LAPORAN MATA KULIAH BAHAN TEKNIK

BAJA PERKAKAS, BAJA TAHAN KARAT DAN BAJA TAHAN PANAS

Oleh :AGUNG ANDRIYANTO 5353127375MOH. ROYAN ABDILLAH5353127402NUR RIYANSYAH5353127409RAHMAT HIDAYAT5353127413SYARIFUDIN5353127418

DIPLOMA III TEKNIK MESIN 2012UNIVERSITAS NEGERI JAKARTABAJA PERKAKAS, BAJA TAHAN KARAT DAN BAJA TAHAN PANAS

I. BAJA PERKAKAS (STAINLESS STEEL)Baja Perkakas (Tool Steel) adalah baja dengan kandungan Carbon antara 0.3 1.6% dan mengandung unsur-unsur paduan lainnya (Cr, V, W, Mo, dll). Unsur-unsur paduan tersebut membuat baja tersebut mempunyai sifat mekanik yang sangat baik sehingga baja tersebut dapat digunakan sebagai tool (perkakas). Umumnya tool Steel digunakan setelah di heat treatment (perlakuan panas), hal ini untuk mendapatkan sifat mekanik yang benar-benar sesuai dengan kebutuhan.A. SIFAT MEKANIK BAJA PERKAKAS (TOOL STEEL)a. Kerasb. Tangguhc. Tahan ausd. Red hardnesse. Machinabilityf. Hardenability atau deep of hardnessg. Decarburization yang ditoleransiKarakteristik dari Tool Steels1. Nondeforming propertya. Perkakas biasanya dikeraskan dengan laku panasb. Pada pemanasan dan pendinginan baja akanmengalami pemuaian dan penyusutan mengakibatkan perubahan bentuk dan ukuran mungkin juga terjadi distorsi atau retakc. Nondeforming property baik tidak banyak mengalami perubahan bentuk dan dimensid. Perkakas yang kompleks atau yang mempunyai perbedaan penampang yang drastis harus mempunyai sifat nondeforming yang baike. Biasanya air-hardening mempunyai sifat nondeforming yang baik2. Deep of hardeninga. Perkakas sering kali memerlukan kekerasan pada seluruh penampangb. Dalamnya penetrasi kekerasan ini berkaitan dengan hardenabilityc. Semua unsur paduan, kecuali cobalt, menaikkan hardenabilityd. Bila diperlukan kekerasan sampai ke bagian dalam maka dipilih high alloy steel (deep hardening)e. Shallow hardening steel, seperti group W, group F,dan beberapa group P harus diquench dengan air3. Toughnessa. Ketangguhan didefinisikan sebagai kemampuan menahan beban tanpa menjadi patah, bukan kemampuan menyerap energi selama deformasib. Perkakas biasanya harus kaku (rigid), tidak boleh terjadi deformasi plastic sedikitpunc. Perkakas dengan kadar karbon rendah dan medium (group S dan H) akan mempunyai ketangguhan paling baik, karenanya dikelompokkan dalam shock resisting tool steeld. Shallow hardening steel dengan inti yang tangguh dan lunak dianggap mempunyai ketangguhan baike. Cold-work tool steel, yang kadar karbonnya tinggi, cenderung agak getas dan dikatakan ketangguhannya rendah4. Wear resistancea. Didefiniskan sebagai ketahanan terhadap abrasi atau ketahanan terhadap kehilangan toleransi dimensib. Dimiliki oleh semua baja perkakas tetapi ada beberapa baja perkakas yang sangat baik sifat tahan ausnya terutama yang mengandung partikel-partikel karbida yang tak larutc. Wear resistance teruatama dibutuhkan oleh perkakas potong bermata tunggal5. Red-hardnessa. Disebut juga hot-hardness, dikatakan sebagai kekerasan pada temperatur tinggib. Red-hardness banyak berkaitan dengan ketahanan terhadap tempering pada bajac. Sifat ini diperlukan pada perkakas potong kecepatan tinggi dan perkakas untuk hot-workingd. Unsur paduan carbide former, seperti chromium, tungsten, molybdenum sangat memperbaiki sifat inie. Baja dengan kandungan unsur-unsur tersebut dalam jumlah banyak akan memiliki sifat red-hardness yang sangat baik6. Machinabilitya. Kemampuan suatu bahan untuk dipotong dan menghasilkan permukaan yang halusb. Faktor yang berpengaruh: kekerasan pada kondisi anealed, strukturmikro dan banyaknya karbidac. Baja perkakas lebih sulit dimachining dibandingkan dengan baja konstruksid. Carbon tool steel (group W) mempunyai machinability paling baik diantara baja perkakase. Machinability dan workability menurun dengan makin tingginya kadar karbon dan paduanf. Unsur pembentuk karbida yang kuat seperti chromium, vanadium dan molybdenum membentuk sejumlah besar partikel karbida sesudah annealing sehingga baja sulit dimachining7. Resistance to decarburizationa. Keluarnya karbon dari baja yang terjadi selama baja dipanaskan (heat treatment) diatas 700 oCb. Jika terjadi decarburasi maka kekerasan yang diharapkan tidak akan tercapaic. Dekarburasi dapat dicegah dengan beberapa cara perlindungan (misal pemanasan pada protective atmosphere)d. Perkakas dengan desain yang kompleks dan tidak dapat digrinding setelah pengerasan tidak boleh mengalami decarburasie. Shock-resisting tool steel paling jelek, hot-work tool steel agak baik dan carbon tool steel paling baik ketahanan terhadap decarburasiB. JENIS BAJA PERKAKAS (TOOL STEEL)1. Water-hardening tool steel (Group W). Karakteristik :a) Kekerasan permukaan yang tinggi diperoleh dg heat treatment, quenching dg media air.b) Machineability paling tinggi.c) Sifat red-hardness-nya jelekd) Pemakaian terbatas untuk perkakas pemotongan kecepatan rendah, pemakanan tipis dan bahan yang relatif lunak2. Shock-resisting steel (Group S)a) Digunakan pada tools yang menerima beban kejut berulang-ulang.b) Kadar karbon 0,45-0,65%, unsur paduan silicon, chrom, tungsten dan molybdenum.c) Wear resistance dan machineabilitynya bagusd) Digunakan untuk forming tool, punch, pneumatic tool, shear blade3. Cold-work tool steela) a.Group O (Oil hardening) mengandung mangan dan memiliki sifat nondeforming yang baikb) b.Group A (Baja paduan medium) mengandung 1% C, 3% Mn, 5% Cr dan 1% Mo. Sifat Nondeforming istimewa, wear resistance baik, ketangguhan, red-hardness sedang. Tetapi machineabilitynya jelek.c) c. Group D (high carbon high chromium) 2,25% C dan 12% Cr. Sifat wear resitance dan nondeforming istimewa.4. Hot-work Steel (Group H)a.Group H11-H19 (Chrom base hot work tool steel)a. Memiliki red hardness yang baik dg 3,25% Cr.b. Ketangguhan naik pada kadar akrbon dan unsur paduan rendah.c. Air-hardenable, nondeforming baik.b.Group H21-H26 (Tungsten base hot work steel)a. Mengandung 9% tungsten, 2-12% Cr.b. Red hardness makin baik tapi ketangguhan turunc. Air-hardenable.c. Group H41-H43 (Molybdenum base hot-work steel)a. Mengandung 8% Mo, 4% Cr .b. karakteristik sama dengan tungsten base hot-work steel.5. Highspeed tool steela) Tool steel yang memiliki kadar paduan tinggib) b.Tungsten base atau molybdenum base, dg unsur paduan chrom,vanadium dan karbon 0,7-1%.c) Sbg perkakas potong dikenal dg inisial HSS. Memiliki red hardness sitimewa dg wear resisten dan ketanguhan yang hampir sama.6. Metal Mold (Group P)a) Memiliki Chrom dan Nikel sbg paduan utama.b) b.Pada dasarnya baja paduan untuk dikarburizingc) Kekerasan rendah pada kondisi annealed dan tahan terhdap work hardening untuk proses hubbing.d) d.Memiliki tahan aus setelah dikeraskane) e. Sifat red hardnessnya jelek7. Special purpose tool steela) Jenis baja perkakas di luar yang disebut diatas.b) b.Dibuat khusus utk menangani persyaratan istimewa pada suatu penggunaan.c) Group L (low alloy) paduan utama Chrom, dg Vanadium, Molybden dan Nikel.d) d.Group F (Carbon Tungsten) shallow hardening, water quench. Dg kadar karbon dan tungsten yang tinggi sangat tahan aus.C. HEAT TREATMENT PADA BAJA PERKAKAS (TOOL STEEL)1. Tidak boleh dipanaskan terlalu cepat2. Dilakukan pemanasan bertahap untuk menghindari timbulnya gradien temperature yang akan menibulkan tegangan.3. Tidak dianjurkan dipanaskan pada etmperatur terlalu tinggi dan waktu tahan yang lama.4. Perlu dicegah timbulnya dekarburasi dan scalling pada baja perkakas group tertentu.5. Quenching dilakukan dengan media air, brine, minyak, udara atau garam cair6. Tempering dilakukan segera setelah quenching sebelum benda kerja mencapai temperature kamar

II. BAJA TAHAN KARAT (STEINLESS STEEL)Baja tahan karat (Stainless Steel) adalah senyawa besi yang mengandung setidaknya 10,5% Kromium untuk mencegah proses korosi. Komposisi ini membentuk protective layer (lapisan pelindung anti korosi) yang merupakan hasil oksidasi oksigen terhadap Krom yang terjadi secara spontan.Kemampuan tahan karat diperoleh dari terbentuknya lapisan film oksida Kromium, dimana lapisan oksida ini menghalangi proses oksidasi besi (ferum). Unsur dari stainless steel antara lain Karbon (C), Kromium(Cr), Mo, V, Nb, dan Ni.A. SIFAT MEKANIK BAJA TAHAN KARAT (STAINLESS STEEL)a) Keras dan kuatb) Bukan konduktor yang baikc) Kekuatan Ulet yang tinggid) Memiliki permeabilitas magnetise) Tahan terhadap korosif) Tidak bisa teroksidasi dengan mudahB. KEUNTUNGAN BAJA TAHAN KARAT (STAINLESS STEEL)1. Daya Tahan KorosiBaja stainless mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap korosi. Angka-angka logam campuran yang rendah menahan korosi pada kondisi-kondisi ruang hampa, angka-angka campuran logam yang tinggi dapat menahan korosi pada kebanyakan asam, larutan alkalin, dan lingkungan-lingkungan yang menghasilkan klorida , bahkan pada suhu dan tekanan yang dinaikkan.2. Daya Tahan Suhu Rendah dan TinggiBeberapa angka akan menahan penskalaan dan pengaturan daya yang tinggi pada suhu-suhu yang sangat tinggi, sementara yang lain menunjukkan pengecualian kekerasan pada suhu-suhu cryogenic.3. Kesenangan Pembuatan (Ease of Fabrication)Mayoritas baja-baja stainless dapat dipotong, dilas, dibentuk, dimesinkan, dan dibuat dengan mudah.4. Pertimbangan EstetikaBaja-baja stainless tersedia pada kebanyakan lapisan-lapisan penutup permukaan. Baja stainless ini diatur dengan mudah dan sederhana menghasilkan kualitas yang tinggi, penampilannnya menyenangkan.5. HigienisKemampuan membersihkan dari baja-baja stainless menjadikan pilihan-pilihan utama di rumah sakit- rumah sakit, dapur- dapur, fasilitas proses farmasi dan makanan.6. EkonomisBaja stainless adalah sebuah bahan yang pemeliharaannya rendah dan tahan lama dan sering merupakan pilihan paling sedikit mahal dalam perbandingan beaya jalan kehidupan.C. JENIS BAJA TAHAN KARAT (STAINLESS STEEL)A. Austenitic Stainless SteelAustenitic SS mengandung sedikitnya 16% Krom dan 6% Nikel (grade standar untuk 304), sampai ke grade Super Autenitic SS seperti 904L (dengan kadar Krom dan Nikel lebih tinggi serta unsur tambahan Mo sampai 6%). Molybdenum (Mo), Titanium (Ti) atau Copper (Co) berfungsi untuk meningkatkan ketahanan terhadap temperatur serta korosi. Austenitic cocok juga untuk aplikasi temperature rendah disebabkan unsur Nikel membuat SS tidak menjadi rapuh pada temperatur rendah.B. Ferritic Stainless SteelKelompok logam campuran ini biasanya hanya mengandung Kromium, dengan keseimbangan kebanyakan Fe. Logam-logam campuran ini merupakan baja-baja stainless Kromium yang sederhana dengan kandungan Kromium 10,5 - 18 % seperti grade 430 dan 409. Jenis Ferritic agak sedikit kurang mempunyai sifat kenyal daripada jenis austenitic. Ketahanan korosi tidak begitu istimewa dan relatif lebih sulit di fabrikasi / machining. Tetapi kekurangan ini telah diperbaiki pada grade 434 dan 444 dan secara khusus pada grade 3Cr12.C. Martensitic Stainless SteelSS jenis ini memiliki unsur utama Krom (masih lebih sedikit jika dibanding Ferritic SS) dan kadar karbon relatif tinggi (0,1 - 1,2%) misal grade 410 dan 416. Grade 431 memiliki Krom sampai 16% tetapi mikrostrukturnya masih martensitic disebabkan hanya memiliki Nikel 2%. Merupakan baja pertama yang dikembangkan secara komersial (sebagai cutlery).D. Duplex Stainless SteelDisebut Duplex dikarenakan kandungan Nikel tidak cukup untuk menghasilkan susunan austenitic secara penuh dan hasil kombinasi susunan ferritic dan austenitic. Duplex SS seperti 2304 dan 2205 (dua angka pertama menyatakan persentase Krom dan dua angka terakhir menyatakan persentase Nikel) memiliki bentuk mikrostruktur campuran austenitic dan ferritic. Duplex ferritic-austenitic memiliki kombinasi sifat tahan korosi dan temperatur relatif tinggi atau secara khusus tahan terhadap Stress Corrosion Cracking. Meskipun kemampuan Stress Corrosion Cracking-nya tidak sebaik ferritic SS tetapi ketangguhannya jauh lebih baik jika dibandingkan dengan ferritic SS dan lebih buruk dibanding austenitic SS. Sementara kekuatannya lebih baik dibanding austenitic SS (yang di annealing) kira-kira 2 kali lipat. Sebagai tambahan, Duplex SS ketahanan korosinya sedikit lebih baik dibanding 304 dan 316 tetapi ketahanan terhadap pitting corrosion jauh lebih baik dibanding 316. Ketangguhannya Duplex SS akan menurun pada temperatur dibawah - 50 oC dan diatas 300 oC. Kebanyakan baja Duplex mengandung Mo dalam jarak 2,5-4%.E. Precipitation Hardening SteelPrecipitation hardening stainless steel adalah SS yang keras dan kuat akibat dari dibentuknya suatu presipitat (endapan) dalam struktur mikro logam. Sehingga gerakan deformasi menjadi terhambat dan memperkuat material SS. Pembentukan ini disebabkan oleh penambahan unsur tembaga (Cu), Titanium (Ti), Niobium (Nb) dan Alumunium. Proses penguatan umumnya terjadi pada saat dilakukan pengerjaan dingin (cold work).D. JENIS KOROSI BAJA TAHAN KARAT (STEINLESS STEEL)A. Uniform CorrosionUniform corrosion terjadi disebabkan rusaknya seluruh atau sebagian protective layer pada SS sehingga SS secara merata akan berkurang/aus. Korosi ini terjadi umumnya disebabkan oleh cairan atau larutan asam kuat maupun alkali panas. Asam hidroklorit dan asam hidrofluor adalah lingkungan yang perlu dihindari SS apalagi dikombinasikan dengan temperatur serta konsentrasi yang cukup tinggi. Korosi uniform yang menyebabkan berkurangnya dimensi permukaan benda secara merata.B. Pitting CorrosionKorosi berupa lubang-lubang kecil sebesar jarum, dimana dimulai dari korosi lokal (bukan seperti uniform corrosion). Pitting corrosion ini awalnya terlihat kecil dipermukaan SS tetapi semakin membesar pada bagian dalam SS. Korosi ini terjadi pada beberapa kondisi pada lingkungan dengan PH rendah, temperature moderat, serta konsentrasi klorida yang cukup tinggi (misal NaCl atau garam di air laut).C. Crevice CorrosionKorosi jenis ini sering terjadi di daerah yang kondisi oksidasi terhadap krom (Cr) SS sangat rendah atau bahkan tidak ada sama sekali (miskin oksigen). Sering pula terjadi akibat desain konstruksi peralatan yang tidak memungkinkan terjadinya oksidasi tersebut misal celah antara gasket/ packing, celah yang terbentuk akibat pengelasan yang tidak sempurna, sudut-sudut yang sempit, celah/ sudut antara 2 atau lebih lapisan metal, celah antara mur/baut dsb. Praktis korosi ini terjadi di daerah yang sangat sempit (celah, sudut, takik dsb).D. Stress Corrosion CrackingDalam kondisi kombinasi antara tegangan (baik tensile, torsion, compressive maupun thermal) dan lingkungan yang korosif maka SS cenderung lebih cepat mengalami korosi. Karat yang mengakibatkan berkurangnya penampang luas efektif permukaan SS menyebabkan tegangan kerja (working Strees) pada SS akan bertambah besar.E. Intergranular CorrosionKorosi ini disebabkan ketidak sempurnaan mikrostruktur SS. Ketika austenic SS berada pada temperature 425-850 oC (temperatur sensitasi) atau ketika dipanaskan dan dibiarkan mendingin secara perlahan (seperti halnya sesudah welding atau pendinginan setelah annealing) maka karbon akan menarik krom untuk membentuk partikel kromium karbida (chromium carbide) di daerah batas butir (grain boundary) struktur SS.F. Galvanic CorrosionGalvanic corrosion terjadi disebabkan sambungan dissimilar material (2 material yang berbeda terhubung secara elektris/ tersambung misal baut dengan mur, paku keling/ rivet dengan body tangki, hasil welding dengan benda kerja) dan/ atau terendam dalam larutan elektrolit, sehingga dissimilar material tersebut menjadi semacam sambungan listrik.III. BAJA TAHAN PANAS (HEAT RESISTANT STEEL)Material baja tahan panas (heat resistant steel) adalah baja yang memunyai material mampu mempertahankan sifat-sifatnya atau tidak mengalami penurunan kualitas pada suhu yang tinggi.Unsur paduan Nikel (Ni), Kromium (Cr), Karbon (C), Silikon (Si), Molibdenum, W, Zr, Ti dan N.I. KLASIFIKASI BAJA TAHAN PANAS (HEAT RESISTANT STEEL)A. Iron-chromiumKelompok baja ini memiliki komposisi sebesar 26-30% Cr dan 800 oC membentuk phase yang brittle, namun kuat pada suhu tinggi. Ketahanan creep dan rupture strength yang tinggi dan dapat ditingkatkan dengan meningkatkan kadar Ni. Biasa digunakan pada furnace.C. Iron-nickel-chromiumKomposisinya 15-28% Cr dan 23-41% Ni (Cr < Ni). Kelompok ini memiliki fasa yang stabil, memiliki kekuatann yang baik pada temperatur tinggi, tahan thermal stress dan oksidasi. Pada aplikasinya biasa digunakan sebagai chain, komponen furnace, steam reformer dan load bearing.D. Nickel-iron-chromiumKomposisi baja ini adalah 58-68% Ni dan 10-19% Cr. Kelompok ini memiliki sifat tahan terhadap karburisasi dan nitridasi. Karena sifatnya tersebut, maka biasanya kelompok baja ini digunakan untuk peralatan karburisasi dan nitridasi, komponen pembakar, dan lain sebagainya.II. SIFAT BAJA TAHAN PANAS (HEAT RESISTANT STEEL)1. Kekuatannya pada suhu tinggi (tidak mengalami pelunakan)2. Tahan creep (kegagalan mekanik yang diakibatkan pengaplikasian pada suhu tinggi, meskipun beban yang diterima tidak ditambahkan)3. Kestabilan fasa (tidak berubah fasa)4. Tahan warping (perubahan bentuk atau dimensi material)5. Tahan retakIII. REAKSI-REAKSI PADA SUHU TINGGIA. Fasa sigmaFasa sigma terbentuk pada kisaran suhu 593-927 oC. Fasa sigma dapat terbentuk karena suatu material memiliki fasa ferrit di dalamnya. Kerugian yang diakibatkan dari terbentuknya fasa sigma ini adalah menurunnya ductility dan ketangguhan sehingga apabila suatu material mendapat pembebanan impak akan mudah mengalami retak. Cara untuk mencegah terbentuknya fasa sigma adalah dengan memilih kombinasi unsur pembentuk fasa dan dengan tepat. Tujuannya adalah agar tidak terbentuk ferit bebas.B. OksidasiPada suhu tinggi terbentuk oksidasi sangat mungkin terjadi. Beberapa cara untuk meningkatkan ketahanan oksidasi pada suhu tinggi adalah dengan menigkatkan kadar Cr (>25%), penambahan 25-30% Cr,