Teknologi Bahan

 LOGAM PADUAN

A.         JENIS BAJA PADUAN

1.   Baja dengan kekuatan tarik yang tinggi

a.     Baja dengan mangan rendah

Baja ini mengandung 0.35 % C dan 1.5 % Mn dan baja ini termasuk baja murah tetapi kekuatannya baik.Baja ini dapat didinginkan dengan minyak karena mengandung unsur mangan sehingga temperatur pengerasannya rendah dan menambah kekuatan struktur feritnya.

b.    Baja Nikel

Baja ini mengandung 0,3% C, 3% Ni, dan 0,6% Mn serta mempunyai kekuatan dan kekerasan yang baik, dapat didinginkan dengan minyak karena mengandung unsur nikel yang membuat temperatur pengerasannya rendah. Baja ini digunakan untuk poros engkol, batang penggerak dan penggunaan lain yang hampir sama.

c.     Baja Nikel Kromium

Baja ini mempunyai sifat yang keras berhubungan dengan campuran unsur kromium dan sifat yang liat berhubungan dengan campuran unsur nikel. Baja yang mengandung 0,3% C, 3% Ni, 0,8% Cr, dan 0,6 Mn dapat didinginkan dengan minyak, hasilnya mempunyai kekuatan dan keliatan yang baik dan baja ini digunakan untuk batang penggerak dan pemakaian yang hampir sama.

Baja yang mengandung 0,3% C, 4,35% Ni, 1,25% Cr, dan 0,5% Mn (mengandung nikel dan kromium yang tinggi), mempunyai kecepatan pendinginan yang rendah sehingga pendinginan dapat dilakukan dalam embusan udara dan distorsi diperkecil. Apabila unsur krom dicampur sendiri ke dalam baja akan menyebabkan kecepatan pendinginan kritis yang amat rendah, tetapi bila dicampur bersama nikel akan diperoleh baja yang bersifat liat.

 Jenis baja tersebut digunakan untuk poros engkol dan batang penggerak. Baja nikel kromium menjadi rapuh apabila ditemper atau disepuh pada temperatur 250 - 400°C, juga kerapuhannya tergantung pada komposisinya, proses ini dikenal dengan nama "menemper kerapuhan" dan baja ini dapat diperiksa dengan penyelidikan pukul takik. Penambahan sekitar 0,3% molibden akan mencegah kerapuhan karena ditemper, juga akan mengurangi pengaruh yang menyeluruh terhadap baja karena molibden adalah unsur berbentuk karbid.

d.    Baja Kromium Vanadium

Jika baja ini ditambahkan sekitar 0,5% vanadium sehingga dapat memperbaiki ketahanan baja kromium terhadap guncangan atau getaran dan membuatnya dapat ditempa dan ditumbuk dengan mudah, apabila va­nadium menggantikan nikel maka baja lebih cenderung mempengaruhi sifat-sifatnya secara menyeluruh.

2.     Baja Tahan Pakai

Berdasarkan unsur-unsur campuran yang larut di dalamnya, baja terdiri dari dua macam, yaitu baja mangan berlapis austenit dan baja kromium.

a.    Baja Mangan Berlapis Austenit

Baja ini pada dasarnya mengandung 1,2% C, 12,5% Mn, dan 0,75% Si. Selain itu, juga mengandung unsur-unsur berbentuk karbid seperti kromium atau vanadium yang kekuatannya lebih baik. Temperatur transformasi menjadi rendah dengan menambahkan unsur mangan dan baja ini berlapis austenit apabila didinginkan dengan air pada temperatur 1.050°C. Dalam kondisi ini baja hanya mempunyai kekerasan sekitar 200 HB (kekerasan Brinel), tetapi mempunyai kekenyalan yang sangat baik. Baja ini tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas, tetapi apabila dikerjakan dingin maka kekerasan permukaannya akan naik menjadi 550 HB tanpa mengalami kerugian terhadap kekenyalan intinya. Baja ini tidak dapat dipanaskan kembali pada temperatur yang lebih tinggi dari 250°C, kecuali kalau setelah dipanaskan baja didinginkan dalam air. Pemanasan baja pada temperatur sedang akan menyebabkan kerapuhan pada pengendapan karbid. Baja mangan berlapis austenit dapat diperoleh dengan jalan dituang, ditempa, dan digiling. Baja ini digunakan secara luas untuk peralatan pemecah batu, ember keruk, lintasan, dan penyeberangan jalan kereta api.

b.   Baja Kromium

Jenis ini mengandung 1% C, 1,4% Cr, dan 0,45% Mn. Apabila baja ini mengandung unsur karbon tinggi yang bercampur bersama-sama dengan kromium akan menghasilkan kekerasan yang tinggi sebagai hasil dari pendinginan dengan minyak. Baja ini digunakan untuk peluru-peluru bulat dan peralatan penggiling padi.

3.       Baja Tahan Karat

Baja tahan karat (stainless steel) mempunyai seratus lebih jenis yang berbeda-beda. Akan tetapi, seluruh baja itu mempunyai satu sifat karena kandungan kromium yang membuatnya tahan terhadap karat. Baja tahan karat dapat dibagi ke dalam tiga kelompok dasar, yakni baja tahan karat berlapis ferit, berlapis austenit, dan berlapis martensit.

a.   Baja Tahan Karat Ferit

Baja ini mengandung unsur karbon yang rendah (sekitar 0,04% C) dan sebagian besar dilarutkan di dalam besi. Sementara itu, unsur lainnya yaitu kromium sekitar 1 3% - 20% dan tambahan kromium tergantung pada tingkat ketahanan karat yang diperlukan. Baja ini tidak dapat dikeraskan dengan cara disepuh. Baja ini seringkali disebut besi tahan karat dan cocok untuk dipres, ditarik, dan dipuntir. Baja yang mengandung 13% kromium digunakan untuk garpu dan sendok, sedangkan yang mengandung 20% kromium untuk tabung sinar katoda.

b.    Baja Tahan Karat Austenit

Baja tahan karat austenit mengandung nikel dan kromium yang amat tinggi. nikel akan membuat temperatur transformasinya rendah, sedangkan kromium akan membuat kecepatan pendinginan kritisnya rendah. Campuran kedua unsur itu menghasilkan struktur lapisan austenit pada temperatur kamar. Baja ini tidak dapat dikeraskan melalui perlakuan panas, tetapi dapat disepuh keras. Pengerjaan dan penyepuhan tersebut membuat baja sukar dikerjakan dengan mesin perkakas. Seperti baja austenit yang lain, baja tahan karat austenit tidak magnetis.

Baja tahan karat yang mengandung 0,15% C, 18% Cr, 8,5% Ni, dan 0,8% Mn sesuai untuk digunakan sebagai alat-alat rumah tangga dan dekoratif.

Baja tahan karat yang mengandung 0,05% C, 18,5% Cr, 10% Ni, dan 0,8% Mn, baik untuk dikerjakan dengan cara penarikan dalam karena kandungan karbonnya rendah.

Baja tahan karat yang mengandung 0,3% C, 21% Cr. 9% Ni, dan 0,7% Mn sesuai untuk dituang.

Kebanyakan baja tahan karat austenit mengandung sekitar 18% kromium dan 8% nikel. Proporsi unsur kromium dan nikel sedikit berbeda dengan penambahan dalam proporsi yang kecil dari unsur molibdenum, titanium, dan tembaga untuk menghasilkan sifat-sifat yang spesial. Baja dalam kelompok ini digunakan apabila diperlukan ketahanannya terhadap panas.

c.    Baja Tahan Karat Martensit

Baja tahan karat martensit mengandung sejumlah besar unsur karbon dan dapat dikeraskan melalui perlakuan panas, juga mempengaruhi sifat-sifatnya melalui pengerasan dan penyepuhan. Baja yang mengandung 0,1% C, 13% Cr, dan 0,5% Mn ini dapat didinginkan untuk memperbaiki kekuatannya, tetapi tidak menambah kekerasan. Baja ini seringkali disebut besi tahan karat dan digunakan khususnya untuk peralatan gas turbin dan pekerjaan dekoratif.

Apabila baja ini digunakan untuk alat-alat pemotong maka terlebih dahulu ditemper atau disepuh pada temperatur sekitar 180°C, dan jika digunakan untuk pegas terlebih dahulu ditemper pada temperatur sekitar 450°C.

4 .         Baja Tahan Panas

Problem utama yang berhubungan dengan penggunaan temperatur tinggi adalah kehilangan kekuatan, beban rangkak, serangan oksidasi, dan unsur kimia. Kekuatannya pada temperatur tinggi dapat diperbaiki dengan menaikkan temperatur transformasi dan penambahan unsur kromium atau dengan merendahkan temperatur transformasi dan penambahan unsur nikel. Kedua pengerjaan itu akan menghasilkan struktur austenit.

Sejumlah kecil tambahan unsur titanium, aluminium, dan molibdenum dengan karbon akan menaikkan kekuatan dan memperbaiki ketahanannya terhadap beban rangkak. Unsur nikel akan membantu penahanan kekuatan pada temperatur tinggi dengan memperlambat atau menahan pertumbuhan butir-butiran yang baru. Ketahanannya terhadap oksidasi dan serangan kimia dapat diperbaiki dengan menambahkan silikon atau kromium.

Baja tahan panas dapat dikelompokkan sebagai berikut.            

a.    Baja Tahan Panas Ferit

Baja tahan panas ferit mengandung karbon yang rendah dan hampir seluruhnya dilarutkan di dalam besi. Baja ini tidak dapat dikeraskan melalui perlakuan panas.

b.    Baja Tahan Panas Austenit

Baja tahan panas austenit mengandung kromium dan nikel yang tinggi.  Struktur austenit tetap terpelihara sewaktu pendinginan, sehingga baja ini tidak dapat dikeraskan melalui perlakuan panas.

c.    Baja Tahan Panas Martensit

Baja tahan panas martensit mempunyai kandungan karbon yang tinggi, sehingga dapat dikeraskan melalui perlakuan panas.

5.           Baja Paduan Yang Digunakan Pada Temperatur Rendah

Komponen dari baja paduan yang digunakan pada temperatur rendah tidak hanya sifat-sifatnya terpelihara sewaktu didinginkan, tetapi juga sifat-sifatnya tidak hilang sewaktu dipanaskan pada temperatur kamar. Baja yang telah diperbaiki kekuatannya hanya sedikit berkurang (reduksi) kekenyalan dan keliatannya sewaktu dites pada temperatur minus (-) 183°C. Selain itu, perubahan sifat-sifatnya kecil sewaktu dipanaskan pada temperatur kamar yang diikuti dengan pendinginan.

a.   Baja Pegas

Pegas kendaraan dibuat dari baja yang mengandung sekitar 0,8% C sesuai dengan sifat-sifatnya yang dibutuhkan dan ditambahkan dengan lebih dan 0,4% Si dan 0,8% Mn. Baja pegas dikeraskan dengan pendinginan air atau minyak sesuai dengan komposisinya. Pegas katup dibuat dari baja yang sama dengan pegas kendaraan juga ditambahkan 1,5% Cr dan 0,17% V ke dalam karbon dan nikel.

b.   Baja Katup Mesin (Motor)

 Katup yang menerima beban rendah digunakan baja yang mengandung 0,3% C, 3,5% Ni, 0,35% Cr, dan 0,35% Si. Kandungan unsur silikon dan kromium menaikkan beban yang dapat diterima katup sehingga dapat menerima beban yang berat. Katup untuk motor pesawat terbang dibuat dari baja austenit dengan kandungan sekitar 10% Ni dan 12 - 16% Cr. Katup pompa seringkali dibuat berlubang dan mengandung natrium untuk pendinginan.

6.               Baja Paduan Martensit Yang Dikeraskan

Cara yang biasa dilakukan untuk menghasilkan baja berkekuatan tinggi adalah dengan cara perlakuan panas yang menjadikan struktur martensit, yang diikuti dengan perlakuan panas lanjutan untuk memodifikasi atau mengubah martensit. Cara tersebut dapat menghasilkan kekuatan yang tinggi, tetapi disertai dengan kerapuhan yang tinggi, disebabkan kandungan unsur kaebon.Cara perlakuan panas biasanya diterima karena sulit menghasilkan paduan yang bebas dari unsur karbon dan oleh karena itu mahal.

Berdasarkan eksperimen yang dilakukan bahwa besi kemungkinan mengandung unsur karbon yang bercampur dengan nikel sekitar 18 - 25%. Jenis baja paduan martensit ini bersifat kenyal dan mempunyai kekerasan sekitar 1,5 kali dari baja martensit yang tidak ditemper. Baja ini merupakan suatu bahan yang ideal untuk digunakan dengan cara memisahkan unsur-unsur lain untuk menaikkan kekuatannya.

Jenis yang digunakan pada waktu ini adalah yang mengandung besi dan 18% nikel dengan kobalt, molibdenum, dan titanium. Baja martensit dihasilkan dengan cara pemanasan dan pendinginan (pelarutan dengan pemijaran dingin) yang membuatnya cukup lunak sehingga dapat dipotong, dibentuk, dan dibengkokkan. Pengerasan dilakukan dengan cara pemanasan pada temperatur sekitar 450 - 500°C selama 3 jam yang diikuti dengan pendinginan di udara. Pengerasan permukaan dapat dilakukan dengan menitrid pada akhir perlakuan panas. Perlakuan panas terjadi pada temperatur yang relatif rendah, tidak termasuk..

proses pendinginan sehingga tidak terjadi perubahan bentuk atau pecah-pecah.

Kandungan karbon yang rendah pada kulit baja paduan martensit dapat

dihilangkan selama pemanasan. Kecepatan pemanasan tidak menyebabkan baja

martensit mudah dilas dibandingkan baja paduan berkarbon rendah dan sedang. Baja ini dihasilkan seperti untuk membuat struktur menjadi kuat dan ringan

tetapi tidak dapat menggantikan baja yang biasa karena biaya pengerjaannya

tinggi.

TABEL 1 KOMPOS1SI DAN S1FAT-SIFAT JENIS BAJA PADUAN MARTENSIT

 Komposisi: 18% N, 8% Co, 5% Mo, 0,4% Ti

Sifat – sifat mekanik	Setelah Pelarutan Pemijaran Dingin Pada 820°C	Setelah Disepuh Selama 3 Jam Pada 480°C
Kekuatan tarik  Perpanjangan  Pengurangan luas  Kekerasan	100 - 108 kg/mm2 14 - 16%  70 - 75% 280 - 320 HV	160-182 kg/mm2 8 - 10% 35 - 60% 500 - 560 HV