Fig 3.2 Diagram TTT untuk baja karbon biasa yang mengandung 0,63
% karbon dan 0,87 % mangan (sumber : Ref 6)
3.1 Austenite
Austenite adalah larutan padat dari satu atau lebih unsur besi
gamma. Kecuali jika ditunjuk (misalnya sebagai austenit nikel), zat
terlarut umunya dianggap karbon. Austenit memiliki sisi berpusat
pada struktur kubik. Relatif lembut dan ulet.
Disebagian besar baja, austenit tidak stabil pada suhu kamar,
kecuali jumlah kecil dari austenit yang tersisa setelah
pendinginan. Namun, dalam beberapa baja paduan tinggi, seperti baja
tahan karat austenitik, austenit stabil pada suhu kamar.
Gambar 3.3 Diagram CCT untuk kasus pengerasan baja, ISO
683-11-20MnCr5
Hubungan angka yang dilingkari kekerasan Vickers pada produksi
mikrostruktur oleh laju pendinginan.
3.2 Bainit
Bainit adalah sebuah agregat yang agak stabil mengandung ferit
sangat jenuh dimana karbonnya mengendap dalam bentuk karbida. Hal
tersebut terbentuk dengan penguraian austenit dalam rentang
temperature antara terbentuknya pearlite dan saat mulai
terbentuknya martensit. Dua morfologi bainit yaitu bainit bagian
atas dan bawah, dikembangkan di dalam baja-baja. Bainit bagian atas
memiliki tampak yang ringan dan lembut seperti bulu dan terbentuk
pada bagian atas rentang perubahan bainit, sedangkan bainit bagian
bawah memiliki tampak asikular dan terbentuk pada bagian bawah
rentang perubahan bainit. Temperatur transisi antara bainit atas
dan bawah adalah fungsi kandungan karbon. Bainit atas dan bawah
mempunyai sifat mekanik yang berbeda. Bainit bawah memiliki
kekuatan yang tinggi dan ketangguhan yang tinggi daripada bainit
atas.
3.3 Sementit
Sementit adalah senyawa besi dan karbom, diketahui secara kimia
sebagai besi karbid dan memiliki rumus kimia Fe3C. Sementit
memiliki struktur kristal orthorhombic dan merupakan fase agak
stabil namun sangat keras dan sangat rapuh. Ketika fase tersebut
terdapat pada baja, komposisi kimianya diubah dengan keberadaan
mangan dan unsur-unsur pembentuk karbid.
Diagram 3.4 Diagram CCT untuk baja karbon industri yang
mengandung 0,38 % karbon dan 0,7 % mangan. Garis vertikal
putus-putus menunjukkan transformasi yang terjadi dalam diameter
batang 10 mm setelah pendingin udara, pendingin minyak dan
pendingin air, masing-masing ( sumber : Ref 8 )
3.4 Ferrite
Ferrite adalah larutan padat dari satu atau lebih elemen dalam
besi alfa atau besi delta. Kecuali ditunjuk ( misalnya sebagai
Kromium ferit ), zat terlarut umumnya dianggap karbon. Pada diagram
fase besi-karbon, ada dua wilayah ferit dipisahkan oleh daerah
austenit. Daerah yang lebih rendah adalah alfa ferit dan daerah
atas adalah delta ferrite. Jika tidak ada penetapan, alfa ferrite
diasumsikan. Ferit memiliki bentuk berpusat struktur kubik dan
merupakan fase stabil. Alfa sangat lembut dan ulet.
3.5 Martensite
Martensit merupakan larutan padat yang sangat jenuh
(supersaturated) dari carbon dalam besi. Martensit memiliki bentuk
rangka berstruktur tetragonal terpusat dan fase yang metastable.
Berdasarkan dari kandungan karbonnya, martensit bisa menjadi sangat
bisa sangat keras dan rapuh, dan karena kerapuhannya, besi
martensit biasanya melalui tempered untuk mengembalikan sifat
keuletan dan ketangguhannya. Martensite dapat dibuat dengan
mentransformasikan austenite dengan mekanisme non-diffusional dan
dapat berlangsung apabila laju pendinginan cukup tinggi untuk
mencegah austenite bertransformasi ke ferrite, pearlite, dan
bainite. Transformasi dari austenite ke martensite terjadi pada
jarak temperature Ms-Mf dan berlangunsg ketika temperatut menurun.
Dua morfologi dari martensit, lath dan plat martensit, pembentukan
baja. Lath martensite terbentuk dengan kandungan karbon diatas 0.6%
plat martensit terbentuk dengan kandungan karbon lebih besar dari
1.0% dan lath campuran dan plat martensite mikrostruktur terbentuk
dari kandungan karbon antara 0.6% dan 1.0%.
Table 3.1 Efek dari konsentrasi karbon dan persentasi martensite
pada kekerasan as-quenched pada besi
3.5.1 The Martensite Transformation Range
Ms. Temperature dimana austenite mulai bertransformasi menjadi
martensite selama pendinginan
Ms(oC) = 539 423 % C 30.4% Mn 12.1 % Cr 17.7 % Ni 7.5 % Mo (Ref.
5)
Mf. Temperatur dimana austenit telah hampir berubah sempurna
menjadi martensit selama pendinginan.
Mf(C)=Ms(C) 215 (Ref. 10)
3.6 Pearlit
Pearlit adalah agregat agak stabil yang mengandung lamella ferit
dan sementit. Pearlit terbentuk dengan penguraian eutektoid
austenite. Kekuatan dan kekerasan pearlit bertambah dengan
berkurangnya ruang intermellar
4 KEKERASAN
Kekerasan merupakan kapasitas baja untuk menaikkan perubahan
martensit dan/atau bainit. Hal tersebut menentukan dalamnya dan
distribusi membentuk kekerasan dengan pendinginan. Kekerasan
biasanya menjadi faktor paling penting dalam pemilihan baja dalam
tahap perlakuan panas/
Kekerasan baja adalah sifat material, dimana fungsi utama
komposisi kimia baja dan ukuran bijih austenite lebih diutamakan
untuk proses pendinginan. Penambahan faktor-faktor ini biasanya
menambah kekerasan.
Kekerasan sering digunakan dalam ketentuan diameter kritis ideal
(DI) dan data kekerasan pasca pendinginan.
4.1 Diameter Kritis Ideal
Diameter kritis ideal (DI) diartikan sebagai diameter lingkar
batang baja yang akan membentuk 50% martensit pada pusatnya ketika
ditujukan pada pendinginan yang diasumsikan bahwa permukaan batang
mendingin secara instan menjadi temperatur medium pendinginan. (DI)
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
DI = DI MFSi MFMn MFCr MFMo MFNi MFCu MFV
Dimana:
DIo adalah basis diameter ideal, dan bergantung pada kandungan
karbon juga ukuran bijih austenite. MFx adalah factor pengali untuk
element alloy x (see Ref. 11 dan 12).
Nilai dari diameter kritis ideal (DI) diperoleh dari ukuran
kekerasan pada baja dan tidak bergantung pada medium quenching.
Diameter kritis ideal (DI) dapat digunakan untuk memprediksi dari
diameter lingkar dimana akan membentuk 50% martensite pada
tengahnya setelah pendinginan (quenching) pada medium pendinginan
yang diketahui.
4.2 Pasca pendinginan Test Kekerasan
Metode ekperimental yang paling sering digunakan untuk
menentukan kekerasan dari unalloyed dan baja low alloy, dengan
diameter kritis ideal (DI) dari 25-150 mm, pasca pendinginan
kekerasan atau Jominy test. Test ini banyak digunakan untuk
memonitor kekerasan untuk tujuan kualitas control, dan juga untuk
pemilihan baja untuk bagian perlakuan panas. Test akhir kekerasan
adalah sebuah test standard, dimana sebagian test dengan pemanasan
secara silinder menjadi temperature austenite dan setelah di
pendinginan cepat menggunakan air jet yang diberikan dari awal
sampai akhir. Variasi dalam kekerasan dengan jarak dari akhir
pendinginan cepat (Jominy curve) mengkaterisasi kekerasan dari
besi.
Dari eksperimen determinasi kurva Jominy, jarak dari akhir
pendinginan cepat untuk 50% martensit bisa di nilai, menggunakan
kemiringan maksimal dari kurva kekerasan. Ini bisa dikonversi
kedalam diameter kritis yang ideal, dan pada akhirnya kedalam
diameter dari sebuah lingkaran dimana akan membentuk 50% martensit
pada pusat setelah pendinginan cepat dalam kekerasan oleh
pendinginan cepat.
Tingkat kekerasan dari suatu besi di presentasikan sebagai
sebuah garis. Sebuah tipikal garis tingkat kekerasan di tunjukkan
pada Fig. 3.5 Bagian atas kurva dari garis merepresentasikan
nilai
Gambar 3.5 Garis jenis pasca kekerasan (Sumber: Ref. 13)
maksimum kekerasan yang berhubungan dengan batas atas komposisi
dari besi, dan bagian bawah kurva dari garis merepresentasikan
nilai minimum yang berhubungan dengan batas bawah komposisi dari
jarak yang berhubungan.
5 PRINSIP EFEK DARI ELEMEN PADA BESI
5.1 Aluminium
a. Digunakan sebagai sebuah deoxidizer.
b. pertumbuhan butir austenite
c. mengurangi susceptibility untuk peregangan ageing
d. membentuk nitrida yang sangat keras. Digunakan sebagai sebuah
perpaduan element dari besi nitrida.
e. Meningkatkan ketahanan temperature oksidasi
5.2 Antimony (Sb)
a. meningkatkan susceptibility untuk penguatan kerapuhan.
