MEKANISME PENGUATAN LOGAM

MATERIAL TEKNIK

Contoh proses pendinginan:

1.      Air memberikan pendinginan yang sangat cepat

2.      Minyak memberikan pendinginan yang ssangat cepat

3.      Udara memberikan pendinginan berlahan-lahan

Syarat-syarat heart treatment:

Secara umum heart treatment dapat di klasifikasikan sebagai berikut:

·         Annealling

·         Normalizing

·         Hardening

·         Tempering

1)      ANNEALLING

Annialling digunakan untuk:

·         Mengurangi kekerasan

·         Menghilangkan tegangan sisa

·         Memperbaiki kekuatan

·         Memperbaiki densty (kekenyalan)

·         Menghaluskan ukuran butiran

Macam-macam proses annialling:

·         Full annialling

·         Recrystalisation annialling

·         Stess rehief annialling

·         Spheroidization

a.      Full Annilling
Tujuan: untuk mengubah bentuk lapisan sementif didalam pealif dan sementit                                                                                pada batasan-batasan bentuk spheroidical (bentuk bola)

Proses : untuk baja hypoeutectoid (0,83%  baja dipanaskan 30-600C

Kemudian ditahan beberapa saat baru didinginkan di dalam dapur pada temperatur 10-300 kemudian didinginkan di udara.

Untuk baja hyporeutoctoid (783%) pada dasarnya sama dengan hypoeutectoid. Hanya saja kecuali pada permulaan pemanasan hanya pada daerah autenit + sementrit yaitu pada daerah temperatur 30-600C

b.      Recrytalisation Annealling
Tujuan : melunakkan baja hasil pengerjaan karna adanya rekristalisasi dan pengembangan bentuk struktur.

Penggunaan : untuk baja hasil pengerjaan dingin yang berat.

Proses : baja dipnaskan pada suhu kira-kira700C kemudia tahan pada temperatur tersebut untuk mencapai pelunkan.

Kemudian didinginkan pada kecepatan terhadap yang bias any diudara.

c.       Stress relief annialling

Tujuan : untuk menghilangkan tegangan sisa (tegangan dalam) dalam baja tuang yang tebal juga pada logam yang mengalami pengelasan.

Proses : benda kerja dipanaskan sampai suhu 550-650C kemudian ditahan beberapa saat, dan didinginkan berlahan-lahan melalui udara.

Hasil : memperbaiki sifat mampu dimesin.

d.      Spheroidization

Tujuan : membentuk/menghaluskan struktur simentif dengan menghancurkan bentuk spheroidi (bulatan kecil) dalam kandungan ferrit.

Proses :

·         Memperpanjang waktu pemanasan pada suhu tepat diikuti dengan pendinginan yang lambat.

·         Untuk tool steel dan high Alloy steed pemanasan antara 750-800C atau lebih tinggi dan dipertahankan pada suhu tersebut untuk beberapa jam oleh pendinginan yang berlahan-lahan.

Hasil : Benda mudah dimesin.

2)      NORMALIZING

Tujuan : Untuk mendapatkan struktur butiran yang halus dan seragam juga untuk menghilangkan tenaga dalam.

Penggunaan : untuk baja-baja kontruksi baja rol material yang mengalami penempaan tidak mempunyai struktur yang sama karena jumblah beban tidak sebanding dan karna perubahan bentuk pada tahap-tahap pendinginan yang tidak merata untuk benda yang ketebalannya tidak sama.

Proses : Memanaskan sampai suhu kritis (600C) kemudian setelah suhu merata didinginkan di udara.

Hasil : Kekerasan tinggi, kekenyalan rendah.

3)      HARDENING

Tujuan : Untuk merobah struktur baja sedemikian rupa sehingga diperoleh struktur marterisit yang keras.

Proses : baja dipanaskan sampai suhu tertentu antara 700-830C tergantung dari kadar karbon kemudian ditahan pada suhu tersebut, kemudian didinginkan secara mendadak dengan mencelupkan kedalam air/oli atau media pendingin yang lain.

Hasil : kekerasan tinggi, kekenyalan rendah.

           

METALURGI FISIK

Metalurgi adalah ilmu yang memmperoleh cara-cara untuk memperoleh logam (metal) melalui proses fisika dan kimia serta memperbaiki sifat-sifat fisik dan kimia logam mulia dan paduannya.

Metalurgi fisik adalah suatu cara / langkah-langkah yang dilakukan bertujuan meningkatkan peforma material.

Ada dua macam metalurgi yaitu:

1.      Metalurgi Extraksi (EXTRATIVE METALURGI)

Ilmu yang mempelajari cara-cara memperoleh logam dari biji dan proses pemurnian sehingga sesuai dengan siarat-siarat yang di minta.

Metalurgi extrksi terdiri dari tiga macam:

·         Hidro metalurgi yaitu proses larutan kimia atau organic untuk menangkap logam.

·         Pro metalurgi yaitu proses extraksinya menggunakan energy panas yaitu tinggi sampai suhu 2000C.

·         Elektro metalurgi yaitu proses memanfaatkan teknik elektro kimia (antara lain elektrolisis) untuk mendapatkan logamnya.

2.      Proses Bahan Galian (PBG)

Bahan galian suatu proses pengolahan dengan memanfaatkan perbedaan sifat-sifat bahan galian untuk memperoleh produk bahan galian. Pada proses ini endapan bahan galian yang ditemukan di alam sudah jarang yang mempunyai muu atau kadar mineral yang berharga tinggi dan siap untuk di lebur atau di manfaatkan, oleh sebap itu bahan galian (PBG) agar mutu dan kadarnya dapat ditingkatkan sampai memenuhi criteria pemasaran.

Keuntungan proses pengolahan bahan galian (PBG):

·         Mengurangi ongkos angkut

·         Mengurangi kebilangan (losser) logam berharga pada saat peleburan

·         Serta menguntungkan dan pada proses pemisahan secara kimia.

Perbedaan PBG dengan Extraksi metalurgi:

·         Proses Bahan Galian (PBG)

Biji/mineral tetap mineral sifat fisik dan kimia tidak berubah

·         Extraksi metalurgi

Biji/mineral jadi logam (metal) sifat fisik dan kimianya berubah.

LOGAM

Logam merupakan pali Kristal yang terdiri banyak Kristal yang tersusun dari banyak Kristal secara teratur.

Fungsi logam adalah digunakan untuk bahan-bahan teknik yang penting, dipakai untuk kontruksi mesin, kendaraan jembatan,bangunan dan pesawat terbang.

Sifat-sifat logam:

1.      Tahan panas

2.      Mampu menghantar panas

3.      Mampu menghantar listrik

Proses pengolahan besi dari bahan galian sampai benda jadi:

·         Proses pengancuran

·         Proses penghalusan

·         Proses pemisahan

·         Proses pelanggangan

·         Proses kalsinasi

·         Proses pembuatan plat

·         Proses reduksi

Logam terdiri dari dua macam:

1.      Logam ferro

Logam ferro yaitu logam yang mengandung unsure-unsur besi dan baja.

Sifat-sifatnya:

Ø  Keras

Ø  Kuat

Ø  Tahan korosi

Ø  Penghantar listrik dan panas

Ø  Mampu memantulkan cahanya

Mempunya titik cair yang tinggi

Logam ferro disebutjuga dengan iron atau disingkat Fe :

·         Berat jenisya 7,84 kg/

·         Titik didih/cair 1535C

·         Dalam keadaan murni 99,97%

·         Besi murni hanya dapat dilabotorium

·         Bahan yang sudah digunakan sehari-hari merupakan bahan yang dicampur diolah dengan unsus lain seperti karbon (Cu), mangan (Mn), siusium.

·         Besi campur dinamakan: besi tuang, besi kasar, baja sedang, dan baja karbon tinggi.

Besi kasar (Pik Iron) merupakan rangkaian proses pengolahan senyawa dengan biji-biji besi yang diolah menjadi besi kasar:

Ø  Magnetig (Fe3 Ou) berwarna hitam yang dicampur dengan Fe 40-70%

Ø  Hermatic (Fe2 O3) berwarna merah yang dicampur dengan Fe 45-65%

Ø  Cumanitc (Fe2 O3 NH2O) berwana coklat dicampur dengan Fe 57%

Ø  Sident-spaat (Fe2 O3 Co) berwarna hitam dicampur dengan Fe  48%

Ø  Firit (Fe2 Co3) berwarna hitam dicampur dengan Fe  46%

Proses pengolahan besi kasar diolah didalam dapur tinggi, proses pengolahan dicampur dengan bahan lain sehingga dinamakan besi kasar.

2.      Logam Non Ferro

Logam non ferro yaitu logam yang tidak mengandung unsur besi dan baja.

Logam non ferro terdiri dari tiga macam:

·         Logam berat

Contoh ; tenbaga (Cu), nikel (Ni), seng (Zn), Dll

·         Logam ringan

Contoh ; allumanium (Al), timah (T)

·         Logam mulia

Contoh ; emas (Au), mangan (Mn).

SIFAT FISIK LOGAM

Mempunyai sifat fisik yang menyatakan kemampuan suatu logam dalam menerima suatu beban atau gaya tanpa mengalami kerusakan pada logam tersebut:

Ø  Kekuatan (strength)

Yaitu kemampuan material logam dalam menerima gaya berupa tegangan tanpa mengalami patah. Ada beberapa jenis kekuatan tergantung jenis bahan yang dipakai diantaranya ; kekuatan tekan, tarik, kerja ddan geser.

Ø  Kekerasan (hardness)

Yaitu kemampuan material logam dalam menerima gaya berupa penetrasi pengikisan dan pergeseran sifat ini berhubungan dengan sifat ketahanan aus.

Ø  Kekakuan (sstiffness)

Kemampuan material dalam mempertahan kan bentuk setelah mendapat gaya dari arah tertentu.

Ø  Ketangguhan (toughtness)

Merupakan sifat yang menyatakan kemampuan bahan dalam menyerap gaya yang diberikan.

Ø  Kelenturan (alasticity)

Menyatakan kemampuan material kembali kebentuk asal setelah gaya dihilangkan. Hal ini terjadi sebelum masuk wilayah plastis.

Ø  Plastisitas (plasticity)

Kemampuan bahan dalam mengalami sejumblah deformasi permanen sebelum terjadi patah, hal ini setelh masuk wilayah plastis.

Ø  Mulur (creep)

Menyatakan kecendrungan logam mengalami deformasi plastis apabila diberi gaya dalam jangka waktu tertentu.

Ø  Kelelahan (fatigue)

Merupakan kemampuan material dalam menahan beban secara terus menerus.

                

MEKANISME PENGUATAN LOGAM

Merupakan kemampuan dari logam untuk mrngalami deformasi tergantung dari kemampuan pergerakan dislokasi yang akan membatasi gerakan dislokasi akan membuat material akan menjadi lebih kuat.

Terdapat tiga metode mekanisme penguatan logam phasa tunggal yaitu:

·         Grain-size reduksion (penghalusan butir)

·         Solid-sotution alloying (paduan larutan padat)

·         Strain hardening (pengerasan tegangan)

1. GRAIN-SIZE EDUKSION  

Merupakan pergerakan terhadap dislokasi yang mengakibatkan slip plane tidak berlanjut atau mengalami perubahan arah/sudut yang kecil dari lapisan butir tidak efektif dalam menahan dislokasi.

2.SOLID-SOLUCION ALLOYING

Logam paduan yang lebih kuat dengan logam murni karna atom yang masuk kedalam larutan padat memaksakan tegangan kisi disekeliling atom induknya

3. STRAIN HARDENING

Logam ulit akan lebih kuat ketika logam tersebut mengalami terdeformasi plastik pada temperatur dibawah titik leleh ( 723) alasan untuk pergeseran tegangan (stain hardening) adalah untuk meningkatkan kerapatan disklokasi  dengan deformasi plastik. Jarak rata-rata antara penurunan disklokasi dengan disklokasi yang lain dengan pemblokir gerakan satu sama lain.

METALURGI EXTRAKSI DAN PADUANNYA

Tahap proses pada metalurgi extraksi;

·         Pemisahan (seperation) yaitu pembuangan unsur campuran atau material yang tidak diinginkan dari biji.

·         Pembentukan campuran (campound foramtion) yaitu cara memproduksi material yang secara struktur dari sifat-sifat kimianya berbeda dari bijinya.

·         Pengambilan/produksi metal (metal produksion) yaitu cara-cara memproduksi metal yang belum murni.

·         Pemurnian metal (metal purikication) yaitu pembersihan metal yang blom murni (membuang unsur-unsur pengotor dari metal yang blom murni) sehingga diperoleh metal murni.

Metalurgi Extraksi terdiri dari:

·         Piro metalurgi (pyro metalurgy) menggunakan energi panas sampai dengan 2000.

·         Hidro metalurgi (hydro metalurgy) mengunakan larutan dan reagen organik.

·         Elektro metalurgi (elektro metalurgy) memanfaatkan teknik elektro kimia.

PENGUJIAN BAHAN DENGAN CARA MERUSAK

Merupakan langkah untuk mengetahui karakter suatu bahan serta metode apa yang akan dilakukan untuk memperlakukan bahan tersebut agar dapat bahan yang diinginkan.

Langkah-langkah dalam pengujian bahan:

1. Pengujian Destruksi

    Merupakan pengujian yang beyang diatasrsifat merusak bahan yang diuji akan rusak dan cacat pengujian.

Yaitu terdiri dari:

Ø  PENGUJIA KEKERASAN

Pengujian ini dilakukan dengan dua pertimbangan yaitu untuk mengetahui karakteristi suatu material baru dan melihat mutu untuk memastikan suatu material spesipikasi kualitas tertentu. Pengujian kekerasan terdiri dari atas tiga pemakaian yaitu:

·         Pengujian kekerasa dengan cara penekana pengujian ini dilakukan dengan pengujian kekerasan terhadap logam dimana menentukan kekerasan dilakukan dengan cara mengalisis bekas penekanan pada benda uji sebagai reaksi dari pembebanan tekan.

·         Pengujian kekerasan dengan goresan merupakan pengujian kekerasan terhadap benda (logam) dimana untuk menentukan kekerasan dilakukan dengan mencari perbandingan dari bahan yang diuji dengan bahan standard.

·         Pengujian bahan dengan cara dinamik merupakan pengujian kekerasan dengan mengukur tinggi pantulan dengan bola baja yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu.

Ø  PENGUJIAN TARIK

Merupakan proses pengujian yang biasa dilakukan karena pengujian tarik dapat meningkatkan perilaku bahan selama proses pembebanan. Pada uji tarik benda uji di beri beban gaya tarik yang bertambah secara continyu kemudian di lakukan pengamatan terhadap perpanjangan yang dialami benda uji.

Ø  PENGUJIAN LENGKUNG

Pengujian mekanik bahan yang dilakukan diatas specimen dan bahan menerima pembebanan terhada suatu bahan pada suatu titik tengah dari bahan yang diatas dua tumpuan.

Ø  UJI IMPACT

Yaitu dengan menguji kekuatan material dengan cara menganyun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk material uji sehingga terjadi deformasi.

·         Uji struktur yaitu dengan mempelajari struktur material logam denga cara memotong-motong material kemudian dikikis dengan alat pengores yang sesua.

·         Uji dengan larutanm ETSA yaitu untuk memperjelas bekas butir yang ada pada suatu material karena larutan etsa memberi warna tambahan pada poros butir.

2. PENGUJIAN BAHAN NON DESTRUKTIF

    Merupakan pengujian yang tidak merusak, pengujian ini terdiri atas :

·         Penetrant testing

Yaitu pengujian yang dilakukan untuk melihat keretakan dari suatu bahan pembersihan penetrant  dan pemberian develover.

·         Magnetik perticle testing

Menguji menggunakan pertikel magnetik digunakan untuk diskontiunitas yang ada di permukaan dan di dekat permukaan. Pengujian ini dilakukan untuk melihat permukaan yang retak dimana pengujian ini dilakukan untuk diskontiniutas yang lebih dalam.

·         Ultra sonic testing

Yaitu dengan melakukan pengujian gelombang suara dengan frekuensi tinggi pengujian ini dilakukan untuk semua bahan dan lebih dalam di banding uji magnetik dan penetrant karna melakukan pantulan gelombang.

Soal dan jawaban :

1.      Unsus-unsur yang mempengaruhi sifat-sifat besi tuang (cor):

Komposisinya campuran besi, karbon (C), mangan (Mn), pospor (P), sulfur (s)dan slicon (Si). Kadar karbon sekitar 40% sifatnya rapuh tidak dapat di tempa, baik untuk dituang, liat dalam pemadatan, lemah dalam tegangan. Digunakan untuk membuat alas mesin, meja perata, badan ragum,bagiaan-bagian mesin robot,blok slinder, dan cicin torak.

2.      Proses pengolahan dapur listrik yaitu:

·         Proses pemuatan

·         Proses peleburan

·         Tahap pencairan

·         Tahap pembersihan

Keunggulan dapur tinggi :

·         Tidak menggunakan bahan bakar sehinnga memudahkan pekerjaan

·         Panas di lakukan melalui listrik  dimana panas ini memiliki temperature yang sangat kuat 2000 C sehingga mampu mencairkan bahan-bahan logam yaitu cairan yang tiggi yaitu; karbon,nikel, tungsten, nikel dan lain-lain.

·         Cairan besi terlindung dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitas baik.

·         Kerugian akibat penguapan sangat kecil.

3.      Besi tuang terdiri dari 2 yaitu:

·         Besi tuang putih

Yaitu mempunyai kadar Si yang rendah dan terjadi saat pendingina cepat penggunaannya padat.

·         Besi tuang kelabu

Mempunyai kadar karbon 2,40-3,80% proses pembuatannya terjadi pada saat pendinginan lambat sesudah pembekuan besi tuang.

Besi tuang kelabu digunakan untuk mesin-mesin kendaraan.

Piston,blog slinder.

4.      Perlakuan panas adalah adalah suatu metode yang digunakan untuk mengubah sifat fisik, dan kadang-kadang sifat kimia dari suatu material.

5.      Siklus terhadap perlakuan panas:

·         Pengujian kekerasan vikers

·         Pengujian metalografi

·         Pengujian difroksi sinar x

6.      Besi adalah suatu benda yang mempuanya berat jenis 7,84 dengan titik didih 1535 C di dalam keadaan murni (99,97%) hanya dapat diperoleh dan di gunakan dalam lobotorium. Dalam pemakaian sehari-hari unsure ini sudah dipadu dengan unsure lain seperti: carbon, selesium (Si), mangan (Mn) sehingga disebut besi tuang atau baja tergantung dari paduannya. Penggunaanya biasanya pada: alat-alat rumah tangga,kendaraan pada mobil, kereta api, pesawat terbang, dan alat-alat bangunan.

Proses Bessemer diinginkan baja bersifat asam sehingga batu tahan apinya harus bersifat asam (Misal : kwarsa atau aksid asam SiO2). Besi mentah cair yang digunakan dalam proses Bessemer harus mempunyai kadar unsur Si <= 2%; Mn <= 1,5%; kadar unsur P dan S sekecil mungkin. Ketika udara panas dihembuskan lewat besi mentah cair, unsur-unsur Fe, Si dan Mn terbakar menjadi oksidasinya.

Proses Thomas disebut juga “Basic Bessemer Process” yaitu proses Bessemer dalam keadaan basa. Proses ini memakai Converter yang di bagian dalamnya dilapisi bahan tahan api (refractory) bersifat basa seperti dolomite (Mg CO3 CaCO3).

Pada dasarnya berbagai metode dalam proses pembuatan baja ini ialah proses pemurnian unsur besi dari berbagai unsur yang merugikan sebagaimana telah dikemukakan terdahulu, oleh karena itu dalam proses pembuatan baja dengan menggunakan sistem converter ini ialah salah satu proses pemurnian atau pemisahan besi dengan menggunakan bejana sebagai alat pemanasan (peleburan) besi kasar tersebut.

Read More