BAJA DAN PADUANNYA DENGAN DIAGRAM FERA Fe-Fe3C

MAKALAH

UNTUK MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH MATERIAL TEKNIK

Yang dibimbing Oleh Yuliana Aziza, S.Pd., M.Pd.

Oleh :

Andi Irawan 1721201003

Mochamad Wahyudi 1721201011

Puji Setiawan 1721201014

Rangga Aji Pangestu 1721201015

UNIVERSITAS ISLAM RADEN RAHMAT MALANG

PROGRAM SARJANA

PRODI TEKNIK MESIN

Oktober 2017

KATA PENGANTAR

Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala nikmat, rahmat dan anugerah yang selalu diberikan kepada penyusun sehingga dapat menyelesaikan tugas kelompok untuk memenuhi tugas mata kuliah Material Teknik yang dibina oleh Yuliana Aziza, S.Pd.,M.Pd. dapat terselesaikan dengan baik.

Dalam penyusunan makalah ini, tentunya penyusun tidak menyelesaikannya seorang diri. Penyusun mendapat bantuan dari banyak pihak yang telah memberikan bantuan baik dari segi moral maupun materil. Oleh karena itu, penyusun banyak mengucapkan terimakasih kepada pihak – pihak tersebut yang telah membantu menyelesaikan makalah tentang Baja dan Paduannya dengan Diagram Fera Fe-Fe3C.

Penyusun menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna dan masih banyak kekurangan yang disebabkan karena keterbatasan pengetahuan serta karena kesempurnaan hanyalah milik Tuhan. Penyusun mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun dari semuapihak demi perbaikan makalah ini dimasa mendatang. Penyusun berharap agar makalah ini dapat bermanfaat bagi parapembaca.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.......................................................................................i

DAFTAR ISI....................................................................................................ii

BAB I

PENDAHULUAN

A. Tujuan Penulisan Makalah..................................................1

B. Manfaat Penulisan Makalah................................................1

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian Baja....................................................................2

B. Karakteristik Material........................................................ .2

B.1 Perlakuan Panas.............................................................3

C. Produksi Baja.......................................................................3

D. Industri Baja.........................................................................4

E. Klasifikasi Baja....................................................................4

F. Diagram Fase.......................................................................5

F.1 Diagram Fasa Fe-Fe3C...................................................5

F.2 Diagram Fase Besi – Karbon..........................................6

F.3 Struktur-struktur yang ada pada diagram

fase besi – karbida besi................................................6-7

F.4 Garis-garis penting dalam diagram Fe-Fe3C..................8

F.5 Reaksi-reaksi yang terjadi pada

diagram Fe – Fe3C...........................................................9

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan..........................................................................10

DAFTAR PUSTAKA.............................................................................11

BAB I

PENDAHULUAN

A. Tujuan Penulisan Makalah

1. Dapat mengenal apa itu baja.

2. Dapat memahami proses pembuatan baja maupun jenis-jenis baja.

3. Dapat Memahami Diagram Fasa Fe-Fe3C

B. Manfaat Penulisan Makalah

1. Mampu membedakan mana baja yang baik digunakan untuk idustri maupun konstruksi.

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian Baja

Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan beberapa elemen lainnya, termasuk karbon. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Elemen berikut ini selalu ada dalam baja: karbon, mangan, fosfor, sulfur, silikon, dan sebagian kecil oksigen, nitrogen dan aluminium. Selain itu, ada elemen lain yang ditambahkan untuk membedakan karakteristik antara beberapa jenis baja diantaranya: mangan, nikel, krom, molybdenum, boron, titanium, vanadium dan niobium.[1] Dengan memvariasikan kandungan karbon dan unsur paduan lainnya, berbagai jenis kualitas baja bisa didapatkan. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Baja karbon ini dikenal sebagai baja hitam karena berwarna hitam, banyak digunakan untuk peralatan pertanian misalnya sabit dan cangkul.

B. Karakteristik Material

Besi dapat ditemukan pada bagian kerak bumi hanya dalam bentuk bijih, biasanya dalam bentuk besi oksida seperti magnetit dan hematit. besi diekstraksi dari bijih besi dengan menghilangkan atom oksigen dan kemudian menggabungkannya kembali dengan atom lain seperti karbon. Proses ini disebut smelting.

Temperatur tinggi pada proses smelting dapat dicapai dengan metode kuno yang sudah dipakai sejak zaman Tembaga. Karena tingkat oksidasi besi meningkat sangat cepat diatas suhu 800 °C (1.470 °F), maka harus diperhatikan bahwa proses smelting harus dilaksanakan pada lingkungan dengan tingkat oksigen rendah. Proses peleburan akan menghasilkan paduan yang dinamakan baja.

Untuk mencegah korosi, ditambahkan kromium paling sedikit 11% wt sehingga membentuk oksida yang keras pada permukaan baja; baja ini dikenal dengan stainless steel (baja anti noda).

Densitas baja bervariasi tergantung dari unsur pembentuknya, namun umumnya berada di antara 7.750 and 8.050 kg/m3 (484 and 503 lb/cu ft), atau 775 and 805 g/cm3 (448 and 465 oz/cu in).

Besi ini merupakan logam lunak yang hanya dapat melarutkan karbon dalam konsentrasi kecil, tidak lebih dari 0.021 wt% pada 723 °C (1.333 °F), dan hanya 0.005% pada 0 °C (32 °F). Pada 910 °C besi murni berubah menjadi struktur face-centered cubic (FCC), yang disebut austenit atau besi-γ. Struktur FCC austenit dapat melarutkan karbon lebih banyak, sampai 2.1%[5] (karbonnya 38 kali ferrit) pada 1.148 °C (2.098 °F), yang disebut besi tuang (cast iron).

B.1 Perlakuan Panas

Ada berbagai perlakuan panas yang biasa digunakan pada proses pengolahan baja. Perlakuan panas yang paling sering digunakan adalah annealing, quenching, dan tempering.

a) Annealing

Annealing adalah perlakuan panas terhadap baja yang dilakukan dengan memanaskan baja hingga temperatur cukup tinggi untuk membuat baja lunak.

b) Quenching

Quenching dan tempering awalnya melibatkan pemanasan baja hingga fasanya berubah menjadi austenit lalu dilakukan pendinginan menggunakan media pendingin oli atau air.

A. Produksi Baja

Besi setelah melalui proses peleburan dari bijih, mengandung karbon berlebih. Untuk menjadikannya baja, perlu dilelehkan dan diproses ulang untuk mengurangi kandungan karbonnya hingga mencapai jumlah yang diinginkan, maka setelah itu elemen-elemen lain dapat ditambahkan. Cairan ini lalu dituang secara kontinu membentuk lempeng besi panjang atau dituang menjadi batangan baja. Sekitar 96% baja dituang secara kontinu dan 4%nya diproduksi dalam wujud batangan.

A. Industri Baja

Tahun 1980, lebih dari 500.000 pekerja di industri baja. Pada tahun 2000, pekerja di industri baja menurun hingga 224.000.

Sejak tahun 2000, beberapa perusahaan baja Cina dan India [10] telah menjadi perusahaan besar di industri ini, seperti Tata Steel, Shanghai Baosteel Corporation dan Grup Shagang. Produsen baja terbesar di dunia adalah ArcelorMittal.

Pada tahun 2005, British Geological Survey menyatakan bahwa Cina adalah produsen baja terbesar di dunia, sekitar sepertiga produksi baja dunia berasal dari Cina, disusul oleh Jepang, Russia dan Amerika Serikat.

Tahun 2008, baja menjadi komoditas perdagangan di London Metal Exchange. Pada akhir 2008, industri baja sempat terjatuh sehingga banyak menyebabkan pemutusan hubungan kerja.

B. Klasifikasi Baja

Berdasarkan komposisi

Baja karbon
Baja paduan rendah
Baja tahan kuat

Berdasarkan proses pembuatan

Tanur baja terbuka
Dapur listrik
Proses oksidasi dasar

Berdasarkan bentuk produk

Pelat batangan
Tabung
Lembaran
Pita
Bentuk struktural

Berdasarkan struktur mikro

Feritik
Perlitik
Martensitik
Austenitik

Berdasarkan kegunaan dalam konstruksi

Baja Struktural
Baja Non-Struktural

A. Diagram Fase

Dalam kimia fisik, mineralogi, dan teknik material, diagram fase adalah sejenis grafik yang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda dari suatu zat yang sama. Dalam matematika dan fisika, diagram fase juga mempunyai arti sinonim dengan ruang fase.

F.1 Diagram Fasa Fe-Fe3C

Diagram Fe-Fe3C yaitu diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat. Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh hasil yaitu berupa informasi penting yaitu antara lain :

1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan pendinginan lambat.

2. Temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan Fe -C bila dilakukan pendinginan lambat.

3.Temperatur cair dari masing-masing paduan.

4.Batas-batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon fasa tertentu.

5.Reaksi-reaksi metalurgis yang terjadi.

Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat allotropi. Sifat allotropi yang dimiliki besi sendiri ada 3, yaitu :

• Delta iron (δ) mampu melarutkan karbon max 0,1% pada 1500° C

• Gamma iron (γ) mampu melarutkan karbon max 2 % pada 1130° C

• Alpha iron (α) mampu melarutkan karbon max 0,025% pada 723° C

Gambar 1. Kurva pendinginan besi murni

Transformasi allotropik yang pada besi, Fe(δ) Æ Fe(γ) Æ Fe(α) terjadi secara difusi sehingga membutuhkan waktu tertentu pada temperatur konstan Æ karena reaksi mengeluarkan panas laten.

F.2 Diagram Fase Besi – Karbon

Dalam kondisi cair karbon dapat larut dalam besi. Dalam kondisi padat besi dan karbon dapat membentuk :

• Larutan padat (solid solution)

• Senyawa interstitial (interstitial compound)

• Eutectic mixture : campuran antara austenite (γ) dan cementite (Fe3C)

• Eutectoid mixture : campuran antara ferrite (α) dan cementite (Fe3C)

• Grafit : karbon bebas, tidak membentuk larutan padat ataupun tidak berikatan membentuk senyawa dengan Fe.

F.3 Struktur-struktur yang ada pada diagram fase besi – karbida besi :

• Cementite :

– Interstitial compound

– Karbida besi (Fe3C)

– Keras dang etas

– Kekuatan tarik rendah

– Kekuatan tekan tinggi

– Struktur kristal orthorhombic

– Struktur paling keras pada diagram Fe-Fe3C

• Austenite (γ)

– Interstitial solid solution; larutan padat karbon dalam besi γ

– Struktur kristal FCC (face centered cubic, kubus pemusatan bidang)

– Kelarutan karbon max 2 % pada temperatur 1130 C

– Tensile strength 1050 kg/cm2

– Tangguh

– Biasanya tidak stabil pada temperatur kamar

• Ledeburite

– eutectic mixture (γ+Fe3C)

– Campuran terdiri dari austenite dan cementite

– Mengandung 4,3 % berat karbon

– Terbentuk pada temperatur 1130 C (2065 F)

• Ferrite (α)

– Interstitial solid solution

– Larutan padat karbon dalam besi α

– Pada temperatur 723 C, batas kelarutan karbon 0,025 %

– Pada temperatur kamar, batas kelarutan karbon 0,008 %

– Pada temperatur 1492 C, batas kelarutan karbon 0,1 %

– Tensile strength rendah

– Keuletan tinggi

– Kekerasan < 90 HRB

– Struktur paling lunak pada diagram Fe-Fe3C

• Pearlite

– Eeutectoid mixture dari ferrite dan cementite (α+Fe3C)

– Terjadi pada temperatur 723 C

– Mengandung 0,8 % karbon

F.4 Garis-garis penting dalam diagram Fe-Fe3C

1. Upper critical temperature (temperatur kritis atas), A3 : temperatur perubahan

allotropi

2. Lower critical temperature (temperatur kritis bawah), A1 : temperatur reaksi

eutectoid

3. Solvus line Acm : menunjukkan bats kelarutan karbon dalam austenite

Gambar 2. Gambar Diagram Kesetimbangan Fe-Fe3C

Diagram fasa Fe – Fe3C

F.5 Reaksi-reaksi yang terjadi pada diagram Fe – Fe3C

• Reaksi Peritectic pada temperatur :

S + L ↔ S1

δ + L ↔ γ

• Reaksi Eutectic pada temperatur 1130 C :

L ↔ S1 + S2

L ↔ γ + Fe3C (ledeburite)

• Reaksi Eutectoid pada temperatur 723 C :

S ↔ S1 + S2

γ ↔ α + Fe3C (pearlite)

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Dari pembahasan yang terpapar dalam bab dua maka dapat disimpulkan diantaranya dibawah ini:

1. Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan beberapa elemen lainnya, termasuk karbon. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya.

2. Temperatur tinggi pada proses smelting dapat dicapai dengan metode kuno yang sudah dipakai sejak zaman Tembaga. Karena tingkat oksidasi besi meningkat sangat cepat diatas suhu 800 °C (1.470 °F), maka harus diperhatikan bahwa proses smelting harus dilaksanakan pada lingkungan dengan tingkat oksigen rendah.

3. Dalam kimia fisik, mineralogi, dan teknik material, diagram fase adalah sejenis grafik yang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda dari suatu zat yang sama.