sampai fasa austenit. Berdasarkan diagram fasa Fe Mn, baja mangan Fe Mn dipanaskan hingga mencapai fasa austenit, kemudian didinginkan secara cepat
water quenching dan secara lambat air cooling akan terjadi perubahan fasa dan membentuk struktur fasa stabilnya.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Untuk meningkatkan mikrostruktur baja mangan austenit Hadfield AISI
3401 . Khususnya, kami meneliti perubahan fasa baja mangan Hadfield dalam proses pendinginan cepat water quenching dan lambat air
cooling 2.
Dari hasil yang dilakukan diharapkan dapat memahami struktur mikro baja manggan yang diberi perlakuan panas dengan pendinginan cepat
water quenching dan lambat air cooling dengan menggunakan X-Ray DiffractionXRD.
3. Penelitian ini diharapkan dapat membuat penyusunan peta structur mikro
dari baja manggan yang telah diberi perlakuan sebagai dasar acuan dalam dunia industri. Memperkaya khasanah studi fisika metalurgi bagi para
rekayasawan yang berminat dalam bidang material di Indonesia.
1.4 Hipotesis
1. Dengan menyusun komposisi dan memvariasikan proses akan
meningkatkan sifat-sifat dasar alloy baja mangan Hadfield AISI 3401.
S.K. Kurniawan Siregar: Perubahan Fasa Baja Mangan FeMn Hadfield 3401 Pada Proses Pemanasan Dan Perlakuan Pendinginan Cepat Water Quenching Dan Lambat Air Cooling, 2007.
USU e-Repository © 2008
2. Baja mangan Hadfield AISI 3401 mempunyai struktur fase austenit yang
bisa bertransformasi membentuk fasa baru yang diperoleh dengan pendinginan-air atas baja dari temperatur pemanasan 1050
°C. Pengolahan ini disebut “pengerasan air”. Proses ini menghasilkan baja mangan
Hadfield AISI 3401 mempunyai struktur fase austenitnya diperoleh dengan jalan menghomogenisasi baja tersebut dari pemanasan 1050
°C dengan pendinginan cepat water quenching pada proses homogenisasi
ini akan dihasilkan larutan padat karbida yang menyebabkan kerapuhan.
S.K. Kurniawan Siregar: Perubahan Fasa Baja Mangan FeMn Hadfield 3401 Pada Proses Pemanasan Dan Perlakuan Pendinginan Cepat Water Quenching Dan Lambat Air Cooling, 2007.
USU e-Repository © 2008
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Baja
Baja terdiri dari besi ditambah paduan antara lain karbon, dimana unsur karbon C menjadi dasar campurannya. Disamping itu, baja mengandung unsur
paduan lain, misalnya sulfur S, fosforP, silicon Si dan mangan Mn yang jumlahnya dibatasi berdasarkan kegunaanya atau kepentingan fabrikasi, dan
disesuaikan berdasarkan standard ASTM American Society for Testing and Material. Amanto, 1999.
“Secara garis besar baja karbon Fe
3
C dapat dikelompokkan sebagai berikut “ Amstead, 1993, hal : 51
A. Baja karbon
1. Baja karbon rendah 0.30 C
2. Baja karbon menengah 0.30 C0.7
3. Baja karbon tinggi 0.70C1.40
B. Baja paduan
Baja paduan diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi : 1.
Baja paduan rendah low-alloy steel, jika elemen paduannya ≤
2.5 misalnya unsur Cr, Mn, S,Si, P, dan lain-lain. 2.
Baja paduan menengah medium-alloy steel, jika elemen paduannya 2.5-10 misalnya unsur Cr, Mn, Ni, S, Si,P dan lain-
lain.
S.K. Kurniawan Siregar: Perubahan Fasa Baja Mangan FeMn Hadfield 3401 Pada Proses Pemanasan Dan Perlakuan Pendinginan Cepat Water Quenching Dan Lambat Air Cooling, 2007.
USU e-Repository © 2008
3. Baja paduan tinggi high-alloy steel, jika elemen paduannya
10 misalnya unsur Cr, Mn, Ni, S, Si,P, dan lain-lain.
2.1.1 Baja Paduan
Baja paduan dihasilkan dengan biaya lebih mahal bila dibandingkan dengan baja karbon lainnya, karena pertambahan biaya tersebut akibat pengerjaan
khusus yang dilakukan dalam dunia industri. Baja paduan didefenisikan sebagai suatu besi yang ditambah paduan alloy dengan satu atau lebih unsur paduan
seperti nikel, kromium, molibden, vanadium, mangan dan wolfram dan lain- lainAmanto,1999, dan sesuai dengan baja yang sifat fisis dan mekanis
disesuaikan dengan kebutuhan pasar. Besi ditambah dengan paduan dari beberapa unsur yang berbeda
memberikan sifat fisis material yang diinginkan. Misalnya Fe dipadu dengan alloy Mn,Si,Ni dan Cr akan menghasilkan sifat keras dan kenyal. Ni dan Cr bersifat
katodik terhadap baja dan bertindak sebagai lapisan penghalang yang melindungi permukaan baja sehingga baja tahan terhadap karat atau korosi. Bila baja
ditambah dengan paduan kromium dan molibden maka menghasilkan baja memiliki sifat kekerasan dan kenyalan yang lebih baik dan tahan terhadap panas
Amanto, 1999. Pada umumnya baja paduan memiliki sifat yang unggul dibandingkan
dengan baja karbon, diantarannya Amstead, 1993,: 1.
Keuletan tinggi
S.K. Kurniawan Siregar: Perubahan Fasa Baja Mangan FeMn Hadfield 3401 Pada Proses Pemanasan Dan Perlakuan Pendinginan Cepat Water Quenching Dan Lambat Air Cooling, 2007.
USU e-Repository © 2008
2. Mampukerasannya bila dicelup dalam minyak maupun didinginkan di
udara, kemungkinan retak atau distorsinya akan berkurang. 3.
Tahan terhadap korosi dan keausan yang tergantung pada jenis paduannya. 4.
Sifat fisisnya tidak banyak berubah tetapi tahan terhadap perubahan suhu. 5.
Memiliki butiran yang halus dan homogen. Baja paduan dengan sifat khusus antara lain : baja tahan karat Stainless
Stell, baja paduan rendah berkekuatan tinggi High Strenght-Low Alloy Steel=HSLA, dan baja perkakas Tool Steel.
2.1.2 Baja Paduan Rendah Berkekuatan Tinggi
Suatu sistem paduan terdiri dari penambahan unsur atau paduan dengan komposisi tertentu sesuai dengan sifat material yang dikehendaki. Dari diagram
keseimbangan Fe Mn Gambar 2.1 fasa yang terjadi terdiri dari fasa tunggal , , dan fasa ganda + , pearlit dan lain-lain.
Suatu paduan dapat berupa susunan yang homogen atau campuran mixture. Jika berupa susunan yang homogen paduan akan terdiri dari satu fasa
tunggal dan bila berupa campuran akan terdiri dari beberapa fasa. Baja paduan bila kandungan paduan Nikel, Khrom, Molibden, Mangan dan
Silikon berjumlah sekitar ± 5 wt. Baja paduan rendah berkekuatan tinggi HSLA terdiri dari kelompok baja yang bersifat khusus, dengan komposisi kimia
khusus dan mempunyai sifat mekanik yang lebih baik. Sifat dari HSLA antara lain kekuatan tarik tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap
goresan abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin
S.K. Kurniawan Siregar: Perubahan Fasa Baja Mangan FeMn Hadfield 3401 Pada Proses Pemanasan Dan Perlakuan Pendinginan Cepat Water Quenching Dan Lambat Air Cooling, 2007.
USU e-Repository © 2008
yang baik dan mampu las yang tinggi. Untuk mendapatkan sifat-sifat tersebut maka baja diproses secara khusus dengan menambahkan unsur paduan seperti :
tembaga Cu, nikel Ni, Chromium Cr, Molybdenum Mo, Mangan Mn, Vanadium V dan cobal Co.
Gambar 2.1 Diagram Fasa Fe – Mn Bain, 1939
S.K. Kurniawan Siregar: Perubahan Fasa Baja Mangan FeMn Hadfield 3401 Pada Proses Pemanasan Dan Perlakuan Pendinginan Cepat Water Quenching Dan Lambat Air Cooling, 2007.
USU e-Repository © 2008
Baja HSLA dapat dihasilkan pada kondisi pengerolan panas. Sifat mekanik baja HSLA dipengaruhi oleh kehalusan butiran, dislokasi, kekerasan, dan
presipitasi. Jenis baja paduan rendah HSLA disesuaikan berdasarkan standard ASTM. Robert Hadfield tahun 1882 menemukan Baja mangan austenitic yang
mengandung 1.2 C dan 12 Mn. Menurut Lipin 1885 baja mangan harus mengandung kadar mangan lebih dari 10 persen .
Paduan Fe Mn dengan struktur fasa austenit, andaikan komposisi Mn 12 . Diagram fasa baja mangan Gambar 2.1 secara umum berfungsi sebagai
panduan dalam menentukan temperatur kerja pada komposisi unsur yang bervariasi dalam proses perlakuan panas yang diberikan terhadap baja.
Berdasarkan temperatur dan komposisi yang dominan akan diperoleh fasa- fasa sebagai berikut :
1. Baja dengan komposisi Mn 12 wt pada temperature 1000
o
C - 1400
o
C terbentuk fasa austenit . Diatas temperatur 1550
o
C terbentuk fasaliguid L. 2. Komposisi Mn 12 wt pada baja dengan temperatur 400
o
C – 650
o
C terbentuk fasa Fe , Fe dan karbida mangan.
3. Pada temperatur 400
o
C fasa Fe lebih dominan dari fasa Fe, pada temperatur 600
o
C sebaliknya fasa Fe lebih dominan dari fasa Fe.
2.2 Struktur Kristal
Logam , seperti bahan lainnya, terdiri dari susunan atom-atom. Dalam pengertian, atom-atom dalam kristal logam tersusun secara teratur dan susunan
S.K. Kurniawan Siregar: Perubahan Fasa Baja Mangan FeMn Hadfield 3401 Pada Proses Pemanasan Dan Perlakuan Pendinginan Cepat Water Quenching Dan Lambat Air Cooling, 2007.
USU e-Repository © 2008
atom-atom tersebut menentukan struktur kristal dari logam. Susunan tumpukan terkecil dari atom-atom tersebut merupakan cell unit.
Susunan atom-atom yang teratur dalam tiga dimensi menurut suatu pola tertentu dinamakan kristal. Dalam logam, kristal dianggap sebagai butiran grain.
Batas pemisah antara dua kristal disebut batas butir grain boundary. Pada suhu kamar, besi dan kebanyakan baja memiliki bentuk struktur BCC
body centered cubic . Dalam hal ini cell unit dari atom-atom disusun sebagai sebuah kubus dengan atom – atom menempati kedelapan dari sudut kubus dan
satu atom berada dipusat kubus Gambar 2.2 .
Gambar 2.2 Struktur Kristal BCC dari besi Baja pada suhu kamar Adnyana,1994
S.K. Kurniawan Siregar: Perubahan Fasa Baja Mangan FeMn Hadfield 3401 Pada Proses Pemanasan Dan Perlakuan Pendinginan Cepat Water Quenching Dan Lambat Air Cooling, 2007.
USU e-Repository © 2008
Gambar 2.3 Struktur Kristal FCC dari besi Baja pada suhu Tinggi Adnyana,1994
Pada temperatur yang tinggi , besi dan kebanyakan baja membentuk struktur FCC face centered cubic. Dalam struktur ini cell unit merupakan sebuah
kubus dengan atom-atom menempati kedelapan sudut kubus dan atom lainnya berada pada pusat masing-masing dari keenam bidang kubus Gambar 2.3
Pada struktur kristal BCC jumlah bidang gesernya lebih sedikit sehingga kemampuan atom-atom untuk bergeser atau mengalami dislokasi akibat deformasi
akan menjadi lebih terbatas lebih sulit sehingga membutuhkan energi yang lebih besar untuk menggerakkan dislokasi jika dibandingkan dengan struktur kristal
FCC. Hal inilah yang menyebabkan logam dengan kristal BCC biasanya lebih kuat tetapi kurang liat jika dibandingkan dengan logam kristal FCC yang biasa
S.K. Kurniawan Siregar: Perubahan Fasa Baja Mangan FeMn Hadfield 3401 Pada Proses Pemanasan Dan Perlakuan Pendinginan Cepat Water Quenching Dan Lambat Air Cooling, 2007.
USU e-Repository © 2008
menunjukkan kekuatan yang rendah tetapi memiliki keliatan ductility yang tinggi
Terdapat tujuh sistem kristal, dengan karakteristik geometriknya seperti tercantum dalam Table 2.1. Dari ketujuh sistem kristal tersebut ternyata ada 14
jenis bentuk space lattice yang mungkin terjadi seperti Gambar 2.4.
Tabel 2.1 Tujuh sistem kristal dan parameter kisi Cullyti,1978 No
Struktur Sumbu
Sudut sumbu 1. Triclinic
a ≠ b ≠ c
α ≠ β ≠ Y ≠ 90
o
2. Monoclinic a
≠ b ≠ c α = β = 90
o
≠ Y 3. Orthorombic
a ≠ b ≠ c
α = β = Y = 90
o
4. Tetragonal a
≠ b ≠ c α = β = Y = 90
o
5. Cubic
a = b = c α = β = Y = 90
6. Trigonal
a = b = c α = β = Y ≠ 90
o
7. Hexagonal
a = b = c α = β = 90
, Y ≠ 120
o
Logam-logam membeku membentuk kristal dengan sistem kristal kubus atau sistem kristal hexagonal. Dari keempatbelas jenis space lattice, hanya 3 macam
dijumpai pada logam-logam yang biasa digunakan yaitu : 1.
Face Centered Cubic FCC atau Kubus Pemusatan Sisi kps 2.
Body Centered Cubic BCC atau Kubus Pemusatan Ruang kpr 3.
Hexagonal Close-Packed HCP atau Hexagonal Tumpukan Padat HTP
S.K. Kurniawan Siregar: Perubahan Fasa Baja Mangan FeMn Hadfield 3401 Pada Proses Pemanasan Dan Perlakuan Pendinginan Cepat Water Quenching Dan Lambat Air Cooling, 2007.
USU e-Repository © 2008
Gambar 2.4 Keempatbelas macam kemungkinan kisi Bravais Cullyti,1978
2.3 Bidang Kristalografi
