a. Stainless steel

Stainless steel adalah logam yang memiliki ketahanan terhadap korosi yang sangat baik pada kondisi yang bervariasi. Susunan atomnya didominasi oleh chromium; konsentrasinya setidaknya sekitar 11 wt %. Korosi dapat juga dicegah dengan menambahkan logam nikel dan molybdenum.

Stainless steel dikelompokkan dalam 3 kelas berdasarkan struktur pembentuk yang paling dominan pada mikrostrukturnya (martensitic, ferritic atau austenitic). Berbagai macam dari sifat sifat mekanik dikombinasikan dengan ketahanan korosi yang baik membuat stainless steel menjadi sangat fleksibel dalam penerapannya.

Martensitic stainless steel dapat di beri perlakuan panas sehingga fasa martensit merupakan fasa yang paling dominan pada mikrostrukturnya. Penambahan logam pencampur dalam konsentrasi yang signifikan menghasilkan perubahan pada diagram fasa besi - besi carbide. Pada austenitic stainless steel, fasa austenite diperluas pada temperature ruangan. Ferritic stainless steels merupakan baja yang disusun oleh fase ferrite (BBC). Austenitic dan ferritic stainless steels ditingkatkan kekuatan dan kekerasannya dengan cara “ cold work” karena stainless steels tipe ini tidak dapat diberi perlakuan panas. Austenitic stainless steels adalah jenis stainless steel yang paling tahan terhadap korosi. Hal ini disebabkan karena konsentrasi chromium Nya yang tinggi dan juga ditambahkan dengan nikel serta diproduksi dalam kunatitas yang lebih besar. Martensitic dan ferritic stainless steel merupakan baja yang memiliki sifat magnetic, sedangkan austenitic tidak mempunyai hal tersebut.

Beberapa dari stainless steel banyak digunakan pada temperature yang tinggi dan beberapa jenis lingkungan karena stainless steel tersebut tahan terhadap reasi oksidasi dan mempertahankan sifat mekanisnya pada kondisi temperature tersebut. Contoh alat-alat yang menggunakan stainless steel pada temperature tinggi adalah : turbin gas, steam boiler ber temperature tinggi, pesawat, misil, dan pembangkit listrik tenaga nuklir serta masih banyak yang lainnya.

Contoh : Stainless steel 304

stainless steel tipe 304 merupakan stainless steel yang mengandung 18% Cr dan 8% Ni dan dikombinasikan maksimum 0.08% C. Stainless steel tipe ini merupakan baja non magnetic yang tidak dapat dikeraskan dengan cara heat treatment, namun dapat dilakukan pengerasan dengan cara cold working.

I. Komposisi stainless steel 304

Grade C Mn Si P S Cr Mo Ni N

304min.

max.

-

0.08

-

2.0

-

0.75

-

0.045

-

0.030

18.0

20.0-

8.0

10.5

-

0.10

II. Mechanical Properties stainless steel 304

Grade Tensile Strength

(MPa) min

Yield Strength 0.2% Proof (MPa) min

Elongation (% in 50mm) min

HardnessRockwell B (HR B)

max

Brinell (HB) max

304 515 205 40 92 201

Gambar 1 Micro Structure of Stainless steel 304

b. Cast Iron

Secara umum, cast iron merupakan salah satu jenis logam ferrous dengan kandungan karbon diatas 2.14 wt%; dalam penerapannya, sebagian besar cast iron, mengandung antara 3.0 s.d. 4.5 wt% C dan ditambah dengan elemen pencampur. Apabila dilihat pada diagram fasanya, menunjukkan bawa logam pencampur pada komposisi ini berada pada fasa liquid di temperature sekitar 1150 dan 1300 0C, dimana hal ini termasuk lebih rendah untuk besi. Karena demikian, cast iron dapat dengan mudah meleleh dan dapat dibentuk melalui proses casting. Selanjutnya beberapa dari cast iron sangat getas dan casting merupakan teknik fabrikasi yang paling efektif dilakukan.

Cementite (Fe3C) merupakan senyawa yang metastabil dan pada beberapa kondisi dapat terdekomposisi dari fasa ferrite dan grafit, tergantung pada reaksinya

Fe3C - > 3Fe + C (Grafit)

α

Fe3C

Dengan demikian, kesetimbangan diagram fasanya dari besi dan karbon tidak ditunjukkan pada diagram fasa besi – carbon yang biasa kita jumpai. Dua diagram sebenarnya identic pada sisi kandungan besi, namun pada diagram besi – grafit pada sisi carbonnya konsentrasinya mencapai 100 wt % sedangkan pada besi – karbon biasa hanya 6.7 wt % .

Kecenderungan pembenntukan grafit diatur oleh komposisi dan laju pendinginan. Pembentukan grafit diakibatkan oleh adanya atom silica pada konsentrasi lebih dari 1 wt %. Dan juga laju pendinginan yang lebih lambat selama proses solidifikasi yang disokong pembentukan grafitisasi (pembentukan grafit). Sebagian besar cast iron, terdapat karbon pada komposisinya, namun dalam hal ini, carbon terbentuk sebagai grafit, dan mikrostruktur dan sifat mekanisnya tergantung dari komposisi dan perlakuan panas yang diberikan. Cast iron yang banyak digunakan pada saat ini adalah gray cast iron, nodular cast iron, white cast iron, malleable cast iron dan compacted graphite.

Gambar 2. Struktur mikro dari Cast Iron

Graphite

α

(a)

(b)

Gambar 3. Diagram Fasa Cast Iron ( iron- carbon ) (a) Diagram fasa iron-iron carbide (b)

I. Chemical Composition of Cast Iron

Type of Iron

Carbon Silicon Manganese Sulfur Phosphorus

Gray 2.5-4.0 1.0-3.0 0.2-1.0 0.02-0.25 0.02-1.0

Ductile 3.0-4.0 1.8-2.8 0.1-1.0 0.01-0.03 0.01-0.1

Compacted Graphite

2.5-4.0 1.0-3.0 0.2-1.0 0.01-0.03 0.01-0.1

Malleable (Cast White)

2. -2.9 0.9-1.9 0.15-1.2 0.02-0.2 0.02-0.2

White 1.8-3.6 0.5-1.9 0.25-0.8 0.06-0.2 0.06-0.2

II. Mechanical properties of Cast Iron

Name Yield strength

Tensile strength [ksi]

Elongation [% (in 2 inches)]

Hardness [Brinell scale]

Grey cast iron (ASTM A48)

— 50 0.5 260

White cast iron — 25 0 450Malleable iron (ASTM

A47)33 52 12 130

Ductile or nodular iron 53 70 18 170Ductile or nodular iron

(ASTM A339)108 135 5 310

Ni-hard type 2 — 55 — 550Ni-resist type 2 — 27 2 140

c. Tool Steel

Tool steel merupakan logam ferrous yang mengacu pada karbon dan logam campurannya yang sangat cocok dijadikan sebagai “tool”. Kesesuaiannya dating dari sifat istimewanya terhadap kekerasan, ketahanan abrasi dan deformasi dan kemampuannya untunk memotong pada temperature yang meningkat. Hasilnya, tool steel cocok digunakan untuk membentuk suatu material lainnya.

Dengan kandungan karbon antara 0.5 wt % dan 1.5 wt%, tool steel di proses manufacturing dibawah kondisi yang dikontrol dengan sangat hati hati untuk memproduksi

kualitas yang diinginkan. Adanya unsur karbida dalam matriksnya memerankan peran dominan pada kualitas dari tool steel. Dalam pembentukan carbide ada 4 logam pencampur yang digunakan yaitu : tungsten, chromium, vanadium dan molybdenum. Laju pembentukan dari berbagai macam karbida pada fase austenite dari sautu besi menentukan performa dari suatu steel pada temperature tinggi. Perlakuan panas yang tepat untuk tool steel sangat penting untuk diketahui untuk peningkatan performa.

Ada 6 kelompok dari tool steel berdasarkan cara pengerasannya: cold-work, shock resisting, high speed, hot work and special purpose. Pemilihan cara pengerasan tool steel berdasarkan pada biaya produksi, temperature kerja, pengerasan permukaan, kekuatanm ketahanan terhadap impak, dan kekuatan yang dibuthkan. Semakin berat kondisi kerja konsekuensinya semakin tinggi kandungan logam pencampurnya dan jumlah karbida yang dibutuhkan oleh tool steel.

Tool steel digunakan untuk memotong, mem-press, ekstrusi, dan membentuk kerucut pada logam dan material lainnya. Penggunaannya seperti pada produksi injection molds sangat penting karena ketahanan terhadap abrasi, yang mana sangat penting bagi pemilihan material sebagai cetakan yang akan memproduksi ratusan bahkan ribuan benda hasil injection molding.

Berikut merupakan salah satu contoh tool steel yang ditreatment dengan cara oil hardening

I. Chemical Composition O1 Tool Steel (UNS T31501)

Element Content (%)C 0.85-1.00

Mn 1.00-1.40Si 0.50Cr 0.40-0.60Ni 0.30W 0.40-0.60V 0.30Cu 0.25P 0.03S 0.03

II. Mechanical Properties O1 Tool Steel (UNS T31501)

Properties MetricHardness, Brinell (soft annealed -delivery condition) 190Hardness, Rockwell C (tempering temp 300-1200°F) 34.0-64.0Elastic modulus (hardened to 62 HRC) 193 GPaElastic modulus (@399°C/750°F, hardened to 62 HRC ) 172 GPaElastic modulus (@191°C/375°F, hardened to 62 HRC) 186 GPaCompressive yield strength (0.2%, hardened to 50 HRC) 1350 MPaCompressive yield strength (0.2%, hardened to 55 HRC) 1800 MPaCompressive yield strength (0.2%, hardened to 60 HRC) 2150 MPa

Compressive yield strength (0.2%, hardened to 62 HRC) 2200 MPa

Gambar 4. Tool steels Microstructure