BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Besi Cor

Besi cor merupakan paduan antara unsur besi yang mengandung carbon (C),

silicon ( Si ), mangan ( Mg ), phosphor ( P ) dan sulfur ( S ). Pada besi cor karbon

biasanya antara 2% sampai 6,67 %, sedang pada baja kandungan karbon hanya

mencapai 2%. Semakin tinggi kadar karbon yang ada pada besi cor akan

mengakibatkan besi cor rapuh/getas. Selain dari karbon besi cor juga mengandung

silicon ( Si ) ( 1 – 3% ), mangan ( 0,25 – 15% ), dan phosphor ( P ) ( 0,05 – 15% ),

selain itu juga terdapat unsur-unsur lain yang ditambahkan untuk mendapatkan sifat-

sifat tertentu.

Selain unsur – unsur yang ditambahkan dalam besi cor, juga terdapat faktor-

faktor penting lainnya yang dapat mempengaruhi sifat – sifat besi cor tersebut antara

lain proses pembekuan, laju pendinginan dan perlakuan panas yang dilakukan. Besi

cor mempunyai keuntungan yaitu mampu tuang ( castability ) yang baik, kemudahan

proses produksi dan rendahnya temperatur ruang, selain itu besi cor juga mempunyai

sifat yang sulit dilakukan drawing atau diubah bentuknya pada temperatur kamar,

akan tetapi besi cor mempunyai titik lebur yang relative rendah yakni 11500C –

13000C dan dapat dituang kedalam bentuk – bentuk yang sulit. Hal ini merupakan

keuntungan dari besi cor karena untuk mendapatkan bentuk benda yang diinginkan

hanya diperlukan sedikit proses pemanasan. Dan juga besi cor mempunyai kekerasan,

keatahanan aus dan ketahanan terhadap korosi yang cukup baik.

2.2. Klasifikasi Besi Cor

2.2.1. Besi Cor Putih

Besi cor putih mempunyai bidang patahan yang putih, karbon disini

terikat sebagai karbida yang bersifat keras, sehingga besi cor putih yang

mengandung karbida sulit dilakukan pemesinan. Besi cor putih dibuat dengan

menuangkan besi cor kedalam cetakan logam atau cetakan pasir dengan

pengaturan komposisi. Untuk mengolahnya dapat menggunakan dapur kopula

dan tanur udara. Prosesnya dikenal dengan nama dupleks. Dengan cara ini

logam dapat dikendalikan dengan baik.

Gambar 2.1.Besi Cor Putih 3

2.2.2. Besi Cor Mampu Tempa

Besi malleable dapat didefinisikan secara mikrostruktur sebagai paduan

besi ( ferrus aloy ) yang dikomposisikan dengan karbon temper dalam satu

matriks ferit yang mengandung silikon cair. Strukturnya merupakan hasil heat

treatment terhadap coran besi putih. Sifat – sifat besi cor malleable biasanya

dihubungkan dengan metalografinya.

Penggolongan besi cor malleable berdasarkan pada tingkatan sifat – sifat

mekanis utamanya terletak pada struktur mikro pembentuknya. Ferit, pearlit,

karbon temper atau gabungan dari semuanya. Karena mechanical propertis dari

besi cor malleable ini didominasi dari struktur mikronya maka kemampuannya

relatif tergantung dari kekerasan matrikas penyusunnya tersebut.

Untuk besi cor malleable dengan matrik ferit mempunyai keuletan yang

maksimum tetapi kekuatan tariknya rendah dibandingkan dengan besi cor

malleable dengan matrik pearlit yang memiliki nilai kekerasan dan kekuatan

tarik tinggi tetapi keuletan lebih rendah dari besi cor fertik.

Proses perlakuan panas besi cor malleable mengubah karbida – karbida

pearlit dari besi cor putih menjadi ferrit dan karbon temper.

Fe3C Fe3 + C (Graphite)

Secara kimia heat treatment memyebabkan suatu perubahan dari karbon

campuran menjadi grafit dan karbon temper. Kandungan karbon campuran

umumnya kurang dari 0,15% dari berat total setelah heat treatment.

Gambar 2.2. Besi Cor Malleable 3

2.2.3. Besi Cor Kelabu

Besi cor denagan kadar silikon tinggi ( 2% Si ) dengan membentuk grafit

dengan mudah sehingga Fe3C tidak terbentuk. Serpih grafit terbentuk dalam

logam sewaktu membeku. Terlihat dalam gambar ini terlihat serpih grafit pada

penampang logam yang telah dipolish. Besi cor kelabu sangat rendah angka

keuletannya sehingga apabila kita tarik maka akan terbentuk bidang perpatahan

karena grafit yang menyerupai mika sangat rapuh. Besi cor kelabu merupakan

peredam getaran yang baik atau kapasitas redamnya tinggi. Besi cor dapat

mempunyai struktur mikro perlitik, feritik, martensit dan bainitik setelah laku

panas yang sesuai.

Gambar 2.3. Struktur Besi Cor Kelabu 3

2.2.4. Besi Cor Nodular

Hasil dari percobaan laboratorium menunjukkan bahwa struktur mikro

dari besi cor yang mudah membentuk grafit dapat berubah apabila ditambah

sedikit magnesium atau serium pada logam cair. Bentuk grafit yang bulat,

speroid ( nodul ) merubah keuletan besi cor kelabu. Besi cor kelabu biasa

hampir tidak memiliki keuletan, akan tetapi besi cor nodular memiliki

perpanjangan 10 – 20%. Meskipun mengenai perubahan struktur mikro ini

sangat rumit, pengaruh praktisnya sangat besar. Besi cor yang telah diolah

demikian dapat digunakan sebagai poros engkol dan tidak besifat rapuh.

Besi cor nodular seperti besi tuang kelabu dapat mengalami laku panas

menjadi perlit, ferit ataupun martensit temper, sehingga dapat membentuk besi

cor yang kuat.

Besi cor bergrafit bulat ( nodular ) memiliki keunggulan dibanding besi

cor yang lain. Besi cor kelabu ( gray iron ) bersifat keras namun getas, besi cor

mampu tempa memiliki keuletan tertentu, tahan terhadap gesekan dan mampu

tempa yang baik. Sedangkan besi cor nodular memiliki keuletan yang tinggi,

machinability yang baik dan juga kekuatan yang baik, ketangguhan, workbality

dan hardenability, sehingga menawarkan banyak keuntungan.

Gambar 2.4. Struktur Besi Cor Nodular 3

2.3. Komposisi Kimia Besi Cor

Seperti yang telah dijelaskan diatas, kadar karbon ( C ) didalam besi cor

diantara 25 – 6,67 % kadar karbon ( C ) tinggi tersebut dapat menyebabkan

besi cor menjadi rapuh atau getas., maka pada pembuatan besi cor tersebut

secara komersial dibatasi antara 2,25% samapi 4%, selain itu besi cor juga

mengandung silicon 1 % - 3%. Unsur – unsur paduan logam dan non logam

ditambah untuk menghasilkan sifat – sifat mekanik sesuai tuntutan desain.

Kandungan unsur besi cor dapat dilihat dari tabel sebagai berikut :

Table 2.1. Komposisi Kimia Besi Cor 6

Elament Gray Iron % White Iron

Hight

Strenght Gray

Iron %

Nodular Iron

%

Karbon 2,5-4,0 1,8-3,6 2,8-3,3 3,0-4,0

Silicon 1,0-3,0 0,5-1,0 1,4-2,0 1,8-2,6

Mangan 0,4-1,0 0,06-0,80 0,5-0,8 0,15-2,6

Sulfur 0,05-0,25 0,06-0,20 0,12 0,03

Phosphor 0,05-1,5 0,06-0,18 0,15 0,02

Seperti yang terlihat dalam tabel diatas bahwa karbon ( C ), silikon ( Si )

akan mempengarihi sifat dan aplikasi dari besi cor termasuk juga dalam proses

grafitasi. Hal ini dapat terjadi karena karbon dan silikon akan mempromosikan

terbentuknya grafit dalam besi karbida kadarnya ditinggikan. Didalam besi cor

karbon bersenyawa dengan besi berbentuk karbida atau berada dalam keadaan

bebas sebagai grafit. Grafitasi adalah proses dimana karbon yang terikat dalam

besi disebut sementit berubah menjadi karbon bebas. Grafitasi akan semakin

mudah terjadi apabila kadar karbon didalam besi cor diatas 2% dan juga

disebabkan adanya silikon ( Si ) dan silikon ini dapat menyebabkan simentit

kurang stabil sehingga cenderung menjadi grafit.

2.4. Struktur Mikro Besi Cor

Struktur dari besi cor akan mempengaruhi pada sifat – sifat mekanik dan

juga sifat fisik dari besi tersebut. Beberapa struktur yang ada dalam besu cor adalah

sebagai berikut :

2.4.1. Grafit

Grafit adalah kumpulan karbon yang dihasilkan selama proses

pembekuan dan pendinginan lambat. Grafit memiliki kekerasan sekitar 1 HB,

kekuatan tariknya sekitar 2 kgf/mm2 (N/mm

2) dan masa jenisnya kira-kira 2,2

Kg/dm3. Grafit memberikan pengaruh sangat besar terhadap sifat-sifat mekanik

besi cor kelabu.

Grafit dalam besi cor dapat berada dalam keadaan bebas sebagai grafit.

grafit ini merupakan suatu bentuk kristal karbon yang lunak dan rapuh. Dalam

struktur besi cor jumlahnya dapat mencapai 85 % dari seluruh bentuk

kandungan karbon, tetapi kira – kira 6 % - 17 % dari volume total besi sebagai

akibat dari berat jenisnya yang rendah.

Sifat – sifat mekanik dari besi cor banyak dipengaruhi oleh bentuk,

ukuran, disrtibusi dan banyaknya grafit didalamnya. Besi cor bergrafit bulat

memiliki keuletan yang lebih baik dibandingkan dengan besi cor bergfarit

serpih. Hal ini disebabkan karena sepih grafit akan mengalami pemusatan

tegangan pada ujung – ujungnya bila mendapatkan gaya akan bekerja tegak

lurus arah serpih.

Dalam struktur mikro ada berbagai bentuk dan ukuran dari putongan –

potongan grafit yaitu halus dan besar, serpih atau asteroid, bergumpal atau

bulat. keadaan potongan – potongan grafit ini memberikan pengaruh yang besar

terhadap sifat – sifat mekanik besi cor.

Karakteristik grafit didalam besi cor dikelompokan dalam bentuk,

distribusi dan ukuran

Distribusi Grafit

Bentuk dan distribusi grafit erat kaitannya dengan proses perlakuan

peleburan terutama inokulasi yang bertujuan untuk mencegah terjadinya

undercooling. Gambar berikut menunjukan beberapa distribusi grafit.

Gambar 2.5. Distribusi Grafit 13

Distribusi grafit A dimiliki oleh besi cor kelabu kelas tinggi dengan matrik

perlit.

Distribusi grafit B kecenderungan terjadi pada coran tipis, untuk kandungan

karbon atau silikon relatif rendah. Besi cor yang memerlukan kekuatan tarik 25-

30 kgf/mm2 diperbolehkan memiliki distribusi grafit B sebanyak 20-30%.

Distribusi grafit C muncul pada sistem hypereutektik. Pada struktur ini grafit

yang panjang dan lebar numpuk dan dikelilingi oleh serpihan grafit yang

mengkristal di daerah eutektik. Struktur demikian begitu lemah mengakibatkan

hasil produksi menjadi kurang kuat.

Distribusi grafit D terjadi karena potongan-potongan grafit eutektik yang

halus, yang mengkristal diantara dendrit-dendrit kristal mula dari austenit

karena pendinginan lanjut (undercooling) pada pembekuan eutektik. Keadaan

ini umumnya diperbaiki dengan pemberian inokulasi. Distribusi grafit semacam

ini kadang-kadang muncul pada besi cor yang teroksidasi.

Distribusi grafit E muncul pada kandungan karbon rendah. Kekuatan rendah

karena jarak yang dekat antara potongan-potongan grafit seperti pada distribusi

D. Tetapi kadang-kadang kekuatan juga tinggi apabila kandungan karbon

rendah dan berkurangnya endapan grafit.

2.4.2. Simentit

Kadar karbon besi cor dapat berkaitan dengan besi membentuk simentit

atau Fe3C yang mengandung 6,67 % karbon. Simentit merupakan senyawa

intersisi yang sangat getas, namun mempunyai kekuatan kompresi yang tinggi.

Karbon akan membentuk Fe3C sebanyak kurang lebih 15 kali persen beratnya

dalam besi. Dengan demikian besi tuang putih dengan kadar karbon 2,5 % akan

mengandung sekitar 3,7 % sementit sehingga akan menjadi sangat keras dan

getas. Sementit dalam besi cor bersifat tidak stabil, tetapi dapat distabilkan

dengan penambahan paduan tertentu. Sebaliknya bila simemtit diapanaskan

misalkan dengan temperatur tinggi, simentit akan terurai.

Simentit biasanya dibedakan menjadi dua jenis, yaitu simentit primer dan

simentit sekunder. Simentit primer adalah simentit yang terbentuk sesudah

pembekuan dari reaksi eutectoid dari larutan pudar ferit atau austenit.

Gambar 2.6. sementit 3

2.4.3. Austenit

Pada temperatur kira – kira 912 0C – 1394

0C besi murni akan berubah

struktur kristalnya, fase yang terbentuk disebut austenite. Dengan laju

pendinginan yang lambat maka austenite akan berubah menjadi pearlit, ferrit

atau gabungan keduanya. Austenit dapat dibuat stabil pada temperatur ruang

dengan penambahan nikel atau mangan yang akan menurunkan temperature

kritis dimana akan terjadi perubahan fase γ ke fasa α.

2.4.4. Ferit dan Perlit

Ferrit adalah larutan pudar besi dengan kadar karbon dalam jumlah yang

kecil. Memiliki sifat relative lunak dan kekuatan mekanik yang cukup baik.

Ferrit dalam besi cor mengandung silikon dan dapat menaikkan kekerasan dan

kekuatan tarik. Ferit dalam besi cor dapat berupa ferrit bebas atau berkaitan

dengan simentit membentuk pearlit. Ferrit bebas merupakan komponen yang

dominan dalam besi cor mampu tempa dan nodular dengan kekuatan

maksimum sedangkan dalam besi cor kelabu ferrit terutama didapat sebagai

struktur pearlit. Jika proses pengaktifan yang terjadi kurang sempurna, struktur

besi cor akan terdiri dari grafit dan pearlit atau campuran dari ferrit bebas atau

pearlit dalam simentit.

Ferit atau larutan padat Fe-alpha pada sistem Fe–C. Kelarutan karbon di

dalam ferit sangat kecil max. 0,02% sehingga struktur mikro ini mempunyai

kekerasan hanya sekitar 60 HB, mampu tarik sekitarnya 200 N/mm2, titik

luluhnya 100 N/mm2 dengan regangan patah 80%.

Perlit sebagai lapisan ferit dan sementit dengan komposisi sekitar 88 %

ferit dan 12 % sementit. Perlit memiliki kekerasan sekitar 160-180 HB.

Dibawah ini adalah gambar struktur mikro besi cor kelabu dengan kandungan

ferit 30% dan perlit 100

Gambar 2.7. Pearlit dan Ferrit 13

2.4.5. Bainit

Bainit adalah salah satu produk yang dihasilkan dari hasil transformasi

austenite. Srtuktur mikro bainit terjadi pada fase territ dan simentit. Proses

difusi dilibatkan dalam bentuk bainit yang berbentuk jarum atau lapisan yang

sangat tergantung pada temperatur transformasi.

Struktur halus non – lamellar bainit pada umumnya terdiri dari ferrit dan

simentit. Ia mirip keadaan pearlit tapi dengan bentuk ferit yang mempunyai

sifat seperti bentuk martensit yang biasanya akaibat pengendapan karbida dari

supersaturasi ferrit atau austenite. Pembentukan selama pendinginan berlanjut,

kecepatan pendinginan untuk menghasilkan bainit lebih cepat dibandingkan

untuk menghasilkan pearlit, tetapi lebih lambat dari bentuk martensit pada baja

dengan paduan yang sama. Bainit secara umum lebih kuat dan lebih ulet

dibandingkan pearlit.

Temperatur berlebih diatas antara 540 0C – 727

0C. Untuk perlakauan

isotermit temperatur 215 0C sampai 540

0C. Bainit adalah produk hasil

transformasi. Transformasi pearlitik dan bainitik adalah sebenarnya

berpengaruh satu terhadap yang lain. Beberapa bagian pada paduan

transformasi pada salah satu bagian pearlit atau bainit. Transformasi untuk

kandungan struktur mikro yang lain tidak mungkin tanpa dilakukan pemanasan

ulang untuk membentuk austenit.

Gambar 2.8. Struktur dari bainit 4

2.4.6. Martensit

Martensit terbentuk oleh pendinginan cepat austenit dimana atom karbon

terperangkan sehingga tidak punya waktu untuk berdifusi dari srtuktur kristal.

Martensit terbentuk pada suhu diatas suhu ruang, atau dibawah tempetatur

uetektiod dimana struktur austenit menjadi tidak stabil. Martensit mempunyai

struktur kristal yang sama dengan austenit dengan komposisi yang hampir

sama. Martensit sebagai fasa metastabil yang mengandung larutan padat dalam

struktur. Tidak mengubah bentuk diagram besi – karbida. Pada suhu dibawah

euktektoid setelah waktu tertentu, larutan lewat jenuh karbon dalam besi terus

berubah sehingga membentuk ferrit dan karbida yang lebih stabil.

Gambar 2.9. Srtruktur martensit 3

2.5. Pengaruh Kandungan Kimia Besi Cor

2.5.1. Pengaruh tembaga

Tembaga adalah logam yang berwarna kemerahan dengan berat jenis

8,65 gr/cm3

yang mempunyai titik lebur 1070 0 C – 1193

0 C dan memiliki

kekuatan tarik 200 – 400 N/mm2. Tembaga sering digunakan dalam industri

karena memiliki sifat – sifat yang menguntungkan antara lain adalah

mempunyia sifat penghantar panas yang baik, memiliki keuletan yang tinggi

(mudah dibentuk), serta memiliki ketahanan korosi yang baik. Penambahan

tembaga sebagai unsur paduan pada besi cor biasanya berkisar antara 0,3 %

sampai 1,5%. Tembaga juga berfungsi sebagai penstabil grafit pada besi cor.

Tembaga secara khusus bernilai untuk mengurangi sensitivitas bagian,

seperti menghasilkan besi kuat dan padat pada pusat bagian tebal tanpa

meningkatkan kemungkinan chill pada bagian yang tipis. Tembaga juga dapat

meningkatkan kedalaman herdenbility dengan meningkatkan kedalaman

pengerasan untuk suatu kecepatan quench sebagai hasil efeknya terhadap laju

transformasi pada titik perubahan austenit dan ferit. Tembaga mampu

menaikkan kekerasan dasar dengan pembentukan larutan padat yang lebih keras

dari pada besi tanpa paduan, dengan menjaga kestabilan pearlit dan

memperhalus ukuran perlit. Tembaga tidak membentuk karbida bebas dimana

efeknya terhadap ketahanan aus tidak beda jauh dengan efeknya dalam

menekan pembentukan ferrit bebas, resiko untuk pembentukan besi dengan

karbida dengan mechinability rendah dapat dikurangi. Penambahan tembaga

tidak meningkatkan kedalaman kekerasan karena pada penambahan kecepatan

atau quench faktor utama yang mempengaruhi kekerasan adalah kulit logam

diatas temperatur kritis dan waktu dimana lapisan ini tetap pada temperatur

sebelum quenching. Tembaga mempunyai batas kelarutan pada besi cor 3,0 % -

3,5 % yang dapat dideteksi secara mikroskopik sebagai unsur terpisah yang

mengandung 96% dan 4 % besi. Tembaga menurunkan kandungan karbon dari

besi karbon eutektik sekitar 0,075 % tiap 1 % tembaga. Tembaga menurunkan

temperatur pembekuan dari besi cor sekitar 20C tiap 1 % tambahan. Sedangkan

nilai pengrafitan tembaga sekitar 0,2% - 0,35% dari silikon.

Dalam jumlah yang banyak tembaga digunakan untuk membentuk perlit

bila ditambah paduan. Efek yang ditimbulkan tembaga relatif lebih lemah

dibanding dengan paduan nikel karena keterbatasan larut tembaga dalam

austenit yang hanya sekitar 2,5% atau bahkan lebih rendah lagi. Keterbatasan

ini menujukkan bahwa tembaga tidak dapat melengkapi paduan dalam nikel

untuk jenis besi Cor Ni keras. Saat penambahan pada chilled iron tampa

kromium, tembaga mendekati nilai transisi dari besi cor putih kebesi cor

kelabu.

Tembaga lebih efektif untuk menahan perlit, saat digunakan didalam

hubungan antara 0,5 % - 2 % kandungan Mo. Kekerasan yang dihasilkan dari

paduan ini akan menghasilkan penahanan yang baik. Dimana indikasi ini

tampak baik dan memberi efek yang sinergi saat tembaga ditambahkan pada

besi cor. Tembaga dapat juga digunakan antara 3 hingga 10 % merupakan

jumlah yang sama pada high nikel graiy dan juga ductile iron. Digunakan pada

bahan yang tahan korosi dan temperatur tinggi. Disini tembaga dapat

meningkatkan ketahanan korosi yang utama tahan terhadap oksidasi atau kerak

air.

2.5.2. Pengaruh Karbon

Kadar karbon tergantung jadi jenis besi kasar, besi bekas dan karbon yang

deserap yan berasal dari kokos selama peleburan. Didalam besi cor karbon

bersenyawa dengan besi membentuk karbida besi atau dalam keadaan bebas

sebagai grafit. Grafitisasi adalah proses dimana karbon yang terikat dalam besi

yang disebut sementit berubah menjadi karbon bebas. Garfitasi akan mudah

terjadi apabila kadar karbon dalam besi cor lebih dari 2 %. Pembentukan grafit

juga tergantung pada laju pendinginan dan kadar silikon.

Karbon sebagai unsur paling penting mempunyai pengaruh sangat besar

terhadap sifat mekanik, seperti: kekuatan tarik, regangan patah, kekerasan, dll.

Jumlah karbon di dalam besi cor kelabu sekitar 2-3,7 %, dia menempatkan diri

pada dua kondisi, yaitu membentuk senyawa kimia Fe3C yang dikenal dengan

sementit, dan dalam keadaan bebas yang dikenal dengan grafit.

Untuk meningkatkan nilai karbon pada besi cor dapat dilakukan dengan

cara pack carbirizing yaitu pemanasan besi cor pada suhu tertentu dengan

karbon sebagai zat penambahnya.

2.5.3. Pengaruh Silikon

Silikon memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap perubahan sifat

mekanik. Karbon dan silikon mempunyai fungsi yang mirip, kedua-duanya

mendorong pembentukan grafit sehingga kandungan kedua unsur ditentukan

berdasarkan harga tingkat kejenuhan karbon (sattigungsgrad). Silikon

ditambahkan sekitar 1,4 - 2,3% untuk menggalakkan pembentukan grafit.

Silikon didalam besi menempatkan diri didalam ferit.

Kadar silikon yang tinggi memungkinkan pembentukan grafit, dimana

grafit meningkatkan kemampuan pemesinan. Karbon efikalen merupaka

penambahan silikon dan karbon dalam besi cor kelabu. Kadar silikon

menentukan beberapa bagian karbon terikat dengan besi dan beberapa bagian

terbentuk karbon bebas setelah tercapai keadaan seimbang. Kelebihan silikon

adalah membentuk ikatan yang keras dengan besi sehingga dapat dikatakan

diatas 3,25 % meningkatkan kekerasan. Untuk benda cor yang besar

menggunakan kedar kekerasan. Untuk besi cor yang besar menggunakan kadar

silikon yang rendah. Untuk memperoleh paduan yang tahan terhadap korosi dan

zat asam sebaiknya menggunakan silikon dengan kadar 13 % sampai 17 %.

2.5.4. Pengaruh Fosfor

Phospor di dalam besi cor kelabu hingga 0,3% akan membentuk senyawa

Fe3P dan mampu alir menjadi lebih tinggi karena suhu eutektik turun hingga

956 oC. Phospor diperlukan untuk pembuatan benda cor tipis, namun pemberian

terlalu banyak bisa mengakibatkan timbulnya lubang-lubang kecil pada

permukaan maka kandungan phospor dibatasi antara 0,2-2,0%.

Fosfor mencegah pembentukan grafit kalau kandungannya lebih dari 1 %.

Struktur ini tidak menjadi halus meskipun dibawah pendinginan cepat.

Penambahan kandungan fosfor mengurangi kelarutan karbon dan

memperbanyak sementit pada kandungan karbon yang tetap, sehingga struktur

menjadi keras dan sementit sukar terurai. Fosfor sulit beroksidasi serta dapat

membentuk ikatan yang dikenal dengan nama steadit yaitu campuran besi

dengan fosfida yang mempunyai sifat keras, rapuh dan mempunyai titik cair

yang lebih rendah.

2.5.5. Pengaruh Belerang

Belerang mengurangi kelarutan karbon dalam besi cor, dan meningkatkan

penggrafitan. Tetapi kenyataannya penambahan belerang akan mengurangi

grafit dan cenderung membentuk besi cor putih. Kecuali dalam kasus adanya

mangan, belerang cenderung membentuk sulfide dan menggalakkan besi cor

putih yang kadang – kadang menyebabkan bintik – bintik keras.

2.5.6. Pengaruh Mangan

Mangan dibutuhkan untuk merangsang pembentukan struktur perlit, juga

diperlukan untuk mengikat sulfur membentuk senyawa MnS. Jumlah sekitar

0,5-0,7%.

2.5.7. Pengaruh Unsur lain

Sebagai tambahan unsur – unsur yang disebut diatas unsur yang

meninggikan penggrafitan adalah tembaga, nikel, aluminium, dan unsur – unsur

yang mencegah adalah crom, molybdenum dan lain – lain.

2.6. Diagram Fasa

Telah diketahui bahwa banyak macam ataupun struktur yang mungkin

terjadi pada satu paduan. Karena sifat suatu bahan banyak tergantung pada jenis,

jumlah banyaknya dan bentuk dari fasa yang terjadi maka sifat akan berubah hal – hal

diatas berubah. Karna itu perlu diketahui dari suatu paduan pada kondisi bagai mana

suatu fasa dapat terjadi dan pada kondisi bagaimana suatu fasa dapat terjadi dan pada

kondisi yang bagaimana fasa dapat berubah.

Sejumlah data mengenai perubahan fasa dari berbagai sistem paduan telah

dikumpulkan dan dicatat dalam bentuk diagram atau yang dikena dengan diagram

fasa, juga disebut dengan diagram keseimbangan atau diagram equilibrium.

2.6.1. Diagram Kesetimbangan Fase Besi – Baja

Diagram fasa merupakan diagram untuk perlakuan panas bagi logam, dan

diagram fasa besi – karbon diberlakukan untuk baja. Memahami diagram fasa

menjadi sebuah tuntutan karena terdapatnya hubungan struktur mikro dengan sifat –

sifat mekanis suatu material, yang semuanya berhubungan dengan karakteristik

diagram fasanya. Diagram fasa juga memberikan informasi penting tentang titik

lelah, titik kristalisasi, dan fenomena lainnya.

Gambar 2.10. Diagram kesetimbangan Fe – C 10

Dari diagram fasa yang dituntujukkan pada gambar 2.10 terlihat bahwa

suhu sekitar 723°C merupakan suhu transformasi austenit menjadi fasa perlit

(yang merupakan gabungan fasa ferit dan sementit). Transformasi fasa ini

dikenal sebagai reaksi eutectoid dan merupakan dasar proses perlakuan panas

dari baja. Sedangkan daerah fasa yang prosentase larutan karbon higga 2 %

yang terjadi di temperatur 1.147°C merupakan daerah besi gamma (γ) atau

disebut austenit. Pada kondisi ini biasanya austenit bersifat stabil, lunak, ulet,

mudah dibentuk, tidak ferro magnetis dan memiliki struktur kristal Face

Centered Cubic (FCC).

Besi murni pada suhu dibawah 910°C mempunyai struktur kristal

Body Centered Cubic (BCC). Besi BCC dapat melarutkan karbon dalam jumlah

sangat rendah, yaitu sekitar 0,02 % maksimum pada suhu 723°C. Larutan pada

intensitas dari karbon didalam besi ini disebut juga besi alpha (α) atau fasa ferit.

Pada suhu diantara 910°C sampai 1.390°C, atom-atom besi menyusun diri

menjadi bentuk kristal Face Centred Cubic (FCC) yang juga disebut besi

gamma (γ) atau fasa austenit. Besi gamma ini dapat melarutkan karbon dalam

jumlah besar yaitu sekitar 2,06 % maksimum pada suhu sekitar 1.147°C.

Penambahan karbon ke dalam besi FCC ditransformasikan kedalam struktur

BCC dari 910°C menjadi 723°C pada kadar karbon sekitar 0,8 %. Diantara

temperatur 1.390°C dan suhu cair 1.534°C, besi gamma berubah menjadi

susunan BCC yang disebut besi delta (δ).

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan didalam diagram Fe – Fe3C

yaitu, perubahan fasa ferit atau besi alpha (α), austenit atau besi gamma (γ),

sementit atau karbida besi, perlit dan sementit akan diuraikan dibawah ini :

1. Ferrite atau besi alpha (α)

Merupakan modifikasi struktur besi murni pada suhu ruang, dimana ferit

menjadi lunak dan ulet karena ferit memiliki struktur BCC, maka ruang antara

atom-atomnya adalah kecil dan padat sehingga atom karbon yang dapat

tertampung hanya sedikit sekali.

Gambar 2.11. Struktur Kristal BCC 5

2. Austenit atau besi gamma (γ)

Merupkan modifikasi dari besi murni dengan struktur FCC yang memiliki

jarak atom lebih besar dibandingkan dengan ferit. Meski demikian rongga-

rongga pada struktur FCC hampir tidak dapat menampung atom karbon dan

penyisipan atom karbon akan mengakibatkan tegangan dalam struktur

sehingga tidak semua rongga dapat terisi, dengan kata lain daya larutnya jadi

terbatas.

Gambar 2.12. Struktur Kristal FCC 5

3. Karbida Besi atau Sementit

Adalah paduan Besi karbon, dimana pada kondisi ini karbon melebihi

batas larutan sehingga membentuk fasa kedua atau karbida besi yang memiliki

komposisi Fe3C. Hal ini tidak berarti bila karbida besi membentuk molekul

Fe3C, akan tetapi kisi kristal yang membentuk atom besi dan karbon

mempunyai perbandingan 3 : 1. Karbida pada ferit akan meningkatkan

kekerasan pada baja sifat dasar sementit adalah sangat keras.

Gambar 2.13. Struktur Kristal BCT 5

4. Perlit

Merupakan campuran khusus yang terjadi atas dua fasa yang terbentuk

austenisasi, dengan komposisi eutektoid bertransformasi menjadi ferit dan

karbida. Ini dikarenakan ferit dan karbida terbentuk secara bersamaan dan

keluarnya saling bercampur. Apabila laju pendinginan dilakukan secara

perlahan-lahan maka atom karbon dapat berdifusi lebih lama dan dapat

menempuh jarak lebih jauh, sehingga di peroleh bentuk perlit besar. Dan

apabila laju pendinginan lebih di percepat lagi maka difusi akan terbatas pada

jarak yang dekat sehingga akhirnya menghasilkan lapisan tipis lebih banyak.

5. Martensit

Adalah suatu fasa yang terjadi karena pendinginan yang sangat cepat

sekali, dan terjadi pada suhu dibawah eutektoid tetapi masih diatas suhu

kamar. Karena struktur austenit FCC tidak stabil maka akan berubah menjadi

struktur BCT secara serentak. Pada reaksi ini tidak terjadi difusi tetapi terjadi

pengerasan (dislokasi). Semua atom bergerak serentak dan perubahan ini

langsung dengan sangat cepat dimana semua atom yang tinggal tetap berada

pada larutan padat karena terperangkap dalam kisi sehingga sukar menjadi

slip, maka martensit akan menjadi kuat dan keras tetapi sifat getas dan rapuh

menjadi tinggi. Martensit dapat terjadi bila austenit didinginkan dengan cepat

sekali (dicelup) hingga temperatur dibawah pembentukkan bainit.

Martensit terbentuk karena transformasi tanpa difusi sehingga atom-

atom karbon seluruhnya terperangkap dalam larutan super jenuh. Keadaan ini

yang menimbulkan distorsi pada struktur kristal martensit dan membentuk

BCT. Tingkat distorsi yang terjadi sangat tergantung pada kadar karbon.

Karena itu martensit merupakan fasa yang sangat keras namun getas.

2.6.2. Diagram TTT dan CCT

Untuk menentukan laju reaksi perubahan fasa yang terjadi dapat diperoleh dari

diagram TTT (Time Temperature Transformation). Diagram TTT untuk besi cor

kelabu di tunjukkan oleh gambar 2.14

Gambar 2.14. diagram TTT untuk besi cor kelabu 11

Dari gambar diatas menunjukkan bentuk hidung (nose) sebagai batasan waktu

minimum dimana sebelum waktu tersebut bertransformasi austenit ke perlit tidak

akan terjadi. Posisi hidung dari diagram TTT dapat bergeser menurut kadar karbon.

Posisi hidung bergeser makin kekanan yang berarti baja karbon itu makin mudah

untuk membentuk bainit/martensit atau makin mudah untuk dikeraskan. Sedangkan

Ms merupakan temperatur awal mulai terbentuknya fasa martensit dan Mf merupakan

temperatur akhir dimana martensit masih bisa terbentuk.

Untuk mendapatkan hubungan antara kecepatan pendinginan dan struktur

mikro (fasa) yang terbentuk biasanya dilakukan dengan menggabungkan diagram

kecepetan pendinginan kedalam diagram TTT yang dikenal dengan diagram CCT

(Continous Cooling Transformation).

Gambar 2.15. Diagram CCT (Continous Cooling Transformation) 1

Pada contoh gambar diagram diatas menjelaskan bahwa bila kecepatan

pendinginan naik berarti bahwa waktu pendinginan dari suhu austenit turun, struktur

akhir yang terjadi berubah dari campuran ferit–perlit ke campuran ferit–perlit–bainit–

martensit, ferit–bainit–martensit, kemudian bainit–martensit dan akhirnya pada

kecepatan yang tinggi sekali struktur yang terjadi adalah martensit.

Gambar 2.16. Kurva Pendinginan pada Diagram TTT

(Time Temperature Transformation ) 1

Dari diagram pendinginan diatas dapat dilihat bahwa dengan pendinginan

cepat (kurva 6) akan menghasilkan struktur martensite karena garis pendinginan lebih

cepat daripada kurva 7 yang merupakan laju pendinginan kritis (critical cooling rate)

yang nantinya akan tetap terbentuk fase austenite (unstable). Sedangkan pada kurva 6

lebih cepat daripada kurva 7, sehingga terbentuk struktur martensite yang keras ,

tetapi bersifat rapuh karena tegangan dalam yang besar.

2.7. Batas Butir

Besar butir dapat dikendalikan melalui komposisi pada waktu proses

pembuatan akan tetapi setelah besi jadi, pengendalian dilakukan melalui perlakuan

panas. Jika logam dipanaskan sampai temperatur sekitar 723°C, tidak akan terjadi

perubahan fasa maupun perubahan pada ukuran butiran. Diatas garis A1 akan terjadi

proses rekristalisasi atau terbentuknya butiran baru. Butiran baru tersebut terbentuk

karena transformasi fasa membentuk fasa baru yaitu fasa austenit. Pada saat garis A3

proses rekristalisasi berhenti, hasil akhirnya adalah fasa austenit dan fasa ferit dengan

ukuran butiran yang minimum, lihat gambar 2.17. Jika pemanasan diteruskan diatas

garis A3 maka akan terjadi pertumbuhan butiran, ukuran butiran austenit ini akan

menentukan besar butiran setelah pendinginan.

Gambar 2.17. Skema

perubahan struktur

mikro 2

2.8. Toeri Dasar Pengujian

3.7.1. Heat treatment

Heat Treatment adalah perlakuan panas kepada material/logam untuk

memperoleh sifat-sifat yang diinginkan, dengan jalan memanaskan sampai

temperatur tertentu, untuk kemudian dilakukan pendinginan ataupun

penambahan unsur tertentu, sehingga diperoleh bentuk struktur mikro,

kekerasan / sifat yang diinginkan.

Melalui perlakuan panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan,

besar butir diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat

dihasilkan suatu permukaan yang keras disekeliling inti yang ulet.

Maksud perlakuan panas tersebut secara garis besar menyangkut:

1. Meningkatkan kekerasan dan keuletan.

2. Menghilangkan tegangan dalam

3. Melunakkan Baja/besi.

4. Menormalkan keadaan logam biasa dari akibat pengaruh-pengaruh

pengerjaan dan perlakuan panas sebelumnya.

5. Menghaluskan butir-butir kristal atau kombinasi dari maksud-maksud

tersebut diatas

Proses perlakuan panas ada dua kategori, yaitu :

1. Softening (pelunakan) : adalah usaha untuk menurunkan sifat mekanik agar

menjadi lunak dengan cara mendinginkan material yang sudah dipanaskan

didalam tungku (annealing) atau mendinginkan dalam udara terbuka

(normalizing). Contoh : annealing, normalizing, tempering.

2. Hardening (pengerasan) : adalah usaha untuk meningkatkan sifat material

terutama kekerasan dengan cara celup cepat (quenching) material yang

sudah dipanaskan ke dalam suatu media quenching berupa air, air garam,

maupun oli. Contoh : surface hardening dan quenching.

a. Hardening

Hardening adalah perlakuan panas terhadap baja/besi dengan sasaran

meningkatkan kekerasan alami baja/besi. Perlakuan panas menuntut pemanasan

benda kerja menuju suhu pengerasan didaerah atau di atas daerah kritis dan

pendinginan berikutnya secara cepat dengan kecepatan pendinginan kritis.

Akibat penyejukan dingin dari daerah suhu pengerasan ini dicapailah suatu

keadaan paksa bagi struktur besi yang membentuk kekerasan. Oleh karena itu

maka proses pengerasan ini di sebut juga pengerasan kejut atau pencelupan

langsung kekerasan yang tercapai pada kecepatan pendinginan kritis (martensit)

ini di iringi kerapuhan yang besar dan tegangan pengejutan.

Pada setiap operasi perlakuan panas, laju pemanasan merupakan faktor

yang penting. Panas merambat dari luar ke dalam dengan kecepatan tertentu

bila pemanasan terlalu cepat, bagian luar akan jauh lebih panas dari bagian

dalam oleh karena itu kekerasan di bagian dalam benda akan lebih rendah dari

pada di bagian luar, dan ada nilai batas tertentu. Namun, air garam atau air akan

menurunkan suhu permukaan dengan cepat, yang diikuti dengan penurunan

suhu di dalam benda tersebut sehingga di peroleh lapisan keras dengan

ketebalan tertentu

b. Quenching

Quenching adalah proses pendinginan setelah mengalami pemanasan.

Media quenching dapat berupa oli, air, air garam, dan lain-lain sesuai dengan

material yang diquenching. Dimana kondisi sangat mempengaruhi tingkat

kekerasan. Pada quenching proses yang paling cepat akan menghasilkan

kekerasan tertinggi.

Jika suatu benda kerja diquench ke dalam medium quenching, lapisan

cairan disekeliling benda kerja akan segera terpanasi sehingga mencapai titik

didihnya dan berubah menjadi uap.

Berikut adalah 3 tahap pendinginan

1. Tahap A ( Vapor – Blanket Stage )

Pada tahap ini benda kerja akan segera dikelilingi oleh lapisan uap

yang terbentuk dari cairan pendingin yang menyentuh permukaan benda.

Uap yang terbentuk menghalangi cairan pendingin menyentuh permukaan

benda kerja. Sebelum terbentuk lapisan uap, permukaan benda kerja

mengalami pendinginan yang sangat intensif. Dengan adanya lapisan uap,

akan menurunkan laju pendinginan karena lapisan terbentuk dan akan

berfungsi sebagai isolator.

Pendinginan dalam hal ini terjadi efek radiasi melalui lapisan uap

lama-kelamaan akan hilang oleh cairan pendingin yang mengelilinginya.

Kecepatan menghilangkan lapisan uap makin besar jika viskositas cairan

makin rendah. Jika benda kerja didinginkan lebih lanjut, panas yang

dikeluarkan oleh benda kerja tidak cukup untuk tetap menghasilkan

lapisan uap, dengan demikian tahap B dimulai.

2. Tahap B ( Vapor – Blanket Cooling Stage )

Pada tahap ini cairan pendingin dapat menyentuh permukaan benda

kerja sehingga terbentuk gelembung – gelembung udara dan

menyingkirkan lapisan uap sehingga laju pendinginan menjadi bertambah

besar.

3. Tahap C ( Liquid Cooling Stage )

Tahap C dimulai jika pendidihan cairan pendingin sudah berlalu

sehingga cairan pendingin tersebut pada tahap ini sudah mulai bersentuhan

dengan seluruh permukaan benda kerja. Pada tahap ini pula pendinginan

berlangsung secara konveksi karena itu laju pendinginan menjadi rendah

pada saat temperature benda kerja turun. Untuk mencapai struktur

martensit yang keras dari baja karbon dan baja paduan, harus diciptakan

kondisi sedemikian sehingga kecepatan pendinginan yang terjadi

melampaui kecepatan pendinginan kritis dari benda kerja yang diquench,

sehingga transformasi ke perlit atau bainit dapat dicegah.

Gambar 2.18. Diagram Tahap Pendinginan

c. Media Pendingin

Untuk proses quenching kita melakukan pendinginan secara cepat dengan

menggunakan media oli. Semakin cepat logam didinginkan maka akan semakin

keras sifat logam itu. Karbon yang dihasilkan dari pendinginan cepat lebih

banyak dari pendinginan lambat. Hal ini disebabkan karena atom karbon tidak

sempat berdifusi keluar dan terjebak dalam struktur kristal dan membentuk

struktur tetagonal yang ruang kosong antar atomnya kecil, sehingga

kekerasanya meningkat.

Untuk mendinginkan bahan di kenal berbagai macam bahan.dimana

untuk memperoleh pendinginan yang merata maka bahan pendinginan tersebut

hampir semuanya di sirkulasi, contohnya yaitu :

1. Air

Air memberi pendinginan yang sangat cepat. Untuk memperbesar daya

pendinginan air, maka kedalam air tersebut dilarutkan garam dapur dari 5

sampai 10 %.

2. Minyak / Oli

Minyak / oli memberi pendinginan yang cepat, oleh karena untuk

keperluan ini minyak harus memenuhi berbagai macam persyaratan.

3. Udara

Udara memberi pendinginan yang perlahan-laha. Udara tersebut ada yang

disirkulasi dan ada pula yang tidak disirkulasi.

4. Garam

Garam memberi pendinginan yang cepat dan merata. Garam tersebut

terutama digunakan untuk proses Hardening.

d. Holding Time ( Waktu Tahan )

Holding time dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari

suatu bahan pada proses quenching dengan menahan pada temperatur

pengerasan untuk memperoleh pemanasan yang homogen sehingga struktur

austenitnya homogen. Pada proses pack carburizing holding time sangat

diperlukan untuk menghasilkan kelarutan karbon pada besi cor, semakin lama

holding timenya maka semakin banyak karbon yang berdifusi dengan besi.

3.7.2. Pengertian Karburasi

Karburasi adalah cara pengerasan besi/baja berkadar karbon rendah agar

menjadi keras pada lapisan luar atau memiliki kadar karbon tinggi pada lapisan

luarnya. Biasanya suhu pada proses karburasi adalah 17000F. setelah proses

pendinginan maka pada permukaan baja dapat dilihat dengan mikroskop bahwa

terdapat bagian – bagian hypereutectoid, zona yang terdiri dari perlit dan

jaringan sementit yang putih, diikuti zona euktektoid, hanya terdiri dari perlit

dan terakhir adalah zona hypeutektoid, yang terdiri dari perlit dan ferrit, dimana

jumlah ferrit meninggkat hingga pusat dicapai.

Karburasi ada tiga jenis yaitu :

a. Karburasi Padat ( pack carburizing )

Bahan dipadatkan pada medium yang kaya akan karbon, seperti

bubuk karbon dan dipanaskan pada tungku pemanas pada suhu 8000C –

9000C. pada temperatur ini CO diproduksi sebagai bahan reduksi yang

kuat. Reaksi reduksi terjadi pada permukaan besi yang mengeluarkan

karbon, yang kemudian berdifusi kepermukaan akibat temperatur yang

tinggi. Ketika cukup karbon di absorsi ke dalam bahan, bahan tersebut

dapat dipindahkan dari tungku/furnace. Reaksi dari karburasi padat

adalah sebagai berikut :

a. Pembusukan energizer untuk memberi gas CO ke permukaan besi.

BaCo3 BaO + CO2

Co2 + C 2CO

b. Karbon monoksida bereaksi bengan permukaan dari besi.

c. 2CO + Fe Fe(c) + CO2

d. Difusi karbon kedalam besi.

e. CO2 yang terbentuk pada langkah ( b ) bereaksi dengan “C”

didalam arang.

CO2 + C 2CO

Gambar 2.19. proses pack carburizing 14

Kelebihannya hanya memerlukan biaya yang kecil dan sangat mudah

dari ada teknik surface hardening yang lain

Kekurangan memakan waktu yang cukup lama dan merupakan

hardening yang kotor.

b. Karburasi Gas ( gac carburizing )

Antara lain dapat digunakan gas alam atau hidro karbon atau

propon ( gas Karbit ). Prosesnya yaitu benda yang akan dipanaskan

dimasukkan dalam oven atau furnace dengan temperature bervariasi

antara 8700C sampai 950

0C. Atmosfir gas untuk karburasi diproduksi dari

cairan ( metanol, isopropanol ), atau gas hidrokarbon ( peropana dan

metana ). Generator gas endhotermik dipakan untuk menyuplai gas

endhotermik.

Komposisi gas dalam proses karburasi gas adalah :

Nitrogen 40%

Hydrogen 40%

karbon monoksida 20%

Karbon dioksida 0,3%

Metana 0,5%

Uap air 0,8%

Oksigen in treaces

Oven dialiri dengan gas karbon. Atom – atom karbon akan tertarik

menembus kedalam logam. Sehingga permukaan logam menjadi kaya

karbon. Cara ini diterapakn dalam karburasi dalam bagian – bagian yang

kecil yang dapat dicelupakn langsung setelah pemanasan dalam dapur.

Selama pross karburasi gas, terjadi reaksi – reaksi sebagai berikut :

a. C3H8 2CH4 + C ( craking of hydrocarbon )

b. CH4 + Fe Fe ( C ) + 2H2

c. CH4 + CO2 2CO + 2H2

d. 2CO + Fe Fe ( C ) + CO2

Kelebihan dari gas karburizing yaitu lebih cepat dibandingkan dengan

pack carburizing. Proses ini hanya membutuhkan sedikit tenaga kerja

dan penanganan. Juga lebih praktis dari pada pack karburizing untuk

jumlah yang banyak.

Kekurangan, alat dan bahan yang digunakan dalam proses ini lebih

mahal.

c. Karburasi Cair ( liquid carburizing )

Karburasi jenis ini menggunakan lelehan sainida ( CN ) pada logam

bekarbon rendah yang dipanaskan dengan menggunakan belerang

pemanas yang dipanaskan dengan minyak atau gas. Suhunya kira – kira

8150C – 900

0C. Proses ini dilakukan dengan kontinyu dan otomatis

karena memberikan hasil akhir yang baik. Permukaan lelehan ditutup

dengan grafit atau batu bara untuk mengurangi hilangnya radiasi dan

dekomposisi sianida yang berlebiahan. Selain sodium dan potassium

sianida, lelehan yang digunakan yuga mengandung sodium dan pottasium

klorida san barium klorida yang berperas sebagai aktifator. Reaksi yang

terjadi didalam dapur garam sianida adalah sebagai berikut :

BaCl2 Ba (CN)2 + 2NaCl

Ba (CN)2 + Fe Fe(c) + BaCN2

Proses ini mirip dengan proses sianida, hanya disini kulit luar

mempunyai kadar karbon yang tinggi dan kadar nitrogen yang rendah.

Karburasi cair dapat digunakan untuk membentuk lapisan setebal

6,35mm, meskipun umumnya tidak melebihi 0,64 mm. Cara ini baik

untuk pengerasan permukaan benda yang berukuran kecil dan sedang.

Kelebihan, karena cairan mentransfer padan dengan cepat maka

karbon yang ditambahkan juga lebih cepat. Juga pengerasan yag

dihasilkan lebih merata.

Kekurangan, beberapa nitrogen terserap bersama – sama dengan

karbon dan menyebabkan pengerasan mendadak. Juga material harus

dikeringkan setelah proses ini untuk menghindari korosi, hal tesebut

memakan waktu dan biaya.

Dan hal – hal yang mempengaruhi ketebalan hasil proses karburasi

adalah sebagai berikut :

Potensial Karbon : Semakin tinggi potensial karbon, makin cepat

karbon disuplai kedalam baja, menghasilkan gradien konsentrasi

lebih tinggi dipermukaan. Untuk campuran berbagai macam gas

potensial karbon pada temperatur tertentu, potensial karbon dikenal

sebagai kandungan karbon dalam kesetimbangan dengan atmosfir

tungku. Biasanya kondisi ini mengacu pada aktivitas karbon dalam

atmosfir, yang dapat dikenal dari penunjukkan potensial oksigen, CO

dan CO2

dalam atmosfir, jika atmosfir fasa gas tersebut berada dalam

kesetimbangan.

Kecepatan Reaksi Dipermukaan Baja : Sifat dan konsentrasi dari

spesies molekul dalam atmosfir mempengaruhi kecepatan reaksi.

Sebagai contoh, reaksi permukaan lebih cepat terjadi pada atmosfir

gas endotermik daripada atmosfir metana-hidrogen.

Temperatur Karburasi : Peningkatan proses akan meningkatkan

kecepatan reaksi permukaan, sehingga menghasilkan kedalaman

penetrasi karbon lebih besar. Dengan demikian ketebalan lapisan

yang diperoleh lebih dalam.

Waktu Karburasi : Kedalaman penetrasi karbon meningkat, seiring

dengan peningkatan waktu karburasi.

Paduan Logam : Kandungan unsur paduan pada baja memberikan

pengaruh, pertama terhadap kandungan karbon lapisan dan kedua

terhadap kecepatan difusi karbon kedalam baja. Hal diatas

disebabkan elemen-elemen paduan tersebut menempati posisi

subsitusi dan interstisi pada kisi matrik logam sehingga akan

menghambat gerakan atom-atom karbon yang berdifusi, sehingga

akan dihasilkan kedalam karburasi yang berbeda

Difusi

Difusi adalah peristiwa mengalirnya/berpindahnya suatu zat dari

bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah.

Contoh yang sederhana adalah penambahan carbon ke dalam baja

karbon rendah sehingga pada baja, karbonnya lebih besar.Difusi yang paling

sering terjadi adalah difusi molekuler. Difusi ini terjadi jika terbentuk

perpindahan dari sebuah lapisan (layer) molekul yang diam.

Apabila suhu pada suatu material naik, akan menyebabkan atom-

atomnya bergetar dengan energi yang lebih besar dan sejumlah kecil atom

akan berpindah dalam kisi. Mekanisme perpindahan atom dalam suatu logam

dapat terjadi secara interstisi dan kekosongan. Perpindahan secara interstisi

terjadi bila atom tidak memilki ukuran yang sama. Sedangkan perpindahan

secara kekosongan dapat terjadi bila semua atom memiliki ukuran sama.

Proses difusi dapat terjadi lebih cepat apabila:

1. Suhu tinggi

2. Atom yang berdifusi kecil

3. Ikatan struktur induk lemah (dengan titik cair rendah)

4. Terdapat cacat-cacat dalam bahan (kekosongan atau batas butir)

3.7.3. Pengujian Kekerasan

Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical

properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui

khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami

pergesekan (frictional force), dalam hal ini bidang keilmuan yang berperan

penting mempelajarinya adalah Ilmu Bahan Teknik (Metallurgy Engineering).

Kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan

beban identasi atau penetrasi (penekanan). Uji kekerasan dilakukan dengan

menekankan identer ke permukaan logam yang diukur kekerasannya. Identer

biasanya terbuat dari material yang lebih keras dari pada benda uji, contohnya

hardened steel, tungsten carbide atau intan. Biasanya identer berbentuk bola,

pyramid, atau kerucut. Uji kekerasan standar dilakukan dengan menekankan

identer dengan hati-hati ke permukaan benda uji secara tegak lurus (900).

Setelah proses peng-identasian, identer ditarik dari benda uji dan nilai

kekerasan akan terhitung atau terbaca dari skala, berdasarkan kedalaman bekas

penekanan dan diameter lekukan.

Pada umumnya ada tiga cara penentuan kekerasan bahan yaitu:

1. Cara Goresan.

Cara ini sering dilakukan dengan menggoreskan bahan logam yang lebih

keras kepada bahan yang lebih lunak. Mohs telah membuat skala yang terdiri

dari 1 s/d 10 standar mineral yang disusun menurut kemampuannya dari bahan

yang terkeras, yaitu intan dengan skala 10 sampai bahan yang terlunakkan yaitu

Talk dengan angka 1. Logam-logam yang keras pada umumnya ada pada skala

4-8.

2. Cara Dinamik.

Cara ini adalah dengan cara menjatuhkan bola baja pada permukaan

logam, tinggi pantulan bola menyatukan energi benturan sebagai ukuran

kekerasan logam, dengan cara ini dinamakan cara Shore Scleroscope.

3. Cara Penekanan.

Pengukuran kekerasan dengan cara ini dilakukan dengan menggunakan

indentor yang ditekan pada benda uji dengan beban besar tertentu. Penekanan

tersebut akan menyebabkan logam mengalami deformasi plastis. Apabila

penekanan oleh indentor diterusken, deformasi pada benda uji akan terus

berlangsung. Kemampuan benda uji menahan tekanan indentor inilah yang

diartikan sebagai kekerasan dari material, beban yang diberikan dalam uji

kekerasan adalah konstan. Oleh karena itu nilai kekerasan dari benda uji akan

tergantung pada luas permukaan bekas benda uji yang mengalami penekanan.

Makin luas bekas penekanan tersebut, maka makin rendah sifat kekerasan dari

benda uji atau benda uji tersebut bersifat lunak

Metode Rockwell

Dalam metode ini penetrator ditekan dalam benda uji. Harga kekerasan

didapat dari perbedaan kedalaman dari beban mayor dan minor. Jadi nilai

kekerasan didasarkan pada kedalaman bekas penekanan. Karena hasilnya

dapat dilihat langsung pada jarum penunjuk, maka metode sangat efektif

untuk pengetesan massal.

Uji kekerasan ini banyak digunakan disebabkan oleh sifat-sifatnya

yang cepat dalam pengerjaannya, mampu membedakan kekerasan pada baja

yang diperkeras, ukuran penekanan relative kecil, sehingga bagian yang

mendapatkan perlakuan panas dapat diuji kekerasannya tanpa menimbulkan

kekerasan. Uji ini menggunakan kedalaman lekukan pada beban yang

konstan sebagai ukuran kekerasan.

Pengujian kekerasan Rockwell didasarkan pada kedalaman masuknya

penekan benda uji, makin keras benda yang akan diuji makin dangkal

masuknya penekan tersebut. Sebaliknya semakin dalam masuknya penekan

tersebut berarti benda uji makin lunak. Cara Rockwell disukai karena dapat

dengan cepat mengetahui harga kekerasan suatu material tanpa menghitung

seperti cara brinell dan Vickers. Nilai kekerasan dapat langsung dibaca

setelah beban utama dihilangkan, dimana beban awal masih menekan benda

tersebut

Uji kekerasan Rockwell mempunyai kemampuan ulang, namun perlu

diperhatikan :

Penekan dan landasan harus bersih dan terpasang dengan baik.

Permukaan yang diuji harus bersih, kering, halus, dan bebas dari

pengotor.

Permukaan harus datar dan tegak lurus terhadap penekan.

Menguji permukaan silinder memberikan hasil pembacaan yang

rendah.

Jarak antara satu pengujian dengan pengujian berikutnya harus 3-5 kali

diameter bekas penekan.

Kecepatan pembebanan harus sama dengan waktu pemberian beban,

baik untuk pengujian pertama maupun selanjutnya.

Tebal benda uji harus sedemikian rupa sehingga tidak terjadi gembung

pada permukaan dibaliknya.

3.7.4. Uji Metalografi ( struktur mikro )

Metalografi adalah pengujian spesimen dengan menggunakna mikroskop

atau pembesaran beberapa ratus kali bertujuan untuk memperoleh gambar yang

menunjukkan struktur mikro, pada hal ini struktur logam dan paduannya

dengan pengujian metalografi. Kita dapat mengetahui struktur dari suatu logam

dengan memperjelas batas – batas butir logam. Metalografi digunakan untuk

mengetahui atau menunjukkan struktur mikro dari suatu logam ataupun paduan

melalui gambar yang dihasilkan.