Diagram kesetimbangan besi karbon

plastis yang cukup tinggi dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletankekeyalan tinggi, dimana bahan tersebut dikatakan uletkenyal ductile. Sedang bahan yang tidak menunjukkan terjadinya deformasi plastis dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan rendah atau dikatakan getasrapuh brittle. - Ketangguhan toughness menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Juga dapat dikatakan sebagai ukuran banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan suatu benda kerja, pada suatu kondisi tertentu. Sifat ini dipengaruhi oleh banyak faktor, sehingga sifat ini sulit untuk diukur. - Kelelahan fatigue merupakan kecenderungan dari logam untuk patah bila menerima tegangan berulang – ulang cyclic stress yang besarnya mesih jauh dibawah batas kekuatan elastisitasnya. Sebagian besar dari kerusakan yang terjadi pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan. Karenanya kelelahan merupakan sifat sangat penting tetapi sifat ini juga sulit diukur karena sangat banyak factor yang mempengaruhiya. Berbagai sifat mekanik diatas juga dapat dibedakan menurut cara pembebanannya, yaitu sifat mekanik statik, sifat terhadap beban statik, yang besarnya tetap atau berubah dengan lambat, dan sifat mekanik dinamik, sifat mekanik terhadap beban yang berubah – ubah atau mengejut. Ini perlu dibedakan terhadap cara pembebanan yang berbeda.Love G., 1982

2.3 Diagram kesetimbangan besi karbon

Diagram kesetimbangan besi karbon adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dan kandungan karbon C selama pemanasan. Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh informasi – informasi penting yaitu antara lain : 1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan pendinginan berbeda pula. 2. Temperatur pembekuan dan daerah – daerah pembekuan paduan Fe – C bila dilakukan pendinginan. 3. Temperatur cair dari masing – masing paduan. 4. Batas-batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon fasa tertentu. 5. Reaksi-reaksi metalurgis yang terjadi, yaitu reaksi eutektik, peritektik dan eutektoid. Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat allotropi. Sifat allotropi yang dimiliki besi sendiri ada 3, yaitu : - Delta iron δ mampu melarutkan karbon max 0,1 pada 1500° C - Gamma iron γ mampu melarutkan karbon max 2 pada 1130° C - Alpha iron α mampu melarutkan karbon max 0,025 pada 723° C Gambar 2.1. Diagram fasa besi karbon Wikipedia, 2012 Diagram fasa adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasan yang lambat dengan kadar karbon. Diagram ini merupakan dasar pemahaman untuk semua operasi- operasi perlakuan panas. Fungsi diagram fasa adalah memudahkan memilih temperatur pemanasan yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anilizing, normalizing maupun proses pengerasan. Baja adalah paduan besi dengan karbon maksimal sampai sekitar 1,7.paduan besi diatas 1,7 disebut cast iron. Perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur mikro dan sifat yang di inginkan. Struktur mikro dan sifat yang diinginkan dapat diperoleh melalui proses pemanasan dan proses pendinginan pada temperatur tertentu. Macam –macam struktur yang ada pada baja: 1. Ferit Ferit adalah larutan padat karbon dan unsur paduan lainya pada besi kubus pusat badan Fe. Ferit terbentuk akibat proses pendinginan yang lambat dari austenit baja hypotektoid pada saat mencapai A3. ferit bersifat sangat lunak ,ulet dan memiliki kekerasan sekitar 70 - 100 BHN dan memiliki konduktifitas yang tinggi. 2. Sementit Sementit adalah senyawa besi dengan karbon yang umum dikenal sebagai karbida besi dengan prosentase karbon 6,67C. Yang bersifat keras sekitar 5 – 68 HRC 3. Perlit Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang memiliki kekerasan sekitar 10-30HRC. Perlit yang terbentuk sedikit dibawah temperatur eutektoid memiliki kekerasan yang lebih rendah dan memerlukan waktu inkubasi yang lebih banyak. 4. Bainit Bainit merupakan fasa yang kurang stabil yang diperoleh dari austenit pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur transformasi ke perlit dan lebih tinggi dari transformasi ke martensit. 5. Martensit Martensit merupakan larutan padat dari karbon yang lewat jenuh pada besi alfa sehingga latis-latis sel satuanya terdistorsi. Karbon adalah unsur penyetabil austenit. Kelarutan maksimum dari karbon pada austenit adalah sekitar 1,7 E pada 1140 0C, Sedangkan kelarutan karbon pada ferit naik dari 0 pada 910 0C menjadi 0,025 pada 723 0C. Pada pendinginan lanjut, kelarutan karbon pada ferrit menurun menjadi 0,08 pada temperatur kamar. Kegunaan dari baja tergantung dari sifat- sifatnya yang sangat bervariasi yang diperoleh melalui pemaduan dan penerapan proses perlakuan panas. Sifat mekanik dari baja sangat tergantung pada struktur mikronya, sedangkan struktur mikro sangat mudah diubah melalui proses perlakuan panas. Beberapa jenis baja memiliki sifat-sifat yang tertentu sebagai akibat penambahan unsur paduan. Salah satu unsur paduan yang sangat penting yang dapat mengontrol sifat baja adalah karbon C. Jika besi dipadu dengan karbon, transformasi yang terjadi pada rentang temperatur tertentu erat kaitanya dengan kandungan karbon. Berdasarkan pemaduan antara besi dan karbon, karbon di dalam besi dapat berbentuk larutan atau berkombinasi dengan besi membentuk karbida besi Fe3C. Jika kadar karbon meningkat maka transformasi austenit menjadi ferit akan menurun dan akan mencapai minimum pada titik prosentase karbon 0,8 pada temperatur 723 0C. Titik ini biasa disebut titik eutektoid. komposisi eutektoid dari baja merupakan titik rujukan untuk mengklasifikasikan baja. Baja dengan kadar karbon 0,8 disebut baja eutektoid. Sedang kan baja dengan kadar karbon kurang dari 0,8 disebut baja hipo tektoid . titik kritis sepanjang garis GS disebut sebagai garis A3 sedangkan titik kritis sepanjang garis PSK disebut sebagai garis A1. Dengan demikian setiap titik pada garis GS dan SE menyatakan temperatur dimana transformasi dari austenit dimulai baik pada saat dipanaskan maupun pada saat didinginkan . Jika baja eutektoid didinginkan dari temperatur austenisasinya , maka pada saat mencapai titik – titik sepanjang garis tersebut akan bertransformasi menjadi suatu campuran eutektoid yang disebut perlit. Jika baja hypo teuktoid didinginkan dari temperatur austenisasinya, pada saat mencapai garis GS , ferit akan terbentuk sepanjang batas butir austenit. Pada titik ini, pengintian ferit akan terjadi dibatas butir austenit dan mulai saat itu, paduan Fe-C memasuki daerah dua fasa. Jika pendinginan yang lambat tersebut diteruskan ketitik C ferit akan tumbuh. Pada 732 °C , struktur baja di titik C terdiri dari austenit dan ferit. Karena kelarutan karbon di ferit sangat rendah, maka pada saat pertumbuhan ferit akan disertai pembuangan karbon ke austenit yang masih tersisa sehingga fasa austenit menjadi kaya akan karbon. Pendinginan lanjut dari dari baja tersebut, pada saat melalui temperatur eutektoidnya pada titik D, austenite yang tersisa akan bertransformasi menjadi suatu campuran ferit dan sementit yang berbentuk lamellar serpih. Dengan demikian baja dengan kadar karbon 0,4 pada titik D akan terdiri dari ferit dan perlit. Perbandingan ferit terhadap perlit sama dengan perbandingan ferit terhadap austenit di titik C. Pendinginan lebih lanjut sampai ke temperatur kamar tidak mempengaruhi struktur mikro yang sudah ada. Pada saat dipanaskan akan terjadi transformasi yang berlangsung kebalikanya dari apa yang telah dijelaskan diatas. Jumlah perlit yang ada pada setiap jenis baja sangat tergantung pada kadar karbonnya. Sebagai contoh, baja dengan 0,2 C akan memiliki sekitar 25 perlit, sedangkan baja dengan 0,4 C akan memiliki sekitar 50 C. Jika baja hypoteuktoid didinginkan dari temperatur austenisasinya, maka akan terjadi pemisahan sementit pada batas butir austenit disepanjang garis SE. Sebagai contoh jika baja dengan 1,25 C diaustenisasi dan didinginkan perlahan-lahan maka akan terjadi pemisahan sementit. Dengan adanya pembentukan sementit, kadar karbon diaustenit akan berkurang dan penurunan kadar karbon tersebut terus berlanjut sampai mendekati temperatur 723 0C. Pada titik I, struktur baja akan terdiri dari campuran austenit dan sementit dimana sementitnya terbentuk disepanjang batas butir austenit. Pendinginan lebih lanjut dari baja tersebut melalui temperatur eutektoidnya akan mengubah seluruh austenit yang tersisa menjadi perlit. Pendinginan lanjut sampai ketemperatur kamar tidak akan mengubah struktur mikro yang sudah ada. Berdasarkan penjelasan di atas, struktur baja karbon tergantung dari kadar karbonya. Hasil pendinginan yang lambat pada temperatur kamar akan terdiri dari: 1. Ferit, dengan kandungan karbon 0,007 - 0,25 C 2. Ferit dan perlit, dengan kadungan karbon 0,025 - 0,8 C 3. Perlit dan sementit, dengan karbon, 0,8 - 1,7 C 4. Perlit dan grafit, dengan karbon 1,7 - 4,2 C dengan perlakuan khusus Wikipedia, 2012 Dalam kondisi cair karbon dapat larut dalam besi. Dalam kondisi padat, besi dan karbon dapat membentuk : - Larutan padat solid solution - Senyawa interstitial interstitial compound - Eutectic mixture : campuran antara austenite γ dan cementite Fe 3 C - Eutectoid mixture : campuran antara ferrite α dan cementite Fe 3 C - Grafit : karbon bebas, tidak membentuk larutan padat ataupun tidak berikatan membentuk senyawa dengan Fe. Beberapa istilah dalam diagram kesetimbangan Fe-Fe 3 C dan fasa-fasa yang terdapat didalamnya akan dijelaskan dibawah ini. Berikut adalah batas-batas temperatur kritis pada diagram Fe-Fe 3 C: - A1, adalah temperatur reaksi eutektoid yaitu perubahan fasa γ menjadi α+Fe 3 C perlit untuk baja hypo eutektoid. - A2, adalah titik Currie pada temperatur 769 C, dimana sifat magnetik besi berubah dari feromagnetik menjadi paramagnetik. - A3, adalah temperatur transformasi dari fasa γ menjadi α ferit yang ditandai pula dengan naiknya batas kelarutan karbon seiring dengan turunnya temperatur. - Acm, adalah temperatur transformasi dari fasa γ menjadi Fe 3 C sementit yang ditandai pula dengan penurunan batas kelarutan karbon seiring dengan turunnya temperatur. - A13, adalah temperatur transformasi γ menjadi α+Fe 3 C perlit untuk baja hiper eutektoid. - Ferit α, yaitu paduan Fe dan C dengan kelarutan C maksimum 0,025 pada temperatur 723 C, struktur kristalnya BCC Body Centered Cubic. - Austenit γ, adalah paduan Fe dan C dengan kelarutan C maksimum 2 pada temperatur 1148 C, struktur kristalnya FCC Face Centered Cubic. - Delta δ, adalah paduan Fe dan C dengan kelarutan C maksimum 0,1 pada temperatur 1493 C, struktur kristal BCC Body Centered Cubic. - Senyawa Fe 3 C atau biasa disebut sementit dengan kandungan C maksimum 6,67, bersifat keras dan getas dan memiliki struktur kristal Orthorombic. - Liquid atau fasa cair, adalah daerah paling luas dimana kelarutan C sebagai paduan utama dalam Fe tidak terbatas pada temperatur yang bervariasi. Situs Informasi Mekanik, Material dan Manufaktur, 2011

2.4 Perlakuan panas pada baja