logam baja

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Klasifikasi Logam

Logam cor diklasifikasikan menurut kandungan karbon yang terkandung di

dalamnya yaitu kelompok baja dan besi cor. Logam cor yang memiliki persentasi

karbon maksimum 2,11 % disebut baja dan jika kadar karbon lebih besar dari 2,11 %

karbon disebut dengan besi cor. Besi cor komersial secara umum memiliki persentasi

karbon (2,5 – 4,3) %. Menurut persentase karbon, baja cor komersial diklasifikasikan

dalam tiga jenis yaitu:

1. Baja karbon rendah memiliki kadar karbon lebih kecil dari 0,20 %

2. Baja karbon menengah dengan kadar karbon 0,20 sampai dengan 0,50 %

3. Baja karbon tinggi memiliki kadar karbon di atas 0,50 %

Selain ketiga klasifikasi di atas, baja juga diklasifikasikan menurut total kandungan

unsur yang terdapat di dalamnya yaitu:

1. Baja paduan rendah (low alloy steels), total kandungan unsur kurang dari 8 %

2. Baja paduan tinggi (high alloy steels), total kandungan unsur di atas 8 %

(Heine Richad.W.et.al., 1967)

2.2 Struktur dan sifat baja cor

2.2.1 Struktur Coran Baja Karbon

Baja karbon adalah paaduan dari sistim besi-karbon. Kadar karbonnya lebih rendah

dari pada kadar karbon pada besi coran biasanya kurang dari 1,0 % C . Sebagai

Universitas Sumatera Utara

unsur- unsur tambahan selain karbon baja cor mengandung 0,20 sampai0,70 % Si,

0,50 sampai 1,0 Mn, fosfor dibawah 0,06 % dan Belerang dibawah 0,06 % .

Struktur mikro dari baja cor yang mempunyai kadar karbon kurang dari 0,8 %

terdiri dari ferit dan perlit. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah perlit.

Dalam hal ini apabila kadar karbon diatas 0,80 % , baja terdiri dari perlit dan sementit

yang terpisah. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah sementit.

2. 2.2 Sifat - Sifat Coran Baja Karbon

Kalau kadar karbon dari baja cor karbon bertambah, kekuatannya bertambah,

sedangjan perpanjangannya, pengecilan luas dan harga benturnya berkurang dan

menjadi sukar dilas. Penambahan mangan juga memberikan kekuatan tarik yang lebih

tinggi tetapi pengaruhnya kurang dibandingkan karbon.Cor baja karbon biasanya

dilunakkan, dinormalkan dan distemper sebelum dipakai. Dibanding dengan

melunakkan, menormalkan coran baja karbon memberikan butir-butir halus dan

memberikan harga yang lebih tinggi untuk batas mulur serta kekuatan tarik.

Perpanjangan dan pengecilan luasnya juga diperbaiki dengan jalan menormalkan.

Perbaikan dari sifat-sifat baja cor dengan jalan menormalkan sangat jelas apabila

kadar karbonnya lebih tinggi. Kalau coran baja ditemper pada 6500

Harga bentur baja cor turun sesuai dengan

setelah

dilunakkan, maka batas mulur, kekuatan tariknya menurun sedangkan perpanjangan

dan pengecilan luasnya lebih baik. turunya temperatur. Temperatur

transisi didefenisikan sebagai temperature di mana harga bentur turun cepat sekali. Ini

merupakan indeks yang paling tinggi untuk keuletan dari logam yang dipergunakan

pada temperatur rendah. Sebagai penggantinya, biasa dipakai temperatur transisi 15

ft-1b. Temperatur transisi sangat dipengaruhi oleh kadar karbon. Kalau kadar karbon

bertambah 0,1%, maka Temperatur transisi (Tr 15) meningkat 130C untuk kandungan

karbon kurang dari 0,3% dan 280C untuk daerah kadar karbon antara 0,3% sampai

0,57%.Untuk mengukur sifat-sifat mekanis dari baja cor karbon, batang uji diambil


dari bagian-bagian yang berhubungan dengan badan utama atau dari coran yang

terpisah dicor bersama-sama yang kemudian dilunakkan, dinormalkan dan ditemper

sebelum pengujian.

2.3 Struktur dan Sifat-sifat Baja Cor Khusus

Baja cor khusus terdiri dari baja cor paduan rendah dan baja cor paduan tinggi yang

dibuat menambahkan macam-macam unsure paduan kepada baja cor karbon. Mangan

dan juga silisium biasanya tidak dapat dihindarkan selalu tercampur waktu

pengolahan baja, sehingga dalam hal ini baja cor ini tidak disebut baja cor khusus,

kecuali kalau unsure-unsur tersebut ditambahkan sebagai unsur paduan.

Baja ini disebut baja paduan rendah apabila unsur paduannya ditambahkan

1% sampai 2% kabon, dan disebut baja paduan menengah apabila unsur paduannya

ditambahkan 2% sampai 5%, dan disebut baja paduan tinggi apabila unsur paduannya

diatas harga-harga 5%, tetapi dalam hal ini tidak dibedakan secara tepat.Baja cor

khusus biasanya baru dipergunakan setelah melalui pencelupan dingin penormalan,

dan penemperan untuk memperbaiki sifat-sifatnya.

Baja cor paduan rendah baja cor karbon dikeraskan dan dikuatkan dengan

pencelupan dingin tetapi mampu keraskan agak buruk dan hanya kulitnya saja yang

keras. Lapisan yang mengeras menjadi lebih tebal dengan menambah Mn, Cr, Mo

atau Ni. Baja ini tersebut boleh dikatakan mempunyai mampu keras yang tinggi. Hal

itu disebabkan karena karbon larut dalam austenit yang menyebabkan baja menjadi

keras dengan pencelupan dingin.Dalam penormalan, walaupun baja mempunyai

mampu keras tinggi akan terdapat perbedaan kekerasan yang kecil antara kulit dan

bagian tengahnya. Tetapi kalau baja karbon dikeraskan dengan menambah unsur

paduan maka kekerasan baja yang dinormalkan bertambah sebanding dengan

kekuatannya. (Tata Surdia)

Pada umumnya, sifat-sifat baja cor menjadi lebih buruk kalau masanya

bertambah. Karena masanya besar bagian tengahnya mempunyai kekuatan dan


keuletan yang lebih buruk dibanding dengan kulitnya. Hal ini disebabkan oleh

perbedaan dan perbandingan pembekuan. Kalau masa menjadi lebih besar, di bagian

yang lebih dekat ke tengah, pembekuannya menjadi lebih lambat dan strukturnya

menjadi lebih lemah.

Baja cor paduan rendah terdiri dari beberapa macam seperti diuraikan di bawah ini :

Baja cor mangan rendah dan baja cor khrom mangan mempunyai mampu-keras lebih

tinggi dari pada baja cor karbon biasa, sehingga dengan pengolahan panas yang

cocok di dapat baja yang murah dan ulet. Baja cor paduan karbon rendah

dipergunakan untuk bagian-bagian mesin yang memerlukan kekuatan dan keuletan,

dan baja cor paduan karbon tinggi dipakai gigi dan roda karena sangat baik ketahanan

ausnya. (Metalurgi of Steel)

2.4 Baja cor tahan karat

Baja cor tahan karat adalah baja yang diperbaiki tahanan korosinya dengan

menambah nikel atau khrom, dan ini akan memberikan ketahanan korosi, katahanan

panas dan ketahanan dingin yang baik sekali dibandingkan dengan baja cor karbon

biasa. Baja di dalam air atau udara akan berkarat oleh oksidasi, sedangkan baja

paduan dengan kandungan khrom lebih dari harga tertentu mempunyai sifat pasip

terhadap oksidasi dan bebas karat. Kandungan khrom yang banyak cenderung untuk

membuat sifat pasip, dan kebanyakan baja tahan karat mengandung khrom lebih dari

12%.Selanjutnya apabila nikel ditambahkan, maka ketahanan korosi, keuletan pada

temperatur rendah, mampu olah dan mampu lasnya diperbaiki. Baja tahan ini dapat

digolongkan menjadi : baja tahan karat martensit, austenite dan ferit sesuai dengan

struktur mikronya.

2.4.1 Sifat-sifat dari baja cor tahan panas

Umumnya, bahwa baja cor tahan panas adalah nama umum untuk baja cor yang

dipakai pada temperature tinggi yaitu di atas 6500C. Logam tersebut terdiri dari baja


cor paduan tinggi dengan khrom tinggi dan baja cor paduan tinggi dengan nikel tinggi

sesuai dengan komposisi kimianya. Perbedaannya dengan baja cor tahan karat ialah

kandungan karbonnya lebih tinggi dan kekuatannya yang tinggi pada temperature

tinggi. Sifat-sifat yang harus dipunyai oleh baja cor tahan panas ialah sebagai berikut

1. Kestabilan permukaan (tahan korosi dan tahan asam yang baik)

2. Kekuatan jalar pada temperature tinggi

3. Keuletan pada temperature tinggi

4. Tahanan yang tinggi terhadap kegetasan karena pengarbonan

5. Tahanan yang tinggi terhadap kelelahan panas

6. Tahan aus yang baik dan deformasi yang kecil

Baja cor tahan panas dipakai untuk baggian-bagian tungku pelebur logam aparat

pengolah minyak, klin untuk semen, ketel uap, mesin jet, turbin gas, aparat pembuat

gelas, aparat pembuat karet sintesis, dan tungku pemanas logam.

2.4.2 Sifat-sifat dari baja cor mangan (Mn) tinggi

Mangan berwarna putih keabu-abuan, dengan sifat yang keras tapi rapuh. Mangan

sangat reaktif secara kimiawi, dan terurai dengan air dingin perlahan-lahan. Mangan

digunakan untuk membentuk banyak alloy yang penting. Dalam baja, mangan

meningkatkan kualitas tempaan baik dari segi kekuatan, kekerasan,dan kemampuan

pengerasan.Dengan aluminum dan bismut, khususnya dengan sejumlah kecil

tembaga, membentuk alloy yang bersifat ferromagnetik. Logam mangan bersifat

ferromagnetik setelah diberi perlakuan. Logam murninya terdapat sebagai bentuk

allotropik dengan empat jenis. Salah satunya, jenis alfa, stabil pada suhu luar biasa

tinggi; sedangkan mangan jenis gamma, yang berubah menjadi alfa pada suhu tinggi,

dikatakan fleksibel, mudah dipotong dan ditempa.

Baja cor mangan tinggi disebut juga baja Hadfield, menurut nama si penemu.

Baja ini mengandung mangan 11% sampai 14% dan karbon 0,9 sampai 1,2% dimana

harga perbandingan antara mangan (Mn) dan C kira-kira 10. Struktur setelah di cor


sangat getas karena karbid mengendap pada batas butir austensit, sedangkan struktur

yang dicelup dingin dalam air dari 10000

Mangan merupakan unsur deoksidasi, pemurni sekaligus meningkatkan

fluiditas, kekuatan dan kekerasan besi. Bila kadarnya ditingkatkan, kemungkinan

terbentuknya ikatan kompleks dengan karbon meningkat dan kekerasan besi cor akan

naik. Jumlah mangan yang hilang selama proses peleburan berkisar antara 10-20 %.

Semua baja mengandung mangan karena sangat dibutuhkan dalam proses pembuatan

baja. Kandungan mangan lebih kurang 0,6 % masih belum dapat sebagai paduan dan

tidak mempengaruhi sifat baja, dengan kata lain mangan tidak memberikan pengaruh

yang besar pada struktur baja dalam jumlah rendah. Dengan bertambahnya

kandungan mangan maka suhu kritis menurun secara seimbang. Mangan membuat

butiran lebih halus, penambahan unsur mangan dalam baja dapat meningkatkan kuat

tarik tanpa mengurangi regang, sehingga baja dengan penambahan mangan memiliki

sifat kuat dan kenyal

C menjadi austensit seluruhnya dan

keuletannya jauh lebih baik.

Mangan dioksida (sebagai pirolusit) digunakan sebagai depolariser dan sel

kering baterai dan untuk menghilangkan warna hijau pada gelas yang disebabkan

oleh pengotor besi. Mangan sendiri memberi warna lembayung pada kaca.

Dioksidanya berguna untuk pembuatan oksigen dan khlorin, dan dalam pengeringan

cat hitam. Senyawa permanganat adalah oksidator yang kuat dan digunakan dalam

analisis kuantitatif dan dalam pengobatan. (Amanto, 1999).

2.5 Sifat- Sifat Mekanik Bahan

Sifat mekanik bahan adalah hubungan antara respons atau reformasi bahan terhadap

benda yang bekerja. Sifat-sifat mekanik bahan yang dilakukan pada penelitian

terhadap baja carbon SC 37 meliputi kuat tarik, kekerasan, dan impact struktur mikro.


2.5.1 Uji tarik

Uji tarik Adalah salah satu uji stress-strain mekanik yang bertujuan untuk mengetahui

kekuatan bahan terhadap gaya tarik. Dalam pengujiannya, bahan uji ditarik sampai

putus. Sampel uji tarik sesuai dengan standard seperti gambar berikut :

Gambar 2.1 sampel uji tarik

ASTM Standard E 8M – 04

2.5.1.1 Kuat tarik maksimum

Pengujian tarik yang dilakukan pada suatu material padatan (logam dan nonlogam)

dapat memberikan keterangan yang relatif lengkap mengenai perilaku material

tersebut terhadap pembebanan mekanis. Informasi penting yang bisa didapat adalah:

kuat tarik maksimum dan perpanjangan. Kuat tarik suatu bahan dapat ditentukan dengan

menarik bahan tersebut sampai beban maksimum. Keterangan-keterangan yang diperoleh

pada penarikan bahan dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran benda uji sesuai dengan standard

yang digunakan.

Sifat yang umum dilakukan terhadap logam adalah kuat tarik maksimum

(UTS) yaitu pembebanan maksimum yang diberikan terhadap bahan yang

menyebabkan penciutan luas penampang yang akhirnya putus. Nilai kuat tarik

maksimum dinyatakan dengan persamaan berikut (Surdia,T. Dan Shinroku, 1995)

UTS,σTS =

dimana : σ

2.1

TS = kuat tarik maksimum (N/m2

P

)

max

A

= beban maksimum pada watu pengujian (N)

0 = luas penampang (m2)


Sifat yang umum dilakukan terhadap logam adalah kuat tarik maksimum

(UTS) yaitu pembebanan maksimum yang diberikan terhadap bahan yang

menyebabkan penciutan luas penampang yang akhirnya putus. Nilai kuat tarik

maksimum dinyatakan dengan persamaan berikut (Surdia,T. Dan Shinroku, 1995)

UTS,σTS =

dimana : σ

2.1

TS = kuat tarik maksimum (N/m2

P

)

max

A

= beban maksimum pada watu pengujian (N)

0 = luas penampang (m2

Kenaikan tegangan dari titik luluh sampai kuat tarik maksimum menunjukan

bahwa bahan mengalami pengerasan pengerjaan, sehingga pada logam terjadi

deformasi plastis. Kuat tarik maksimum sampai kuat tarik putus mengakibatkan luas

penampang bahan mereduksi (mengecil) dan terjadi lokalisasi pertambahan panjang

hingga akhirnya putus.

)

2.5.1.2 Perpanjangan (elongation)

Pertambahan panjang suatu bahan setelah mengalami uji tarik disebut elongation.

Nilai keuletan suatu bahan biasanya ditunjukan oleh harga elongation ini. Apabila

harga elongation besar maka bahan tersebut dikatakan ulet (ductility). Keuletan

(ductility) adalah kemampuan logam untuk berdeformasi plastis sebelum putus.

Secara grafik digambarkan sebagai berikut;

Gambar 2.2 Kurva tegangan-regangan Praktikum Karakterisasi Material 1 Departemen Metalurgi dan Material

( MMS 31 08 02 ) Fakultas Tehnik Universitas Indonesia.

σ σ σ

ε ε ε O O O

P

P P Y

U B ● ●

●


Dimana P menyatakan beban aksial dalam Newton dan A menyatakan luas

penampang awal (m2

Persetase elongation dinyatakan dengan persamaan berikut

). Dengan memasangkan pasangan nilai tegangan normal σ dan

regangan normal ε, data percobaan dapat digambarkan dengan memperlakunan

kuantitas-kuantitas ini sebagai absis dan ordinat. Gambar yang diperoleh adalah

diagram atau kurva tegangan-regangan. Kurva tegangan-regangan mempunyai bentuk

yang berbeda-beda tergantung dari bahannya.

% elongation = 2.2

Dimana : L0

L = panjang setelah bahan putus (mm)

= panjang mula-mula (mm)

Panjang mula-mula diukur pada dua batas bagian tengah sampel uji tarik dan

panjang akhir sampel diukur pada batas yang sama setelah kedua bagian yang putus

disatukan kembali.

Kuantitas E, yaitu rasio unit tegangan terhadap unit regangan, adalah modulus

elastisitas bahan, atau, sering disebut Modulus Young. Karena unit regangan ε

merupakan bilangan tanpa dimensi (rasio dua satuan panjang), maka E mempunyai

satuan yang sama dengan tegangan yaitu N/m2

. Untuk banyak bahan-bahan teknik,

modulus elastisitas dalam tekanan mendekati sama dengan modulus elastisitas dalam

tarikan.

2.5.2 Uji Kekerasan

Kekerasan didefenisikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap penetrasi

permukaan, yang disebabkan oleh penekanan oleh benda tekan yang berbentuk

tertentu karena pengaruh gaya tertentu. Pengujian kekerasan sangat berguna sekali un

tuk mengetahui kualitas suatu bahan yang akan dipergunakan pada produk-produk

logam seperti komponen mesin.


Brinell, Rockwell & Vickers Hardness Tester TH722 Optical Fitur." Cocok

untuk menguji kekerasan besi, logam non-ferrous, logam keras, lapisan carburized

dan kimia mengobati lapisan" Beberapa metode pengujian: Brinell & Rockwell &

Vickers" Berbagai jenis pengujian kekuatan dan dapat dipilih indentor

" Mengadopsi uji kekuatan transformasi kerangka kerja dan sistem pengukuran optik

instruksi" Dilengkapi dengan indentasi alat pengukur seperti gambar berikut:

Gambar 2.3 Brinell, Rockwell & Vickers Optical Hardness Tester TH722 http://w22.indonetwork.co.id/pdimage/72/1074572_en_b_2_247.jpg

Beberapa metode pengujian kekerasan logan, yaitu :

- Metode gores

- Metode kekerasan Brinell

- Metode kekerasan Rockwell

- Metode kekerasan Vickers

- Metode kekerasan Vickers mikro

Dalam penelitian ini metode yang digunakan adalah Metode kekerasan

Brinell.Metode ini sangat cocok untuk mengukur bahan-bahan yang tidak homogen

seperti baja cor karbon rendah .Brinnell menggunakan indentor bola baja sebagai alat

untuk mengukur kekerasan logam.


http://w22.indonetwork.co.id/pdimage/72/1074572_en_b_2_247.jpg�

2.5.3 Uji Impact

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui ketangguhan suatu spesimen terhadap

beban patah. Hal yang sangat penting pada uji impact ini adalah pembuatan takik

yang memerlukan ketelitian khusus dan kepresisan yang tinggi. Sampel uji

disesuaikan dengan standar ASTM E23-56T. Seperti gambar 2.4

Gambar 2.4 sampel uji impack

Pengujian ini dilakukan untuk membanding-kan benda uji yaitu baja karbon

rendah dengan kandungan unsur mangan (Mn) yang berbeda. Jadi spesimen uji

dibuat sedemikian rupa sehingga kedua benda uji benar-benar memiliki dimensi yang

sama. Pengujian ini menggunakan mesin Charpy Impact Machine Uji impact

dirancang untuk mengukur ketahanan bahan terhadap pembebanan tiba-tiba atau gaya

kejut dan yang diukur adalah energy impact atau energy yang diserap sebelum bahan

patah. Metode yang paling umum untuk mengukur energy impact adalah :

- Test Impact Charpy

- Test Impact Izod

Dalam penelitian ini test yang digunakan adalah Test Impact Charpy.


Test ini paling sering digunakan pada logam, namun juga digunakan pada polimer,

keramik, dan komposit karena test ini lebih ekonomis dan cepat untuk menentukan

ketangguhan bahan dan aplikasi pengendalian kualitas.(Azom,2005).

2.5.4 Struktur Mikro

Struktur mikro merupakan butiran-butiran suatu benda logam yang sangat kecil dan

tidak dapat dilihat dengan mata telanjang sehingga perlu menggunakan metalurgical

microscope untuk pemeriksaan butiran-butiran logam tersebut. Struktur material

berkaitan dengan komposisi, sifat, sejarah dan kinerja pengolahan, sehingga dengan

mempelajari struktur mikro akan memberikan informasi yang menghubungkan

komposisi dan pengolahan sifat dan kinerjanya.

Analisis struktur mikro digunakan untuk menentukan apakah parameter

struktur berada dalam spesifikasi tertentu dan didalam penelitian digunakan untuk

menentukan perubahan-perubahan struktur mikro yang yang terjadi sebagai akibat

variasi komposisi.(Tri Harya Wijaya, 2010)


logam baja

Documents