INTERSTITIAL FREE STEEL (IF-STEEL)

Deep drawing (penarikan dalam) adalah proses pengerjaan logam yang digunakan untuk membentuk lembaran logam menjadi bentuk mangkuk seperti selongsong peluru, panci, panel, body mobil, bak mandi, dan lain-lain. Selain dari aspek parameter proses, keberhasilan proses deep drawing juga sangat ditentukan oleh karakteristik material lembaran yang digunakan. Salah satu material yang sesuai untuk proses tersebut adalah baja bebas interstisi (IF-Steel).
IF-Steel merupakan baja dengan tingkat kemurnian yang sangat tinggi sehingga kandungan C dan N sangat minim sekali. Ketidakhadiran unsur-unsur yang larut secara interstisi dalam matriks menyebabkan IF-Steel memiliki kekuatan luluh yang rendah, elongasi yang tinggi, dan sifat mampu bentuk yang baik. Hal tersebut dapat dicapai dengan cara melakukan penambahan Ti, Nb, atau paduan Ti-Nb untuk membentuk senyawa TiC, TiN, NbC, atau NbN.
Karena sifat akhir dari baja sangat ditentukan oleh kadar C, maka untuk menghasilkan IF-Steel perlu dilakukan dekarburisasi pada baja cair. Keefektifan proses dekarburisasi dalam R-H –OB Process (Ruhrstahl-Heraeus-Oxygen-Blowing) ditentukan oleh laju peniupan gas dan ukuran diameter snorkel.
Penambahan Ti untuk mencegah C dan N agar tidak larut secara interstisi akan meningkatkan harga ř . Jumlah Ti efektif yang dibutuhkan untuk menghasilkan nilai ř yang paling unggul (excellent) dapat dihitung melalui persamaan sebagai berikut :
Ti* (%) = Ti (%) – [ 4C (%) + 3,43 N (%) ]
Penambahan Nb yang sangat kecil akan memperbaiki nilai ř dan r-45o tanpa mengorbankan elongasi material IF-steel. Penambahan Nb sekitar 0,007% berguna untuk mengontrol tekstur dan mengikat C sebanyak 10 ppm sebagai NbC. Penambahan Nb sebesar 0,005 % menghasilkan baja dengan sifat yang unggul karena memiliki elongasi sebesar 53 %, harga ř = 2,5 dan r-45o = 1,9.
Butir yang halus pada lebaran baja hasil pengerolan panas (Hot rolled sheet) sangat efektif untuk memperbaiki ř -value dan r-45o IF-steel setelah mengalami cold rolling dan annealing. Hal tersebut dibutuhkan karena ř -value sangat menentukan deep drawability suatu material, sedangkan harga r-45o yang tinggi dibutuhkan ketika punch atau dies berbentuk kotak (square).
Penambahan sejumlah kecil Nb menyebabkan nilai r-45o meningkat disertai dengan meningkatnya angka kehalusan butir. Hal ini berlawanan dengan efek yang dihasilkan dari penambahan Ti. Penambahan Ti tidak banyak pengaruhnya pada penghalusan butir hasil hot rolled, karena itu peningkatan nilai r-45o masih lebih rendah bila dibandingkan dengan efek dari penambahan Nb.
Peningkatan Nb dalam baja IF-Steel yang mengandung Ti sebesar 0,01% menyebabkan NbC meningkat dan TiC menurun. Penambahan Nb yang minimum diperlukan untuk mengikat C dalam lembaran baja hasil hot rolled sehingga memberikan keseimbangan antara elongasi dan ř-value. Nb dalam IF-Steel menyebabkan temperatur rekristalisasi baja tersebut lebih tinggi 30 – 40oC dibandingkan dengan baja yang ditambah Ti.
Didalam IF-Steel yang ditambahkan Nb-Ti (0,01%), baik Nb atau Al sebenarnya dapat berikatan dengan nitrogen, tetapi N lebih cenderung berikatan dengan Ti. Sekitar 0,06% Ti dibutuhkan untuk mengikat N sebanyak 150 ppm sebagai TiN dan sisanya (0,04%) digunakan untuk mengikat C sebanyak 10 ppm sebagai TIC.
TiN berpresipitasi pada temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan AlN atau NbN sehingga sangat baik untuk mencegah penurunan elongasi yang drastis. Sementara itu NbC sangat berguna untuk mengendalikan ukuran butir Hot rolled sheet dan mengubah tekstur cold rolling melalui pembentukan tekstur rekristalisasi yang menguntungkan bagi peningkatan nilai ř-value.
Sebagai penutup, saya cuma mau bilang sorry banget karena tulisan ini sifatnya sudah bener-bener masuk ke intinya metalurgi dan khawatir timbul kesalahan presepsi, maka kepaksa deh…ditulis dengan bahasa yang formal.

KENALAN SAMA PENGUATAN LOGAM (METAL STRENGTHENING) nich.…..

Logam itu biasanya bersifat lunak, mengkilap, penghantar listrik atau panas yang baik, dan lain-lain. Nah..orang metalurgi itu harus tahu, gimana sih..cara meningkatkan kekuatan atau kekerasan logam?. Biasanya peningkatan kekuatan logam itu selalu aja dibarengin dengan peningkatan kekerasan, makanya ada istilah strain hardening (pengerasan regangan) atau strain strengthening (penguatan regangan). Karena ini sifatnya cuman pengantar aja, jadi ngak dibahas mengenai cara dan mekanisme terjadinya peningkatan tersebut..ntar kalau sempet saya tulis deh satu per satu.
Bayangin aja, gimana jadinya kalau pisau yang dipakai di dapur atau yang dipakai buat motong kertas bersifat lunak.., terus gergaji buat motong kayu atau logam juga bersifat lunak, …jadi kapan selesainya tuh…pemotongan…dan hasilnya juga ngak akan memuaskan.
Satu lagi contoh, tahu khan turbine blade (sudu turbin) ?..Nah..sudu itu bekerja pada temperatur yang tinggi..terus berputar dengan kecepatan ribuan rpm (kalau di pesawat terbang Fokker-28 atau 100 sekitar 60.000 rpm). Kalau aja sudu itu bersifat lunak dan kekuatannya rendah…pasti begitu beroperasi, itu pesawat langsung meledak karena sudu langsung mengalami mulur (creep). Bisa bayangin khan..efeknya???.
Jadi, penguatan logam itu penting sekali buat dipelajari, jangan sampai kita kalah sama orang asing….masa sich kita harus ketinggalan terus sama mereka. Padahal konsep penguatan logam dengan cara komposit (definisi yang paling mudah adalah peningkatan kekuatan bahan melalui penggabungan dua atau lebih materal yang berbeda) itu ditemukan oleh orang Indonesia. Ingat khan jaman dulu.., sewaktu masih ada kerajaan Singosari, Majapahit, dan lain-lain. Nah, waktu itu mpu-mpu kita paling jago bikin keris..bahkan konon diantara mereka ada yang diambil terus di bawa ke China..disuruh membuat pedang yang sangat kuat dan “sakti”. Menurut cerita, keris itu berasal dari batuan meteorit yang mengandung besi (Fe), terus batuan itu dipanaskan & ditempa (forging) menggunakan palu. Setelah itu dicelupin ke dalam air lalu dipanasin lagi, setelah itu dilipat supaya tidak terlalu lebar, terus dicelupin lagi. Nah..yang terakhir baru deh.., dibentuk supaya berliku-liku.
Karena pemanasannya menggunakan arang, maka ada atom C dari arang yang masuk ke dalam batuan meteorit itu (istilah kerennya diffusion). Pada saat dicelup ke dalam air, maka C ngak bisa keluar jadi tetap “terjebak” di dalam Fe. Kejadian itu tuh..yang bikin material jadi keras..karena bisa terbentuk fasa yang dikenal dengan nama Martensit…atau mungkin juga Bainit. Sementara itu, daerah yang tidak sempat dimasukin oleh C akan tetap memiliki fasa ferrit yang sifatnya lunak. Karena proses pemanasan, pendinginan, dan pelipatan terjadi secara berulang-ulang..maka di dalam keris terlihat adanya garis yang memisahkan antara fasa keras dengan fasa lunak. Kombinasi kedua fasa itu menghasilkan material yang tangguh…jadi keris itu sebenarnya adalah komposit…iltulah hasil karya Indonesia asli. Pada jaman itu mungkin yang namanya Amerika masih hutan dan masih primitive..ya?
Ok, deh..buat penutup, penguatan logam itu ada beberapa jenis misalnya : Penguatan regangan (strain strengthening), Penguatan larutan padat (solid solution strengthening), Penguatan pengendapan atau presipitasi (precipitation strengthening), penguatan fasa kedua (second phase strengthening), Penguatan penghalusan butir (grain refinement strengthening), Penguatan dengan cara transformasi martensitik (martensitic transformation strengthening), Penguatan tekstur atau orientasi pilihan (texture strengthening), dan Penguatan dengan cara penyebaran partikel halus (dispersion strengthening). Nah.., cukup beragam khan…jadi ngebahasnya kapan-kapan aja. Thanks ya..

DISLOKASI (DISLOCATION)

Dislokasi itu apa sih?..., buat apa belajar tentang dislokasi…..khan..ukurannya sangat kecil banget..?. Memang sih…dislokasi ukurannya hanya skala atomic, tapi jangan salah lho…dislokasi itu sangat berperan dalam menentukan sifat material. Maka dari itu, kalau mau mempelajari konsep-konsep penguatan logam, kita harus tahu dulu tentang dislokasi, karena sebenarnya dislokasi itulah yang bertanggung jawab terhadap hampir semua aspek deformasi plastis (perubahan bentuk) logam.
Dislokasi bisa didefinisikan sebagai cacat yang berupa hilangnya sebarisan atom pada suatu material. Lihat deh gambar 1, anggap itu adalah susunan atom dalam suatu material. Nah…,disitu kelihatan ada barisan atom yang hilang, barisan atom yang hilang itu disebut sebagai dislokasi. Tapi ingat lho.., karena susunan atom dalam gambar 1 membentuk sel satuan kubus sederhana (simple cubic), jadi gambar itu sebenarnya bukan untuk logam sebab semua logam ngak ada yang memiliki sel satuan kubus sederhana.

Gambar 1. Cacat Dislokasi

Nah, sekarang kalau kita buat “kue ager-ager (biasanya dibuat dari rumput laut)”, terus dipotong pakai pisau (tapi jangan sampai putus) seperti yang ada di gambar 2 dan 3, dorong sesuai arah anak panah (dikenal sebagai vektor Burger) di gambar itu. Perhatiin deh arah sobekan “kue ager-ager” atau gerakan garis dislokasi, pasti kita bisa membedakan bahwa ada dua jenis dislokasi, yaitu dislokasi sisi (edge dislocation) dan dislokasi ulir (screw dislocation).


Gambar 2. Skematik proses deformasi plastis yang disebabkan oleh dislokasi sisi


Gambar 3. Skematik proses deformasi plastis yang disebabkan oleh dislokasi ulir

Dari gambar 2 dan 3 bisa disimpulkan tuh.., kalau dislokasi sisi itu memiliki Vektor burger yang tegak lurus dengan garis dislokasi tetapi searah dengan gerakan garis dislokasi. Nah, kalau dislokasi ulir memiliki vektor burger yang sejajar dengan garis dislokasi tetapi tegak lurus dengan arah gerakan garis dislokasi. Supaya lebih yakin kalau dislokasi itu memang ada dan pergerakannya bisa kita lihat, coba aja cari video-nya di youtube.., pasti ketemu deh (ngak bermaksud untuk mempromosikan lho…).
Catatan yang paling penting adalah bahwa kalau mau memperkuat logam, maka harus diusahakan agar dislokasi itu ngak mudah bergerak. Caranya, buat aja rintangan-rintangan yang bisa menghambat pergerakan dislokasi tersebut. Nah..inilah sebenarnya konsep dari penguatan logam.

BAJA (STEEL)..part-1
Baja itu banyak banget jenisnya dan pengklasifikasiannya juga cukup beragam. Orang yang belum mengetahui metalurgi sering kali salah ngasih nama tuh.., misalnya aja pagar untuk perumahan…disebut “besi”. Terus coba deh..,kalau main ke bengkel-bengkel yang masih home industry, sering kali mereka kesulitan memotong atau ngebubut “as” karena materialnya itu cukup keras, nah..mereka bilangnya…”besi ini banyak sekali bajanya”. Tapi biarin aja deh….mudah-mudahan setelah baca tulisan ini kita bisa ngebedain antara baja dengan besi.
Besi itu sebenarnya nama salah satu unsur kimia murni yang disimbolkan dengan huruf “Fe” (ferrum). Unsur tersebut mudah sekali bereaksi dengan oksigen untuk membentuk oksida (misalnya Fe2O3 , FeO, atau Fe3O4). Proses pembentukan oksida besi itu biasanya disebut sebagai “korosi” atau ada juga tuh yang menyebut sebagai “pengkaratan” (tapi bukan “karat” yang digunakan untuk menyatakan tingkat kemurnian emas lho..). Nah…jadi cukup susah deh buat menemukan besi di sekitar kita.
Baja (bahasa kerennya steel) paling gampang didefinisikan sebagai paduan antara besi (Fe) dengan unsur karbon (C) maksimum 1,7 % (tapi ada juga yang berpendapat C maksimum 2,1%). Selain C, di dalam baja biasanya ada juga sedikit unsur Si, Mn, P, dan S. Nah..sekarang kalau kandungan C di dalam baja lebih kecil dari 0,8 %,baja itu disebut sebagai “baja hypoeutectoid”. Kalau kandungan C-nya sama dengan 0,8%, maka baja itu disebut sebagai “baja eutectoid”. Tapi kalau kandungan C-nya lebih besar dari 0,8%, baja itu disebut sebagai “baja hypereutectoid”. Biarin gampang ingat, coba deh lihat gambar 1. tentang diagram fasa besi –karbon (ada juga yang mengatakan diagram Fe – Fe3C). Mengenai diagram fasa, kapan-kapan aja deh dibahasnya..ya.



Gambar 1. Diagram fasa Fe – Fe3C.

Nah..yang tadi itu sebenarnya pengklasifikasian baja, tapi yang didasari dari diagram fasa. Sebenarnya masih ada lagi cara pengklasifikasian yang lain, misalnya : Baja karbon rendah (kandungan C sampai 0,25%) ; Baja karbon sedang ( C-nya lebih besar dari 0,25 sampai 0,5 %) ; dan Baja karbon tinggi (C-nya lebih besar dari 0,5% sampai 1,7%).

CAST IRON (BESI COR)

Kalau di masyarakat umum atau di tukang rongsokan dikenal dengan nama "ancuran". Nah., jadi bingung ..deh. Tapi biarin aja, khan mereka belum tahu apa itu besi cor, jadi ngak bisa disalahkan. Definisi besi cor (yang paling mudah dipahami) adalah paduan antara besi (Fe) dengan karbon (C), tapi kandungan C-nya harus lebih besar dari 2%. Material ini selalu mengandung unsur silikon (Si) yang berfungsi sebagai "Penggalak penggrafitan" , makudnya mendorong terjadinya grafit di dalam besi cor.
Grafit itu sebenarnya karbon bebas yang terdapat dalam suatu material, dia ngak berikatan dengan unsur lain untuk membentuk suatu senyawa, jadi sifatnya relatif lunak. Tapi jangan salah, grafit ini memegang peranan penting juga lho..dalam menentukan sifat mekanik besi cor. Nah, sebelum ngebahas grafit, kayanya perlu tahu juga nih jenis-jenis besi cor :
1. Besi Cor Kelabu : besi cor ini memiliki grafit yang serpih dan banyak digunakan untuk bodi mesin perkakas (mesin freis, bubut, bor, dll). Karena bentuk grafit-nya serpih jadi besi cor kelabu mampu meredam getaran, tapi sayangnya bentuk serpih memiliki ujung yang tajam jadi bisa berperan sebagai stress raiser atau stress concentration (konsentrasi tegangan) sehingga kekuatan tarik dan keuletan besi cor ini relatif rendah kalau dibandingkan dengan besi cor lainnya. Warna permukaan patahan dari besi cor ini adalah kelabu, makanya dinamakan besi cor kelabu.
2. Besi Cor Nodular : besi cor ini memiliki grafit yang bulat, biasanya dipakai untuk ring piston. Karena grafitnya bulat maka sifat mekaniknya cukup baik (keuletan dan kekuatannya relatif tinggi). Sifat mekanik besi cor ini hampir menyerupai baja lho.., apa lagi kalau di proses heat treatment (misalnya austemper), maka sifat mekaniknya lebih meningkat. Besi cor nodular yang mengalami proses austemper dikenal dengan nama Austempered Ductile Iron (ADI). Untuk proses heat treatment (perlakuan panas)...nanti-nati aja deh dibahasnya ya...O..iya, grafit itu bisa bulat karena ada penambahan unsur magnesium (Mg) atau cerium (Ce) sewaktu besi cor itu masih cair.
3. Besi Cor Malleable : besi cor ini cukup kuat dan ulet, tapi masih kalah kalau dibandingkan dengan besi cor nodular. Biasanya besi cor ini dibuat dari besi cor putih yang dipanaskan kurang lebih 1000oC . Bentuk grafit dari besi cor ini mengelompok dan hampir bulat.
4. Besi Cor Putih : Nah...inilah satu-satunya besi cor yang tidak memiliki grafit, karena karbon yang ada sebagian kecil larut di dalam ferit dan sisanya berikatan dengan besi membentuk sementit ( Fe3C). Karena sementit memiliki sifat yang keras dan jumlahnya cukup banyak, maka besi cor putih memiliki kekerasan yang tinggi, sehingga tidak mudah aus dan digunakan untuk slide-way pada mesin bubut. Ketiadaan grafit dalam besi cor ini disebabkan oleh kecepatan pendinginan yang cepat sekali. Permukaan patahan material ini terang (putih mengkilap) , makanya disebut besi cor putih.
Nah.., sebagai catatan, sifat semua jenis besi cor ini selain ditentukan oleh bentuk,ukuran , dan distribusi grafit juga ditentukan oleh fasa-fasa yang ada dalam matriksnya.