Teknologi Bahan ATT-II (3)

Jenis, Sifat & Penggunaan Baja

Sebelumnya : Pembuatan Baja Tuang

a. Titik lumer akhir dan sifat dapat dituang
Baja paduan atau campuran tidak mempunyai titik lumer tertentu, tetapi merupakan "trayek lumer" tergantung prosentase / kadar masing-masing unsur paduan. Yang bisa dilihat hanya berapa suhu permulaan lumer dan berapa suhu lumer berakhir. Perbedaan suhu antara awal dan akhir lumer ini yang menentukan, apakah bahan dapat di tuang atau tidak. Semakin besar perbedaan suhunya, semakin sulit baja dituang. Itulah sebabnya baja hanya dapat di tuang pada kadar karbon dari 0,2 hingga 0,5 %.

b. Kekerasan
Baja tanpa campuran adalah campuran besi dan karbon, sedangkan besi adalah lunak. Baja dengan kadar karbon semakin tinggi akan semakin keras, artinya peningkatan kadar karbon dari 0 ke 1,5 % akan meningkatkan kekerasan, yaitu dari HB 850 N/mm² meningkat hingga 3000 N/mm².

c. Kekerasan tarik
Kekuatan tarik yang didapat dari pengujian tarik mempunyai hubungan yang erat dengan kekerasan, yaitu berbanding lurus. Artinya, semakin tinggi kekuatan tariknya, semakin besar pula kekerasan nya. Hubungan ini dinyatakan juga dengan formula,

Namun hanya berlaku untuk kadar karbon dari 0 hingga 1 %, selanjutnya kekuatan tarik menurun kembali. Penyebabnya adalah tingkat kerapuhan sebagai akibat penambahan kekerasan.

d. Batas regangan
Dengan bantuan beberapa diagram tegangan - regangan berbagai jenis baja tanpa campuran. Kekuatan tarik dan batas regangan akan naik dari 200 N/mm² hingga 600 N/mm² pada kadar karbon 0,1 hingga 1,2 %, selanjutnya akan menurun.

e. Regangan
Dari hasil uji bahan dapat diperoleh hubungan antara kekuatan tarik dan regangan dari berbagai jenis baja. Ternyata untuk baja dengan kadar karbon 0 - 1 %, regangan akan menurun dan berbanding terbalik dengan kekuatan tarik. Regangan yang menurun ini digambarkan dari 30% dengan karbon 0,1 % hingga 3% dengan karbon 1,5 %.

Kesimpulan dari peningkatan kadar karbon dari 0 hingga 1,5 % pada Sifat-sifat bahan yang terpenting adalah :
1. Titik lumer menurun
2. Kekerasan bertambah
3. Kekuatan tarik bertambah
4. Batas regangan bertambah
5. Regangan menurun

Diagram Pengaruh berbagai kekuatan bahan baja

Besi dan karbon adalah unsur utama dalam besi dan baja, dimana karbon dapat berada dalam kondisi bebas, namun dalam banyak hal antara besi (Fe) dan karbon (C) selalu terjadi persenyawaan. Atau dikatakan terjadi sementit menurut persamaan kimia 3 Fe + C ➡️ Fe3C yang menunjukkan bahwa 3 atom Fe bersenyawa dengan 1 atom C.
Berat atom Fe = 56 dan berat atom C = 12, sehingga berat molekul persenyawaan menjadi :
3 x 56 + 1 x 12 = 180
Dengan demikian, kadar karbon (C) dari seluruh persenyawaan tersebut adalah :
12 : 180 = 6,66 %
Ini berarti, jika kadar karbon kurang dari 6,66 %, masih terdapat Fe yang bebas. Fe yang bebas ini akan membentuk hablur (kristal) campuran dengan campuran kimia sementit dan merupakan larutan padat dari sementit besi ( didalam Fe terdapat Fe3C ).

Hal ini dapat dilihat pada diagram FeC, yang sebenarnya adalah diagram besi-sementit yang memperlihatkan perubahan-perubahan yang terjadi pada besi baja dengan kadar karbon antara 0 hingga 6,66 %. Perubahan-perubahan dimaksud termasuk struktur atau susunan / bangunan didalam zat nya, dalam hal ini besi (Fe) dan karbon (C), yaitu susunan atom dan molekul sebagai akibat pemanasan atau dalam temperatur tertentu.

Perhatikan diagram FeC di halaman berikut.
Dalam diagram besi karbon (FeC), garis vertikal kiri adalah (Fe) 100 %, dimana kadar karbon nya = 0 dan garis vertikal kanan adalah sementit (Fe3C), dengan kadar karbon 6,6 %. Sementara dibagian bawah diagram memperlihatkan kadar karbon (dari 0 - 6,6 %) dengan garis horizontal (1). Garis ke (2) dibawah nya memperlihatkan kadar besi kasar (Fe3C) dalam persen (%), dan garis (3) memperlihatkan kadar besi (ferit) dalam persen (%). Pada titik-titik tertentu diberi kode mulai dari A hingga Q, untuk memudahkan kita dalam pembahasan dan untuk mengetahui keadaan dari berbagai temperatur dan kadar karbon.

Sebagai contoh, garis A-B-C-D menunjukkan batas keadaan cair dan padat. Titik A pada kadar besi 100 %, karbon 0 %, pada temperatur 1539°C, adalah titik cairnya, pada kadar karbon yang semakin besar, sampai titik C, pada temperatur 1130°C, besi mengandung karbon lk. 4,4% sudah mencair, dan dengan kadar karbon bertambah, titik cairnya meningkat lagi, besi dan karbon nya sudah terurai.

Selanjutnya pada diagram juga diperlihatkan berbagai bidang yang dibatasi garis-garis tertentu, diberi nomor mulai dari 0 hingga 16, dimana terjadi berbagai perubahan sifat sebagai akibat perubahan temperatur dan perbedaan kadar karbon dalam besi. Dalam bidang yang berbeda, besi /baja mempunyai Sifat-sifat yang khas, dan susunan /struktur atomnya berbeda. Dengan mengenal berbagai keadaan pada temperatur dan kadar karbon tertentu, kita dapat membuat berbagai jenis besi /baja sesuai dengan yang dibutuhkan, dengan melakukan proses-proses pemanasan atau pendinginan secara tepat.

Diagram FeC

Untuk detailnya, baca Buku Ilmu Bahan Logam. BJM Baumer jilid III. bab 18.

Teknologi Bahan ATT-II