BAJA ( STEEL )

mechanic engineer

Struktur Baja
- Struktur Kristal Logam
• Semua logam dapat berwujud gas, cair dan padat. Wujud tersebut tergantung pada keadaan suhu dan tekanan.
• Dalam logam cair, atom-atom hanya disatukan oleh daya tarikan yang lemah, maka pada keadaan demikian sifatnya dapat mengalir.
• Sewaktu logam memadat, tenaga setiap atom dikurangi yang dikeluarkan sebagai kalor, dimana unuk logam murni dilakukan pada suhu tetap.
• Selama pemadatan, atom-atom menyusun dirinya sendiri menjadi corak yang teratur dan menyatukan diridengan daya tarikan yang kuat.

- Bentuk struktur baja:
• Body Centered Cubic (BCC), kubus pusat dalam, yaitu bentuk struktur yang terbuka.
• Close Packed Hexagonal (CPH), yaitu benuk struktur yangsangat tertutup.
• Face Centered Cubic (FCC), yaitu bentuk struktur tertutup.


















- Susunan dan Struktur Baja Karbon biasa

Baja karbon biasa adalah paduan antara besi dan karbon dengan kandungan karbon 1,7%. Pada suhu biasa, karbon dalam baja tidak mengalami perlakuan panas, baisanya bergabung secara kimiawi dengan sebagian besi berbentuk iron carbide (Fe3C) dan disebut cementit. Cementit ini keras, dan kekerasan baja karbon ini akan meningkat sebanding dengan jumlah kandungan karbon didalamnya.

Pada suhu dibawah 910OC, besi murni mempunyai struktur kristal BCC, tetapi dengan memanaskan sampai diatas 910OC, strukturnya berubah menjadi FCC.

Sejumlah larutan padat karbon hingga 1,7% dalam FCC disebut austenite, dan apabila larutan terbentuk hingga 0,03% karbon terurai dalam besi BCC disebut Ferrite.



- Iron Carbon Equilibrium Diagram

- Macam – Macam proses perlakuan panas:

Hardening
~ Bertujuan agar baja yang digunakan menjadi keras, tahan aus dan berumur panjang/ mampu berpenetrasi, serta untuk mendapatkan struktur martensite yang bersifat keras tapi rapuh.
~ Untuk tujuan diatas ada beberapa proses sebagai faktor persyaratan yang perlu diperhatikan sbb: 1. Jenis Material
2. Heating: a. Pre heating
b. Final heating
c. Holding time
3. Quenching
4. Tempering

Normalizing
~ Bertujuan unuk mendapatkan butiran halus dan seraga, serta untuk menghilangkan tegangan dalam akibat pengerjaan mesin.
~ Cara proses normalizing adalah dengan memanaskan hingga sedikit diatas suhu kritis atas, setelah suhu merata lalu didinginkan di udara.

Anealing
~ Bertujuan untuk mengurangi kekerasan, memperbaiki kemampuan pada pengerjaan mesin, dengan menghasilkan butiran yang halus dan serupa sehingga dapat meningkatkan sifat keuletan..
~ Penggunaaan proses annealing:
1. Untuk baja tuang yang dituang dalam cetakan pasir yang mana suhu akan turun perlahan-lahan dan struktur menjadi kasar, yan disebut struktur widmanstatten.
2. Untuk baja hasil dari proses pengerjaan dingin sebelum dikerjakan di mesin atau ke deformasi selanjutnya.

Soft Anealing
~ Dilakukan apabila baja yang sudah mengalami proses pengerasan, apabila gagal dalam mencapai kekerasannya atau akan mengalami permesinan.
~ Tujuannya adalah sebagai perlakuan pendahuluan sebelum proses pengerasan, maksudnya untuk mengubah bentuk lapisan-lapisan cementite didalam pearlite dan cementite pada batasan-batasan butiran dari baja karbon tinggi menjadi bentuk spheroidical.

Stress Relieving
~ Adalah proses panas untuk menghlangkan tegangan dalam, yang diakibatkan adanya tegangan sisa, tegangan akibat permesinan.
~ Cara kerja proses stress relieving :
1. Benda kerja yang akan di stress dimasukan kedalam kotak yang berisi beram besi tuang , secara rapi dan merata.
2. Kemudian kotak tersebut dimasukan kedalam dapur pemanas.
3. Dengan mengatur temperature oven, suhu akan naik sampai suhu yang diinginkan (600° – 780°C).
4. Setelah suhu dan waktu yang diberikan sesuai, dapur dimatikan dan kita dinginkan perlahan – lahan dalam dapur sampai 350°C kemudian dinginkan diudara terbuka.

- Heating
~ Pada proses heating ini terdapat 3 tahapan yaitu:
1. Pre Heating
Yaitu pemanasan awal benda kerja, tujuannya agar bendakerja tidak mengalami kejutan atau shock pada proses panasdan sebagai tahap menghasilkan sisa-sisa tegangan yang diakibatkan oleh pengerjaan mesin.
Proses pemanasan awal ini diberikan sampai suhu 600-700OC secara perlahan lahan. Kemudian diberikan penahanan suhu beberapa saat sampai suhunya merata seluruhnya. Setelahitu baru dinaikkan ke suhu austenite.

2. Final Heating
Yaitu pemanasan akhi rsetelah preheating, hingga suhu mulai transformasi ke tingkat suhu austenit.
Pada kondisi setelah suhu pengerasan dicapaidiberikan holding tiime, lamanya holding time ini tidak sama dengan holding time pada saat preheating.

3. Holding Time
~ Adalah waktu yang diberikan setelah benda mencapai suhu tertentu secara menyeluruh.
~ Lama penahanan suhu tergantung pada rata – rata ketebalan benda kerja.
~ Benda kerja akan rendah kekerasannya, bila terlalu pendek holding timenya.


- Quenching
Untuk mendapatkan kekerasan dalam struktur martensite pada suhu baja yang dipanaskan , haruslah melalui suatu proses yang disebut pendinginanm secara tiba – tiba (Quencing), dengan cara mencelup ke dalam media pendingin yang sesuai dengan jenis bahan yanfg dikeraskan.
Untuk menghindari tidak tercapainya kekerasan yang diinginkan dan retaknya benda kerja perlu dipertimbangkan haln – hal sbb :
1 . Kecepatan pendinginan
Kecepatan pendinginan ioni dapat dikontrol melalui medium quencing yang digunakan.
Beberapa kecepata yang harus dipakai dapat dipelajari di diagram TTT (Time Temperature Transformation).

2. Media Quencing
Ada 3 jenis media yang digunakan dalam quencing yaitu air,oli dan udara.
a. Air
Air mempunyaisifat mendinginkan yang baik, baja-baja karbon di quenching di airdan sebagian besar baja paduan rendah.
b. Air Garam
Air Garam mempunyai sifat mendinginkan yang cepat, baja karbon yang berukuran kecil didinginkan di air garam, untuk benda kerja yang mempunyai bentuk rumit tidak dianjurkan tidak didinginkan di air garam.
c. Oli
Oli sebagai media pendingin yang sedang, oli yang digunakan adalah oli mineral khusus yang mempunyai titik bakar tingi.
d. Udara
Udara sebagai media pendingin yang lambat, diguakan dengan cara disemburkan, beberapa bja paduan tinggi didinginkan di udara.
3 . Keadaan Benda Kerja

Ada 2 peristiwa yang terjadi pada benda kerja disaat quencing :
1. Baja akan mengkerut selama kontak pertama dengan meedia quencing.
2. Baja akan mengembang pada saat akhir quenching ketika mulai bertransformasi ke martensite.
4 . Posisi Pendinginan
Untuk menghindari retaknya benda kerja sewaktu proses quencing perlu diperhatikan posisi pendinginan :
1. Poros posisinya tegak lurus ( meluncur ).
2. Balok posisinya berdiri.
3. Plat posisinya melebar dan berdiri.
4. Benda rumit posisinya harus simetris.
5. Benda silinder posisinya searah dengan alurnya.
6. Ring tebal berlubang posisinya kearah proses rolnya.
7. Ring tipis posisinya berdiri meluncur.

- Tempering
Tempering dalam proses pemanasan kembali baja yang sudah di quencing dalam struktur martensite pada suhu 100ºC sampai 600ºC disertai penahanan suhu selama 1 sampai 2 jam.
Tempering ini harus segera dilakukan setelah baja didinginkan pada proses quencing untuk mencegah terjadinya gerakan struktur yang labil dan bila dibiarkan menjadi retak.




Tujuan tempering :
a. Untuk menurunkan kekerasan dan keuletan yang diinginkan setelah quencing.
b. Mengurangi tegangan dalam akibat kejutan pendinginan yang tiba – tiba.
c. Memperbaiki atau mendapatkan struktur logam yang halus.
d. Untuk baja khusus seperti HSS,temperatur dan keuletan diatas kekerasan yang diperoleh setelah quencing.
~ Cara Tempering
Ada 2 cara tempering yaitu :
1. Penemperan warna
Adalah warna yang ditimbulkan oleh adanya perubahan suhu pada baja.
Warna tersebut merupakan lapisan tipis yang membentuk lapisan oksidasi pada permukaan benda.Dan terbentuk mulai suhu 200ºC ,lalu setiap suhu berubah warna lapisan oksidasipun berubah.
2. Sistem temperatur control
Penemperan yang baik dilakukan beberapa kali proses pemanasan dari mulai suhu terendah sampai suhu yang diinginkan.Mulai suhu 100ºC /Jam sampai suhu 150ºC/jam dst.
~ Tabel perubahan warna tempering
Suhu 0C Warna
220 Kuning pucat
230 Kuning jerami
240 Kuning coklat
250 Coklat muda
260 Coklat ungu
270 Ungu
280 Ungu tua
290 Biru muda
300 Biru
Semakin tinggi suhu, kekerasan benda semakin rendah.

- Benda kerja yang digunakan
Nama C Si Mn Cr V W Annealing temp Hardening Temp Quenchant Hardness HRC Average hardness temper
SPK K100 2.00 0.25 0.3 11.5 800-850 940-970 Oil, salt (250-250), air blast 63-65 64 62 59
Amutits K 460 0.95 0.25 1.10 0.05 0.10 0.55 710-750 780-820 Oil, salt (200-250) <20mmө 63-65 64 62 58
EMS 45 K945 0.48 0.30 0.70 680-710 800-830 Water 58 57 54 48

Pengujian Bahan
Pengujian bahan meruakan suatu dasar penelitian dengan tujuan untuk mengetahui sifat-sifat dari sebuah bahan uji, sehingga penggunaan semaksimal dan seaman mungkin bisa dilakukan, dan kerusakan yang mengakibatkan kerugian didalam bidang teknlogi dan ekonomi bisa dihindarkan.
Untuk mengetahui sifat-sifat tersebut diatas, terdapat lima buah jenis pengujian, yaitu:
1. Pengujian mekanis (pengujian tarik, pengujian kekrasan, pengujian bengkok, dll.)
2. Pengujian fisika (pengujian muai panas, titik didih, beratjenis, sifat hantar listrik, dll.)
3. Pengujian kimia (analisa pengujian maupun korosi, mampu asam, dll.)
4. Pengujian metallographie (pengujian mikro-struktur)
5. Pengujian tidak merusak bahan (rontgen, medan magnet, dll.)
Dapus:
http://ww.calphad.com/iron-carbon.html
http://www.efunda.com/processes/heat_treat/introduction/heat_treatments.cfm