex ferritic-austenitic memiliki kombinasi sifat tahan korosi dan temperatur relatif tinggi atau secara khusus tahan terhadap Stress Corrosion Cracking. Meskipun kemampuan Stress Corrosion Cracking-nya tidak sebaik ferritic Stainless Steel tetapi ketangguhannya jauh lebih baik superior dibanding ferritic SS dan lebih buruk dibanding Austenitic Stainless Steel. Sementara kekuatannya lebih baik dibanding Austenitic Stainless Steel yang di annealing kira-kira 2 kali lipat. Sebagai tambahan, Duplex Stainless Steel ketahanan korosinya sedikit lebih baik dibanding 304 dan 316 tetapi ketahanan terhadap pitting coorrosion jauh lebih baik superior dibanding 316. Ketangguhannya Duplex Stainless Steel akan menurun pada temperatur dibawah – 50 C dan diatas 300 C. Tabel 2.1 Klasifikasi Stainless Steel Berdasarkan Struktur Metalurgi www.dominasi –stainless steel-alat perindustrian.com Universitas Sumatera Utara

2.7 Diagram Fasa Terner Fe-Ni-Cr

Gambar 2.2 Diagram Fasa Terner Fe-Ni-Cr Dedi Sugianto, 2011 Untuk campuran yang terdiri atas tiga komponen, komposisi perbandingan masing-masing komponen dapat digambarkan di dalam suatu diagram segitiga sama sisi yangdisebut dengan Diagram Terner. Komposisi dapat dinyatakan dalam fraksi massa untuk cairan atau fraksi mol untuk gas. Diagram tiga sudut atau diagram segitiga berbentuk segitiga sama sisi dimana setiap sudutnya ditempati komponen zat. Sisi-sisinya itu terbagi dalam ukuran yang menyatakan bagian 100 zat yang berada pada setiap sudutnya. Universitas Sumatera Utara Untuk menentukan letak titik dalamdiagram segitiga yang menggambarkan jumlah kadar dari masing-masing komponen dilakukan sebagai berikut. Suatu sistem tiga komponen yang mana mempunyai dua pengubah komposisi yang bebas, sebut saja X 2 dan X 3 . Jadi komposisi suatu sistem tiga komponen dapat dialurkan dalam koordinat cartes dengan X 2 pada salah satu sumbunya dan X3 pada sumbu yang lain yang dibatasi oleh garis , garis tersebut berbentuk X 2 + X 3 = 1. Karena X itu tidak simetris terhadap ketiga komponen, biasanya, komposisi dialurkan pada suatu segitiga sama sisi dengan tiap-tiap sudutnya digambarkan suatu komponen murni, bagi suatu segitiga sama sisi, jumlah jarak dari seberang titik di dalam segitiga ketiga sisinya sama dengan tinggisegitiga tersebut.Jarak antara setiap sudut ke tengah-tengah sisi yang berhadapan dibagi 100 bagian sesuai dengan komposisi dalam persen. Untuk memperoleh suatu titik tertentu dengan mengukur jarak terdekat ketiga sisi segitiga. Diagram tiga sudut atau diagram segita berbentuk segitiga sama sisi dimana sudut-sudutnya ditempati oleh komponen zat. Sisi-sisinya itu terbagi dalam ukuran yang menyatakan bagian 100 zat yang berada pada setiap sudutnya. Untuk menentukan letak titik dalam diagram segitiga yang menggambarkan jumlah kadar dari masing-masing komponen. Pada salah satu sisinya ditentukan kedua titik yang menggambarkan jumlah kadar zat dari masing-masing zat yang menduduki sudut pada kedua ujung sisi itu. Dari dua titik ini ditarik garis yang sejajar dengan sisi yang dihadapinya, titik dimana kedua garis itu menyilang, menggambarkan jumlah kadar masing- masing. Titik dimana terjadi kesetimbangan antara wujud satu fasa dengan dua Universitas Sumatera Utara fasa dari campuran ketiga komponen tersebut, apabila dihubungkan akan membentuk suatu diagram yang menunjukkan batas-batas antara daerah region satu fasa dengan daerah region dua fasa. Dua macam campuran pada titik kesetimbangan dapat dihubungkan dengan tie line apabila keduanya dicampurkan menghasilkan campuran akhir yang berada pada daerah dua fasa.

2.8 Diagram Fasa Baja Karbon Fe-C