Sifat mekanik tidak hanya tergantung pada komposisi kimia
suatu paduan, tetapi juga tergantung pada strukturmikronya. Suatu paduan dengan
komposisi kimia yang samadapat memiliki strukturmikro yang berbeda, dan sifat
mekaniknya akan berbeda. Strukturmikro tergantung pada proses pengerjaan yang
dialami, terutama proses laku-panas yang diterima selama proses pengerjaan.
Proses laku-panas adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses laku-panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan, dimulai dengan pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama beberapa saat, baru kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu.
Proses laku-panas adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses laku-panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan, dimulai dengan pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama beberapa saat, baru kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu.
Secara umum perlakukan panas (Heat treatment)
diklasifikasikan dalam 2 jenis :
1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan)
Tujuan dari perlakuan panas Near Equilibrium adalah untuk :
a. Melunakkan struktur kristal
b. Menghaluskan butir
c. Menghilangkan tegangan dalam
d. Memperbaiki machineability.
Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium, misalnya
:
·
Full Annealing (annealing)
·
Stress relief Annealing
·
Process annealing
·
Spheroidizing
·
Normalizing
2. Non Equilirium (Tidak
setimbang)
Tujuan panas Non Equilibrium adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi.
Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, misalnya :
·
Hardening
·
Martempering
·
Austempering
·
Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame
hardening, Induction hardening)
Pada proses
pembuatannya, komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam
bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi.
Pada saat
proses pendinginan dari suhu lelehnya, baja mulai berubah menjadi fasa padat
pada suhu 13500, pada fasa ini lah berlangsung perubahan struktur
mikro. Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan dengan jalan
heat treatment.
Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan
dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai dengan komposisi
kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikro pada berbagai suhu dan kadar
karbon dapat dilihat pada Diagram Fase Keseimbangan (Equilibrium Phase
Diagram).
Gambar Diagram Near Equilibrium
Ferrite-Cementid (Fe-Fe3C)
Keterangan gambar :
Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada
proses pendinginan perubahan – perubahan pada struktur
kristal dan struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia.
·
Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur
mikro dinamakan Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical
paling kanan).
·
Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas
·
Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang
sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit.
·
Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang
terbentuk adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid.
·
Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik
eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan
perlit.
·
Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan
6.67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan
sementit.
·
Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar
karbon rendah, akan terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur
mikro Austenit.
·
Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh
turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi
Austenit.
Penekanan terletak pada Struktur mikro, garis-garis dan
Kandungan Carbon.
a. Kandungan Carbon
0,008%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature kamar
0,025%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature 723
0,008%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature kamar
0,025%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature 723
b. Derajat Celcius
0,83%C = Titik Eutectoid
2%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Gamma pada temperature 1130 Derajat Celcius
4,3%C = Titik Eutectic
0,1%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Delta pada temperature 1493 Derajat Celcius
0,83%C = Titik Eutectoid
2%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Gamma pada temperature 1130 Derajat Celcius
4,3%C = Titik Eutectic
0,1%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Delta pada temperature 1493 Derajat Celcius
c. Garis-garis
Garis Liquidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan (pembekuan).
Garis Solidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan).
Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat denga fasa padat atau solid solution dengan solid solution.
Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite)
Garis A3 = garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite (Gamma) pada pemanasan.
Garis A1 = garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma) menjadi Ferrit pada pendinginan.
Garis A0 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Cementid.
Garis A2 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Ferrite.
Garis Liquidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan (pembekuan).
Garis Solidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan).
Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat denga fasa padat atau solid solution dengan solid solution.
Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite)
Garis A3 = garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite (Gamma) pada pemanasan.
Garis A1 = garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma) menjadi Ferrit pada pendinginan.
Garis A0 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Cementid.
Garis A2 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Ferrite.
d. Struktur mikro
Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723 Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan Carbon 0,008%C.
Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic).
Cementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombic.
Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 4,3%C.
Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C.
Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723 Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan Carbon 0,008%C.
Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic).
Cementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombic.
Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 4,3%C.
Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C.
Secara umum heat treatment dengan kondisi Near
Equilibrium itu dapat disebut dengan anneling.
