kekerasan dan kekuatan baja. Kandungan karbon didalam baja sekitar 0,2 – 0,7 , sedangkan unsur lain dibatasi persentasenya. Unsur paduan yang bercampur di
dalam lapisan baja untuk membuat baja bereaksi terhadap pengerjaan panas atau menghasilkan sifat-sifat khusus. Baja merupakan logam yang paling banyak
digunakan dalam bidang keteknikan seperti pembentukan plat, lembaran, pipa, batang, profil dan sebagainya.
Unsur karbon adalah unsur campuran yang sangat penting dalam pembentukan baja, jumlah persentase dan bentuknya membawa pengaruh yang
besar terhadap sifatnya. Tujuan penambahan unsur campuran lain ke dalam baja adalah untuk mengubah pengaruh unsur karbon. Apabila dibandingkan dengan
kandungan karbonnya maka dibutuhkan sejumlah besar unsur campuran lain yang menghasilkan sifat yang dikehendaki pada baja. Unsur-unsur campuran itu
yaitu Posfor P, Sulfur S, Mangan Mn, Molibden Mb, Nikel N dan Chrom Cr.
2.2 Diagram Keseimbangan Paduan dan Diagram Waktu dan Temperatur
Transformasi TTT Diagram
2.2.1 Pernyataan dengan diagram keseimbangan
Suatu paduan terdiri dari larutan padat, senyawa antar-logam dan logam murni. Dalam diagram ini ditunjukkan ketergantungan dari perubahan-perubahan
fasa terhadap temperatur komposisi perbandingan antara unsur-unsur penyusun, dalam satu diagram yang disebut diagram keseimbangan. Diagram ini sangat
berguna untuk mengetahui sifat-sifat paduan. Paduan antara dua unsur disebut paduan biner, paduan tiga unsur disebut paduan terner. Tiap paduan tersebut
Universitas Sumatera Utara
mempunyai diagram keseimbangan sendiri tetapi diagram keseimbangan paduan terner lebih sulit. Karena itu disini hanya dibahas paduan biner saja.
Perunggu adalah suatu paduan antara tembaga dan timah, dan besi cor atau baja cor, adalah paduan antara besi dan karbon, yang sesungguhnya masing-
masing masih mengandung unsur-unsur lain, tetapi unsur-unsur tersebut tidak memberikan pengaruh banyak terhadap sifat-sifat utamanya. Oleh karena itu
paduan-paduan tersebut dapatlah dianggap sebagai paduan biner. Tentunya apabila kandungan unsur-unsur lain memberikan pengaruh besar pada sifat
paduan, maka harus dianggap sebagai paduan terner atau kwarter. Pada diagram keseimbangan paduan biner, ordinatnya adalah temperatur
dan absisnya dalah komposisi dari paduan, dimana titik A dan B masing-masing merupakan logam murni A dan B, seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.3. Titik P
antara A dan B berarti paduan yang mengandung A dan B masing-masing dalam perbandingan
AB PB
dan AB
AP . Ini disebut hubungan tuas, sebab sama seperti tuas
pada timbangan, kalau diumpamakan bahwa logam murni A dan B digantung pada titik A dan B pada perbandingan berat
AB PB
dan AB
AP . Ttitik Q menyatakan
keadaan paduan dari komposisi P pada temperatur T.
Gambar 2.3 Penjelasan diagram keseimbangan dari paduan biner
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Proses pertumbuhan struktur besi cor
Struktur besi cor ditentukan oleh komposisi dari besi dan karbon. Gambar 2.4 adalah diagram keseimbangan besi-karbon. Dari diagram ini dapat dipelajari
bagaimana fasa berubah dan struktur apa yang timbul kalau besi cor yang mengandung 3 karbon membeku dan didinginkan sampai temperatur kamar.
Pembekuan paduan mulai pada titik a dan berakhir pada titik b yang berarti bahwa ada daerah temperatur pembekuan dimana temperatur berubah selama pembekuan
paduan itu. Struktur pada titik m selama majunya pembekuan ditunjukkan dalam
gambar a, dimana kristal-kristal dendrit berada dalam cairan. Fasa padat dalam keadaan ini adalah larutan padat
, yang mempunyai kandungan karbon pada titik e. Larutan padat
disebut austenit, dan berbentuk seperti cabang-cabang sebuah pohon. Kristal-kristal ini mula-mula muncul selama pembekuan, oleh karena itu
disebut kristal-kristal mula. Kandungan karbon dari austenit ini ada pada titik e, sehingga kandungan
karbon dari fasa cair dipekatkan yang ditunjukkan oleh titik f. Selanjutnya apabila pembekuan berlanjut ke titik b, kandungan karbon dari austenit ada pada E dan
kepekatan dari cairan ada pada C. Kemudian cairan yang tinggal mulai membeku. Butir-butir kristal dari pembekuan larutan sisa ini adalah campuran potongan-
potongan halus dari grafit dan austenit seperti ditunjukkan pada gambar b. Ini disebut kristal eutektik dan tiap butir eutektik yang timbul sedikit demi sedikit
dalam larutan disebut sel eutektik. Sel eutektik ini makin besar dan bersentuhan
Universitas Sumatera Utara
dengan tetangganya pada akhir pembekuan. Selama proses ini temperatur tetap kira-kira 1.145°C.
Struktur eutektik terbentuk sedemikian sehingga paduan membeku serempak dari fasa cair dan membentuk dua fasa yang tercampur halus. Tetapi,
seperti pada besi cor, cabang-cabang grafit tumbuh radial bersama-sama dengan pertumbuhan sel eutektik, dan dendrit austenit menjadi tidak jelas, sehingga
akhirnya struktur menjadi austenit dengan grafit yang tersebar, seperti ditunjukkan pada gambar c.
Ketika temperatur turun ke 720°C setelah seluruhnya menjadi beku, larutan padat
terurai menjadi dua fasa yaitu larutan padat dan karbid besi. Gejala ini disebut transformasi eutektoid dan khususnya disebut tansformasi A
1
untuk paduan besi karbon. Larutan
padat dari transformasi ini disebut ferit, dan karbida besi Fe
3
C disebut sementit. Keduanya membentuk lapisan-lapisan tipis tertumpuk
bergantian. Struktur ini disebut perlit. Kalau laju pendinginan diperkecil, larutan padat
terurai menjadi larutan padat dan grafit. 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, maka material tersebut biasanya disebut sebagai besi cor Cast Iron.
Makin tinggi kadar karbon dalam baja, maka akan mengakibatkan hal- hal sbb : a.
Kuat leleh dan kuat baja akan naik. b.
Keliatan elongasi baja berkurang. c.
Semakin sukar di las.
Universitas Sumatera Utara
oleh karena itu adalah penting agar kita dapat menekan kandungan karbon pada kadar serendah mungkin untuk dapat mengantisipasi berkurangnya keliatan dan
sifat sulit dilas diatas, tetapi sifat kuat leleh dan kuat tariknya tetap tinggi. Penambahan unsur – unsur ini dikombinasikan dengan proses heat treatment akan
menghasilkan kuat tekan yang lebih tinggi, tetapi keuletan dan keliatan, dan kemampuan khusus lainnya tetap baik. Unsur – unsur tersebut antara lain:
Mangan Mn, Chromium Cr, Molybdenum Mo, Nikel Ni dan tembaga Cu. Sifat fisik dari berbagai jenis baja dan paduannya pada temperatur tertentu
tergantung dari kadar karbon dan bagaimana proses distribusinya. Sebelum dikeraskan dengan proses heat treatment, baja umumnya memiliki struktur: ferit,
perlit, dan sementit. 1. Fasa Ferit
Ferit terbentuk dibawah temperatur 910°C. Struktur BCC dapat timbul pada temperatur diatas 723°C dan bersifat non magnetik pada temperatur antara
771°C – 910°C. Ferit adalah larutan padat karbon C di dalam besi alpha. Merupakan komponen terlunak dari baja dan sangat lunak dan ulet. Disebut juga
besi murni, dimana larutan karbon C 0,025, dapat bersifat fero magnetik dibawah 90°C.
2. Fasa Sementit Sementit adalah komponen terkeras dan paling rapuh dari baja. Disaat
kandungan karbonnya 6,67, terjadi kombinasi ferit dan perlit. Sementit ini disebut juga besi karbida, terjadi dibawah temperatur 1400°C, dan berstruktur
kristal orthorhombic. 3. Fasa Perlit
Universitas Sumatera Utara
Merupakan campuran ferit dan sementit yang stabil pada temperatur kamar dibawah 723°C dan persentase karbon 0,83. Memiliki sifat fisik seperti yang
terdapat pada sementit sangat keras dan ferit sangat lunak. Pembentukan perlit hanya terjadi pada saat karbon dengan persentase 0,83 dengan pasti mengisi
kebutuhan sementit. Jika tidak terdapat jumlah karbon yang cukup, atau kurang dari 0,83 karbon, maka karbon dan besi akan bergabung membentuk sementit
sampai seluruh karbon dapat terkonsumsi. Ketangguhan dan kekerasan baja tidak terlalu tergantung oleh heat
treatment, tetapi tergantung sama tiga komposisi utama tersebut. Jika kandungan karbon meningkat, maka jumlah ferit berkurang dan jumlah perlit meningkat
sampai baja mengandung 0,8 karbon, keseluruhannya merupakan komposisi perlit. Baja dengan karbon lebih dari 0,8 karbon merupakan campuran perlit dan
sementit. Pada saat meningkatnya temperatur maka akan mengalami perubahan ferit dan perlit menjadi bentuk allotropic dari paduan iron-carbon austenit, yang
memiliki sifat kelarutan semua karbon bebas dalam logam. Jika baja didinginkan secara lambat, austenit menjadi ferit dan perlit, tapi jika pendinginan cepat
austenit “membeku” atau berubah menjadi martensit, yang sangat keras.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Diagram keseimbangan besi-karbida besi
2.2.3 Diagram waktu dan temperatur transformasi
