Unsur Nikel Ni Unsur Kromium Cr

Unsur silikon menyebabkan sementit tidak stabil, sehingga memisahkan dan membentuk grafit. Unsur silikon juga merupakan pembentuk ferit, tetapi bukan pembentuk karbida, silikon juga cenderung membentuk partikel oksida sehingga memperbanyak pengintian kristal dan mengurangi pertumbuhan akibatnya struktur butir semakin halus.

4. Unsur Nikel Ni

Nikel mempunyai pengaruh yang sama seperti mangan, yaitu menurunkan sedikit temperatur kritis dan laju pendinginan kritis, memperbaiki kekuatan tarik atau menaikkan sifat kenyal, tahan panas, jika pada baja paduan terdapat unsur nikel sekitar 25 maka baja dapat tahan terhadap korosi. Unsur yang mempunyai bentuk kisi FCC larut dengan baik dalam austenit dan unsur yang mempunyai bentuk kisi BCC larut dengan baik dalam ferit. Nikel adalah salah satu unsur yang mempunyai bentuk kisi FCC, yang larut lebih baik dalam austenit dari pada dalam ferit, sehingga mempengaruhi penurunan laju transformasi dan meningkatkan mampu kerasnya. Unsur nikel yang bertindak sebagai tahan karat korosi disebabkan nikel bertindak sebagai lapisan penghalang yang melindungi permukaan baja.

5. Unsur Kromium Cr

Sifat unsur kromuim Cr dapat menurunkan laju pendinginan kritis kromuim sejumlah 1,5 cukup meningkatkan kekerasan dalam minyak. Penambahan kromium pada baja menghasilkan struktur yang lebih halus dan membuat sifat baja dapat dikeraskan hardenability lebih baik karena kromium dan karbon dapat membentuk karbida. Muhd. Amin Nasution : Pembentukan Kurva S Dari Proses Kinetika Transformasi Fasa Baja Mangan Pada..., 2008 USU e-Repository © 2008 Kromium dapat menambah kekuatan tarik dan keplastisan serta berguna juga dalam membentuk lapisan pasif untuk melindungi baja dari korosi serta tahan terhadap temperatur tinggi. Kromium mempunyai bentuk kisi BCC yang lebih baik larut dalam ferit. Pada umumnya baja paduan memiliki sifat yang unggul dibandingkan dengan baja karbon antara lain Amstead, 1993 : 1. Keuletan yang tinggi tanpa pengurangan kekuatan tarik. 2. Kemampukerasan sewaktu dicelup dalam minyak maupun didinginkan di udara, dan dengan demikian kemungkinan retak atau distorsinya berkurang. 3. Tahan terhadap korosi dan keausan yang tergantung pada jenis paduannya. 4. Tahan terhadap perubahan suhu, ini berarti bahwa sifat fisisnya tidak banyak berubah. 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 Stee lHSLA, dan baja perkakas Tool Steel.

2.2 Diagram Fasa

Diagram fasa secara umum berfungsi untuk menentukan perubahan fasa yang ditunjukkan akibat perubahan temperatur dan komposisi dari panduannya dalam proses perlakuan panas yang diberikan terhadap bahan, sebagai contoh diagram fasa baja mangan Gambar 2.1. Selain itu diagram fasa berguna sebagai peta yang Muhd. Amin Nasution : Pembentukan Kurva S Dari Proses Kinetika Transformasi Fasa Baja Mangan Pada..., 2008 USU e-Repository © 2008 memberikan komposisi kimia fasa pada keadaan seimbang setelah semua reaksi- reaksi berakhir. Informasi ini bersama informasi lainya mengenai jumlah tiap fasa merupakan data yang sangat berguna bagi ilmuwan maupun ahli tehnik yang bertugas dalam pengembangan bahan, pemilihan dan pemakaiannya pada desain produk. Selain itu diagram fasa dapat digunakan untuk menentukan kuantitas tiap fasa yang ada dalam keseimbangan.

2.2.1 Diagram Fasa Fe – Mn

Pada tahun 1882 Robert Hadfield menyatakana baja manggan mengandung 1,2Wt C dan 12Wt Mn. Menurut Lipin 1885 baja mangan harus mengandung kadar mangan Mn 10 dibandingkan dengan kadar karbon Bain, E.C, 1939. Gambar 2.1. Diagram Fasa Fe - Mn Bain, E.C, 1939 Muhd. Amin Nasution : Pembentukan Kurva S Dari Proses Kinetika Transformasi Fasa Baja Mangan Pada..., 2008 USU e-Repository © 2008 Pada Gambar 2.1 diagram fasa baja mangan, Fe-Mn. diagram fasa ini menjadi landasan untuk laku panas baja mangan yang kita kenal. Andaikan fasa baja mangan Fe Mn 12 wt Mn di heat treatment sampai temperatur1200 C fasa yang terjadi fasa austenit dengan struktur kristal Face Center Cubic FCC dan kemudian diturunkan temperaturnya menjadi 769 C sampai titik kritis fasa yang terjadi sebagianfasa austenit γ dan sebagian fasa ferrit α kondisi fasa austenit lebih dominan, dan juga merupakan fasa magnetik dengan kandungan mangan yang lebih kecil 10 wt Mn, jika temperatur turun menjadi 600 C fasa austenit lebih dominan dari fasa ferrit α dan jika temperatur menjadi 400 C maka fasa ferrit α akan jauh lebih dominan dari fasa austenit dengan struktur kristal Body Centre Cubic BCC.

2.3 Proses Perlakuan Panas

Prose perlakuan panas adalah suatu proses yang dapat merubah sifat logam dengan cara mengubah struktur mikro melalui proses pemanasan yang diikuti proses pendinginan dengan atau tanpa merubah komposisi kimia logam. Proses perlakuan panas akan menghasilkan sifat-sifat logam yang diinginkan. Perubahan sifat logam akibat proses perlakukan panas dapat mencakup seluruh bagian dari logam atau sebagaian dari logam. Perlakuan panas yang diberikan pada baja dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan tarik baja. Untuk meningkatkan kekerasan baja dilakukan proses pengerasan hardening. Muhd. Amin Nasution : Pembentukan Kurva S Dari Proses Kinetika Transformasi Fasa Baja Mangan Pada..., 2008 USU e-Repository © 2008 Perlakuan panas pada baja sampai temperatur dan waktu penahanan holding time tertentu, kemudian dilanjutkan dengan proses pendinginan yang sesuai, sehingga diperoleh sifat fisis dan sifat mekanis yang diinginkan dari baja.. Baja yang telah diberi perlakuan panas mempunyai sifat-sifat antara lain : 1. Kekerasan dan kekuatan baja bertambah 2. Sifat fisis dan sifat mekanis yang teratur seperti keuletan, ketahanan korosi 3. Memunculkan sifat magnetik dan listrik pada baja 4. Perbaikan ukuran butir di dalam baja Perlakuan panas logam pada temperatur dan waktu tahan tertentu, kemudian dilanjutkan dengan proses pendingian didapat merobah sifat fisis dan sifat mekanis yang diinginkan. Jenis-jenis perlakuan panas antara lain: Proses annilisasi dan Proses pemanasan kembali Re-heat treatment,

2.3.1 Proses Annilisasi

Anil berasal dari pandai besi, mereka menemukan gejala yang menguntungkan bila beberapa bahan dipanaskan sampai suhu tinggi, sisusul dengan pendinginan perlahan-lahan. Proses Annilisasi merupakan proses perlakuan panas yang bertujuan untuk mendapatkan butir yang seragam, mempertahankan fasa, mempartahankan struktur kristal yang terbentuk dan menghilanghkan tegangan dalam. Berdasarkan biagram fasa baja magan Gambar 2.1 proses annilisasi dilakukan pada temperatur 1000 o C sampai 1400 o C yaitu pada fasa austenit, selanjutnya didinginkan dengan cara dicelupkan kedalam air water quenching sampai temperatur kamar. Muhd. Amin Nasution : Pembentukan Kurva S Dari Proses Kinetika Transformasi Fasa Baja Mangan Pada..., 2008 USU e-Repository © 2008

2.3.2 Pemanasan Kembali Re-Heat Treatment

Pemanasan kembali re-heat treatment adalah proses panas kembali pada baja yang telah diannelisasi dengan temperatur yang lebih rendah dari temperatur annilisasi. Bertujuan untuk menghasilkan fasa baru yang mempengaruhi mikro struktur dari baja. Selama proses re-heat treatment berlangsung dengan waktu tahan yang bervariasi akan menghasilkan mikrostruktur yang bervariasi seiring dengan terbentuknya fasa baru.

2.3.3 Penahanan Temperatur Holding Time

Penahanan suhu selama beberapa waktu holding time bertujuan agar karbon yang terdapat dalam karbida dapat larut ke fasa austenit secara merata dan temperatur yang diterima pada permukaan dan bagian dalam baja merata, sehingga pada waktu dilakukan pencelupan cepat quenched tidak mengalami retakan. Waktu yang diperlukan untuk penahanan temperatur holding time tergantung pada jenis baja yang diberi perlakuan panas heat treatment.

2.3.4 Media Pendingin

Keberhasilan suatu proses pengerasan atau pengerjaan panas dari baja sangat dipengaruhi oleh laju pendinginan karena struktur yang terbentuk dari hasil pendinginan yang sangat beraneka ragam jenisnya. Medium pendingin yang sering digunakan khususnya pada proses pengerasan adalah : Air H 2 O, Minyak Oli dan Udara. Dari ketiga media pendingin, yang paling cepat mendinginkan adalah air kemudian oli dan yang paling lambat adalah udara. Kecepatan atau laju pendinginan sangat mempengaruhi struktur mikro grain size dari logam. Beurmer, 1980. Muhd. Amin Nasution : Pembentukan Kurva S Dari Proses Kinetika Transformasi Fasa Baja Mangan Pada..., 2008 USU e-Repository © 2008

2.4 Pendinginan

Proses pendinginan dilakukan setelah perlakuan panas diberikan pada baja. Pada umumnya mikro struktur baja tergantung pada laju pendinginan dari temperatur fasa austenit sampai ke temperatur kamar. Pendinginan terbagi dua yaitu, pendinginan cepat dan pendinginan lambat. Pendinginan cepat bertujuan agar terbentuk mikro struktur baja yang keras yang mudah getas, sedangkan pendingian lambat bertujuan agar didapat mikro struktur yang lebih stabil dikarenakan perubahan bentuk butir terjadi secara perlahan, sehingga menghasilkan baja yang lunak dan ulet. Medium pendingin yang sering digunakan diantaranya: 1. Pencelupan quenching dengan media ; air, minyak, es, dan dry ice 2. Pendinginan di ruangan atau dikenal dengan air cooling 3. Pendinginan di dalam tungku atau dikenal dengan furnace cooling Laju pendinginan atau sangat mempengaruhi struktur mikro bahan dan pengaruh keduanya dapat dilihat pada gambar 2.2. Hubungan antar laju pendinginan dan mikrostruktur yang terbentuk digambarkan dalam diagram yang menghubungkan waktu, temperatur dan transformasi yang dikenal dengan diagam CCT Continous Cooling Transformation. Gambar 2.2. merupakan diagram CCT Continous Cooling Transformation dari baja. Muhd. Amin Nasution : Pembentukan Kurva S Dari Proses Kinetika Transformasi Fasa Baja Mangan Pada..., 2008 USU e-Repository © 2008 Gambar. 2.2 Diagram Continous Cooling Transformation CCT Variasi Media Pendinginan terhadap Mikro Struktur Shackelford, 1996 Gambar 2.2 menunjukkan bahwa sturktur martensit dihasilkan dengan pencelupan di air dengan waktu 1 - 10 detik. Sedangkan Struktur martensit dan pearlit diperoleh dengan pencelupan di oli dengan waktu 10 - 100 detik. Struktur bainet dan pearlit diperoleh dengan pendinginan di udara dengan waktu lebih kurang 9050 – 10.000 detik dan struktur mikro pearlit diperoleh dengan pendinginan di dapur pada waktu lebih besar dari 100.000 detik. Gambar 2.2 menunjukkan bila laju pendinginan menurun berarti waktu pendinginan dari temperatur austenit juga menurun, sehingga mikro struktur yang terbentuk adalah dari gabungan fasa ferrit-fasa pearlit ke fasa ferrit-fasa pearlit-fasa bainit-fasa martensit, kemudian ke fasa bainit-fasa martensit dan akhirnya pada laju yang tinggi sekali mikrostruktur akhirnya fasa martensit. Pembentukan fasa martensit, Muhd. Amin Nasution : Pembentukan Kurva S Dari Proses Kinetika Transformasi Fasa Baja Mangan Pada..., 2008 USU e-Repository © 2008 terjadi dekomposisi fasa austenit dalam fasa ferit + karbida c. Hal ini berarti bahwa ada waktu untuk karbon untuk berdifusi dan berkonsentrasi dalam karbida sehingga fasa ferrit kekurangan karbon bila fasa austenit didinginkan dengan sangat cepat . Penghilangan kondisi pengerjaan dingin terjadi melalui kombinasi dari tiga proses yaitui Smallman, 1985: 1. Pemulihan Recovery 2. Rekristalisasi Recrystalization 3. Pertumbuhan butir Grain growth

2.4.1 Pemulihan Recovery

Pemulihan terjadi pada awal pemanasan kembali dengan temperatur rendah, dan perubahan tidak diikuti dengan perubahan struktur, serta perubahan sifat mekanik. Perubahan yang terjadi hanyalah berkurangnya tegangan dalam. Perlunya pengurangan tegangan dalam ini untuk dapat mencegah terjadinya distorsi pada bahan yang mengalami pengerjaan dingin akibat tegangan sisa.

2.4.2 Rekristalisasi Recrystalization

Pemanasan kembali hingga temperatur yang lebih tinggi akan menyebabkan munculnya kristal yang baru dari kristal yang terdistorsi, dengan struktur kristal dan komposisi kimia yang sama pada saat sebelum pengerjaan dingin, kecuali kristal yang dendrite, kristal yang tadinya dendrite, setelah pengerjaan dingin dan pemanasan kembali bentuk dendrite akan hilang. Kristal baru yang mula-mula muncul pada Muhd. Amin Nasution : Pembentukan Kurva S Dari Proses Kinetika Transformasi Fasa Baja Mangan Pada..., 2008 USU e-Repository © 2008 batang kristal yang mengalami distorsi paling hebat yang terjadi pada batas butir dan bidang slip. Kelompok-kelompok atom cluster of atomic disekitarnya menjadi inti. Sehingga inti bertumbuh menjadi kristal baru, yang lebih besar dan akhirnya kristal lama yang terdeformasi akan habis. Handness Strength Ructility New grains Temperatu Amount of cold work Gambar 2.3 Proses Rekristalisasi Wahid,1987 Rekristalisasi terjadi melalui pergantian dan pertumbuhan. Untuk memperoleh suatu proses rekristalisasi diperlukan masa inkubasi. Maka inkubasi diperlukan sebagai waktu untuk mengumpulkan sejumlah energi yang cukup memulai rekristalisasi. Gambar 2.3 mula-mula laju kristalisasi rendah kemudian cepat dan akhirnya melambat lagi menjelang akhir proses . Muhd. Amin Nasution : Pembentukan Kurva S Dari Proses Kinetika Transformasi Fasa Baja Mangan Pada..., 2008 USU e-Repository © 2008 Rekristalisasi dapat terjadi pada temperatur tertentu yang dinamakan tenperatur rekristalisasi temperatur dimana logam yang dideformasi dingin akan mengalami rekristalisasi, yang dapat selesai dalam satu jam. Tingginya temperatur rekristalisasi ini dipengaruhi oleh besarnya deformasi dingin sebelumnya, temperatur rekristalisasi makin rendah bila logam telah mengalami pendinginan. Logam yang dideformasi pada temperatur diatas temperatur rekristalisasi akan langsung mengalami rekristalisasi dan setelah deformasi selesai akan diperoleh kristal yang sama dengan kristal sebelum mengalami deformasi pengerjaan panas.

2. 4.3 Pertumbuhan Butir Grain Growth