Pengertian, Diagram Fasa, Klasifikasi, dan Sifat Mekanik Baja

Baja merupakan paduan yang tersusun atas besi (Fe) dan unsur lain. Karbon (C) adalah unsur paduan utama dalam baja. Baja karbon mengandung 0 – 2% karbon. Berdasarkan komposisi kimia, baja digolongkan menjadi dua kelompok, yaitu: baja karbon (baja karbon tanpa paduan, plain carbon steel) dan baja paduan. Baja karbon yang digunakan dalam bentuk batang dan tempa mengandung karbon, maksimum 1,65% Mn, maksimum 0,6% Si, maksimum 0,6% Cu, dan maksimum P serta S. Unsur Mn, Si, Cu, P, dan S biasanya merupakan sisa dari proses pembuatan besi/baja yang nilainya ditekan sampai kadar yang kecil dan karena kadarnya yang sedikit maka tidak banyak berpengaruh pada sifat mekanik baja tersebut (Krauss. 2005).

Baja paduan mengandung karbon dan jumlah mangan, silicon, tembaga, fosfor, dan sulfur yang terbatas dengan penambahan unsur paduan, seperti: aluminium, kromium, kobalt, niobium, molybdenum, nikel, titanium, tungsten, vanadium, zirconium, dsb. Berdasarkan jumlah unsur paduan yang ditambahkan, baja paduan terbagi dua kelompok, yaitu: baja paduan rendah (low alloy steel) dan baja paduan tinggi (high alloy steel). Pada baja paduan rendah, terdapat sedikit unsur paduan selain karbon yang ditambahkan. Sedangkan baja paduan tinggi mengandung kadar unsur paduan yang besar yang sengaja ditambahkan untuk meningkatkan karakteristik sifat dari baja tersebut. Baja tahan karat dan baja perkakas juga termasuk dalam baja paduan tinggi yang banyak digunakan dalam industri (Krauss. 2005).

Untitled
Gambar 2.1 Diagram Fase Fe-Fe3C (Abbaschian. 2009)

 Pada Gambar 2.1, terdapat beberapa fasa yang mungkin terbentuk dalam paduan Fe-Fe3C. Pertama, fasa karbida besi (sementit) yang pada dasarnya merupakan senyawa metastabil. Kesetimbangan sesungguhnya adalah besi dan grafit. Pada praktisnya, sulit ditemukan grafit dalam baja (0,03 – 1,5% C) meskipun kadang dapat muncul pada besi tuang (2 – 4% C) dengan penambahan elemen paduan berupa silikon.

Kedua, Fe-g (austenit) yang merupakan larutan padat dengan kelarutan karbon dalam besi maksimum 2% pada temperatur 1147oC. Kelarutan yang besar ini sangat penting pada proses perlakuan panas. Ketiga, Fe-a (ferrit) memiliki kelarutan karbon yang terbatas 0,02% C pada 723oC. Sehingga ketika kadar karbon meningkat dari 0,05 hingga 1,5% C maka karbida besi dan ferrit akan membentuk campuran (perlit).

Keempat, fasa Fe-d (besi delta) memiliki kelarutan karbon yang sangat terbatas antara 1390-1534oC. Besi delta menghilang secara sempurna pada karbon yang lebih dari 0,5% (Honeycombe. 1995).

Dari diagram Fe-Fe3C pada Gambar 2.1, baja dapat diklasifikasi berdasarkan kandungan karbon yang dimiliki, antara lain: baja karbon rendah, baja karbon menengah, dan baja karbon tinggi. Sifat mekanik baja karbon sangat sensitif terhadap kandungan karbon dalam baja (Callister. 2010).

Baja karbon rendah tersusun atas struktur ferit dan perlit. Sehingga baja ini relatif lunak dan kekuatan rendah tetapi memiliki keuletan tinggi dan ketangguhan, dan juga kemampuan machinability dan weldability tinggi. Baja ini tidak dapat dikeraskan melalui heat treatment untuk membentuk martensit, hanya bisa dikeraskan dengan cold working. Sifat mekanik baja karbon rendah memiliki kekuatan luluh 275 MPa (40.000 psi), kakuatan tarik 415 – 550 MPa (60.000 – 80.000 psi) dan elongasi 25% (Callister. 2010).

Baja karbon menengah dapat dikeraskan dengan austenitisasi, pendinginan cepat, dan tempering untuk meningkatkan sifat mekaniknya. Hanya saja baja ini memiliki sifat mampu keras (hardenability) yang rendah, hanya sebagian kecil permukaan yang mengeras. Aplikasinya banyak digunakan sebagai rel kereta, gear, crankshaft, dan komponen otomotif lain serta komponen struktural yang membutuhkan kombinasi kekuatan, kekerasan, dan ketangguhan yang memadai (Callister. 2010).

Baja karbon tinggi merupakan baja yang mengandung karbon antara 0.60-1.4%. Baja tersebut memiliki sifat sangat keras dan kuat tetapi keuletannya paling rendah daripada baja karbon jenis yang lain. Baja ini hampir selalu ditemukan dalam kondisi dikeraskan dan di-temper untuk mendapatkan sifat tahan aus yang super untuk keperluan perautan dan alat permesinan. Baja perkakas dan baja untuk dies kebanyakan dibuat dengan material baja karbon tinggi.

 

Tabel 2.1 Spesifikasi baja karbon tinggi (ASM Handbook vol. 1. 1990)

AISI Kekuatan Tarik

(MPa)

Kekuatan Luluh (MPa) Elongasi

(%)

Kekerasa

(HB)

1060 620 480 10 183
1080 680 520 10 192
1090 680 520 10 197

Beberapa unsur paduan, seperti: kromium, vanadium, tungsten, molybdenum ditambahkan agar dapat berkombinasi dengan karbon untuk membentuk karbida (misalnya: Cr23C6, V4C3, WC) yang sangat keras dan tahan terhadap aus. Beberapa tipe baja karbon tinggi sesuai dengan ASM Internasional tertera pada Tabel 2.1. Baja karbon rendah biasanya digunakan untuk peralatan pemotong, dies untuk pembentukan material, pisau, gergaji besi, dan pegas (Callister. 2010).

Tulisan keren lainnya:

Pengertian, Diagram Fasa, Klasifikasi, dan Sifat Mekanik Baja

Pengaruh Unsur Paduan pada Baja

Kromium dan Karakteristiknya (Sifat Fisik dan Kimia)

Paduan Fe-Cr-C

Perkakas Potong (Cutting Tools)

Baja Perkakas dan Klasifikasinya

Baja Kecepatan Tinggi (HSS), Klasifikasi, Struktur Mikro, dan Sifat Mekaniknya

Pengecoran dan jenis-jenisnya

Sand Casting

Solidifikasi dan toleransi penyusutan pada pengecoran logam

Cacat pada Pengecoran dan Metode Inspeksinya

Furnace untuk Pengecoran Logam

Daftar Pustaka

____. 1990. ASM Handbook Volume 1. Properties and Selection: Irons Steels and High Performance Alloys. USA: ASM International

____. 1990. ASM Handbook Volume 3. Alloys Phase Diagrams. USA: ASM International

____. 1990. ASM Handbook Volume 9. Metallography and Microstructure. USA: ASM International

Abbaschian, Reza dkk. 2009. Physical Metallurgy Principles 4th Edition. Stamford: Cengage Learning

Avner, S. H. (1974). Introduction to Physical Metallurgy. New York: McGraw-Hill International Book Company.

  1. Fultz, J. Howe. 2013. Transmission Electron Microscopy and Diffractometry of Materials. Berlin: Springer

Barkalow, R. H dkk. 1972. Solidification of M2 High Speed Steel. Metallurgical Transactions Vol. 3

Beeley, Peter. 2001. Foundry Technology. Oxford: Butterworth-Heinemann

Callister, William D dan David G Rethwisch. 2010. Materials Science and Engineering an Introduction 8th Edition. USA: John Wiley & Sons

Creese, Robert C. 1999. Introduction to manufacturing process and materials. New York:  Marcel Deker

Davim, JP. 2014. Machining of Titanium Alloys, Materials Forming, Machining, And Tribology. Berlin: Springer

Davis, Joseph R. 1995. ASM Speciality Handbook: Tool Materials. USA: ASM International

Durand, Madeleine. 2004. Microstructure of Steels and Cast Irons. Berlin: Springer

Groover, Mikell P. 2010. Fundamental of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems 4th Edition. USA: John Wiley & Sons

Higgins, Raymond A. 1993. Engineering Metallurgy: Applied Physical Metallurgy 6th Edition. New York: Arnold

Honeycombe, Robert dan HKDH Bhadeshia. 1995. Steels Microstructure and Properties. London: Edward Arnold

Kalpakjian, Serope dan Steven R Schmid. 2009. Manufacturing Engineering and Technology 6th edition. Singapura: Pearson

Krauss, George. 2005. Steel Processing, Structure, and Performance. USA: ASM International

Khvan, Alexandra V. (2014). A Thermodynamic Evaluation of the Fe-Cr-C System. Calphad Elsevier, 24-33

Lagowski, JJ. 2004. Chemistry: Foundations and Applications. USA: Macmillan Thomas Gale

Minggui, QU dkk. 2013. Effects of mischmetal addition on phase transformation and as-cast microstructure characteristics of M2 high-speed steel. Journal of Rare Earth vol. 31, No. 6

Nayan, Nafarizal dkk. 2009. An Introduction to Optical Emission Spectroscopy and Lase-Aided Spectroscopy Techniques for Low-Temperature Plasma Analyses. Proceeding of MUCEET. Pahang, 20-22 Juni

Robert, George dkk. 1998. Tool Steels: 5th Edition. USA: ASM International

Smith, William F.. 1993. Structure And Properties of Engineering Alloys. USA: McGraw-Hill Book Company, Inc.

Wiengmoon dkk. 2008. Electron Microscopy and Hardness Study of Semi-Solid Processed 27wt% Cr Cast Iron. Materials Science and Engineering. Vol 480, 333-341

Xuefeng, Zhou. 2012. Influence of rare earths on eutectic carbides in AISI M2 high speed steel. Journal of Rare Earth vol. 30, No. 10

Advertisements

14 thoughts on “Pengertian, Diagram Fasa, Klasifikasi, dan Sifat Mekanik Baja

Kritik, saran, dan masukan anda sangat berharga bagi kami

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s