Material Teknik

MATERIAL TEKNIK

Diagram Fasa, Diagram TTT, Diagram CCT,
Baja Karbon dan Besi Tuang

Disusun oleh : Fauzan Ridhoni
M. Ghazi Alghifari
Sulis Febriany
Yulia Anggraini

05 Januari 2021

i

DAFTAR ISI

BAB I DIAGRAM FASA, DIAGRAM TTT dan DIAGRAM CCT

A. DIAGRAM FASA Fe-Fe3C...........................................................................
1. Pengertian Diagram Fasa Fe-Fe3C.........................................................
2. Struktur Diagram Fasa Fe-Fe3C...............................................................
3. Jenis dan Garis-Garis Penting dalam Diagram Fasa Fe-Fe3C..................
4. Kegunaan Diagram Fasa Fe-Fe3C...........................................................

B. DIAGRAM TTT...............................................................................................
1. Penegrtian Diagram TTT........................................................................
2. Fungsi Diagram TTT...............................................................................
3. Struktur dan Bentuk Diagram TTT.........................................................

C. DIAGRAM CCT..............................................................................................
1. Pengertian Diagram CCT........................................................................
2. Fungsi Diagram CCT...............................................................................
3. Bentuk Diagram CCT..............................................................................
4. Struktur Mikro Martensite, Bainite, Ferlit, dan Perlit dalam Diagram
CCT..........................................................................................................
5. Pengaruh Pendinginan pada Kekerasan Logam baja dalam Diagram
CCT..........................................................................................................

BAB II BAJA KARBON

A. Baja Karbon.................................................................................................
1. Pengertian Baja Karbon........................................................................
2. Jenis-Jenis Baja Karbon........................................................................

BAB III BESI COR

A. Besi Cor.........................................................................................................
1. Pengertian Besi Cor...............................................................................
2. Klasifikasi Besi Cor...............................................................................

KESIMPULAN.........................................................................................................

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan puji dan syukur atas rahmat Tuhan Yang Maha Esa, akhirnya
e-book yang berjudul ‘Material Teknik’ dapat diselesaikan pada waktu yang telah
ditentukan. Dengan adanya e-book ini diharapkan dapat menambah wawasan tentang
material teknik.

E-book ini merupakan salah salah satu rangkuman dari berbagai sumber yang
dijadikan satu dalam e-book ini. Tujuan dibuatkannya e-book ini adalah untuk membantu
mahawiswa menambah wawasan dan menjelaskan materi secara singkat dan point-point
penting yang ada didalamnya.

Kami mahasiswa Polman Negeri Bangka Belitung mengharapkan kritik, saran dan
masukan dari semua pihak atas e-book yang telah kami buat. Kami ucapkan terima kasih
kepada yang telah membaca e-book yang telah kami buat.

Sungailiat, 05 Januari 2021

Mahasiswa Polman Negeri Bangka Belitung

BAB I

DIAGRAM FASA, DIAGRAM TTT dan
DIAGRAM CCT

A. Diagram fasa Fe-Fe3C
1. Pengertian Diagram Fasa Fe-Fe3C
Diagram Fe-Fe3C adalah diagram yang menampilkan hubungan
antara tempratur dimana terjadi perubahan fasa selama prosespendinginan
dan pemanasan lambat dengan kandungan karbon (%C). diagran fase ini
termasuk diagram fase biner (hubungan antara dua variabel). Dari diagram
fasa tersebut diperoleh beberapa informasi penting antara lain :
• Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda
dengan kondisi pendinginan lambat.
• Temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan
Fe-C bila dilakukan pendinginan lambat.
• Temperatur cair dari masing-masing paduan.
• Batas-batas kelarutan atau kesetimbangan dari unsur karbon fasa
tertentu.
• Reaksi-reaksi metlurgis yang terjadi, yaitu reaksi eutektik,
peritektik, dan eutektoid.
2. Struktur Diagram Fasa Fe-Fe3C

• Ferrit (besi α) adalah suatu komposissi logam yang mempunyai
batas maksimum kelarutan carbon 0,0025%C pada temperatur
723ᵒC. struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada
temperatur kamar mempunyai batas kelarutan carbon 0,008%C.
ferrit memiliki sifat ketangguhan yang rendah, keuletan tinggi,

kekerasan <90 HRB, struktur paling lunak pada diagram Fe-
Fe3C, dan ketahanan korosi medium.
• Austenit (besi γ) adalah suatu larutan padat yangmempunyai
batas maksimum kelarutan carbon 2,11%C pada temperatur
1148ᵒC, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic). Austenit
memiliki sifat ketangguhan yang baik sekali,ketahanan korosi
yang paling naik dibandingkan SS yang lain, non hardened heat
treatment, mudah dibentuk, dan paling banyak dipakai dalam
indusrti.
• Cementit (besi karbida) adalah suatu senyawa yang terdiri dari
unsur Fe dan C dengan perbandingan tertentu (mempunyai
rumus empiris) dan struktur kristalnya orthohombic. Cementit
memiliki sifat yang sangat keras dan getas.
• Lediburite ialah campuran eutectic antara besi gamma dengan
cementit yang dibentuk pada temperatur 1130ᵒC dengan
kandungan carbon 4,3%
• Pearlit adalah eutectoid mixture dari ferrit dan cementit
(α+Fe3C), terjadi pada temperatur 723ᵒC, mengandung 0,8%
karbon.
3. Jenis dan Garis-Garis Penting dalam Fasa Fe-Fe3C
• Jenis-jenis fasa Fe-Fe3C :

➢ Diagram fase 2D adalah diagram fase yang palaing
sederhana dengan tekanan temperatur zat tunggal
seperti air.

➢ Diagram fasa 3D adalah grafik 3D yang menunjukkan
tiga kuantitas termodinamika.

• Garis-garis penting dalam fasa :
➢ Upper critical temperature (temperatur kritikal atas ) A3
adalah tempratur perubahan allotropi.
➢ Lower critical temperature (temperatur kritikal bawah)
A1 adalah temperatur reaksi etectoid.

➢ Solvus line Acm yang menunjukkan bats kelarutan
karbon dalam austenite.

4. Kegunaan Diagram Fasa Fe-Fe3C.
• Memudahkan memilih temperatur pemanasan yang sesuai
untuk setiap proses.
• Memperlihatkan fase-fase yang terjadi pada perbedaan
komposisi dan temperatur dibawah kondisi pendinginan yang
sangat lambat.
• Mengindikasikan kesetimbangan kelarutan padat satu unsur
atau senyawa pada unsur lain.
• Mengindikasikan pengaruh temperatur dimana suatu paduan
dibawah kondisi kesetimbangan mulai membeku dan pada
rentang temperatur tertentu pembekuan terjadi.
• Mengindikasikan temperatur dimana fasa-fasa mulai mencair
• Sebagai alat penting untuk memahami struktur mikro dan sifat-
sifat baja karbon, suatu jenis logam paduan besi (Fe) dan
karbon (C).

B. Diagram TTT
1. Pengertian Diagram TTT
Digram TTT (Time-Temperature-Transformation) adalah suatu
diagram yang menghubungkan transformasi austenit terhadap waktu
dan temperature. Diagram ini mempunyai nama lain yaitu digram S
atau diagram C. diagram ini biasanya digunakan untuk menetukan
kapan transformasi mulai dan berakhir pada perlakuan panas yang
isotermal (termperatur konstan) sebelum menjadi campuran austenit.
Proses perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur baja
yang diinginkan agar sesuai dengan yang direncanakan. Struktur yang
diperoleh merupakan hasil dari proses transformasi dari kondisi awal.
Proses transformasi ini dapat dibaca dengan menggunakan diagram
fasa, namun untuk kondisi tidak setimbang diagram fasa tidak dapat
digunakan. Untuk kondisi seperti ini maka digunakan diagram TTT.

2. Fungsi Diagram TTT.
• Mempelajari kelakuan baja pada setiap tahap perlakuan panas.
• Digunakan untuk memperkirakan struktur dan sifat mekanik
dari baja yang di quench dari temperatur austenitisasinya
kesuatu temperatur dibawah A1.
• Dapat menunjukkan dekomposisi austenite dan kesepakatan
untuk macam baja tertentu.
• Digunakan untuk alarmstruktur yang terbentuk pada pendingin
non-ekuilibrium.
• Digunakan untuk membedakan kapan proses mulai dan
berakhir pada perlakuan panas dengan suhu konstan.

3. Struktur dan Bentuk Diagram TTT
Bentuk diagram TTT tergantung komposisi kimia terutama kadar

karbon dalam baja. Untuk naja dengan kadar karbon kurang dari
0.83% struktur yang tunduk pada suhunya dititik tertentu yang
ditempatkan dibagian atas kurva C, akan mengahasilkan perlit dan
ferit.

Bila menunjukan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C
tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkn
struktur mikri bainit (lebih keras dari perlit). Bila menunjukkan
suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan
mendapatkan jaminan martensit (sangat keras dan getas)

Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut
akan bergeser kekanan. Semakin cepat pendinginan akan
menghasilakan ukuran butir yang lebih kecil.

C. Diagram CCT
1. Pengertian Diagram CCT
Diagram CCT (Continuous Cooling Transformation) merupakan
diagram yang menggambarkan hubungan antara laju pendinginan
kontinyu dengan fasa atau struktur yang terbentuk setelah terjadinya
teransformasi fasa.
2. Fungsi Diagram CCT
• Membantu dalam perencanaan siklus perlakuan panas baja.
• Memprediksi kekerasan dan struktur mikro baja.
• Memperoleh spesifikasi atau sifat-sifat yang diinginkan.

3. Bentuk Diagram CCT

Fs = ferite start, kurva temperatur dimana fase feris mulai terbentuk.
Ps = pearlite start, kurva temperatur dimana fase perlit mulai terbentuk.
Pf= pearlite finish, kurva temperatur dimana transformasi pembentukan

perlit selesai.
Bs= bainite start, kurva tempratur dimana bainit mulai terbentuk.
Bf = bainite finish, kurva temperatur dimana transformasi pembentukan

bainit selesai.
Ms= martensite start, kurva temperatur dimana martensit mulai

terbentuk.
Mf= martensite finish, kurva temperatur dimana transformasi

pemebentukan martensite selesai.
4. Struktur Mikro Martensite, Bainite, Ferit, dan Perlit Pada

Diagram CCT

Struktur mikro baja karbon sebelum dan setelah mengalami
perlakuan panas dengan pendinginan berbeda diamati dengan
mikroskop optik metalografi pada pembesaran 500 x.

5. Pengaruh Laju Pendinginan Pada kekerasan Logam Baja
Diagram CCT

Semakin cepat laju pendinginan yang dialami oleh baja selama
perlakuan panas, maka semakin tinggi kekerasan yang dimilikinya.
Pada laju pendinginan yang sangat cepat akan diperoleh struktur yang
keras seperti martensite atau bainit. Sedangkan pada laju pendinginan
yang lambat akan diperoleh struktur atau fasa lunak seperti ferit atau
perlit

BAB II
BAJA KARBON

A. Pengertian Baja Karbon
Baja karbon (Carbon steel) adalah baja dengan karbon sebagai campuran

interstisial utama berkisar 0.12–2.0%. American Iron and Steel
Institute (AISI) mendefinisikan:

Baja karbon tidak menuliskan kandungan minimum
untuk kromium, kobalt, molibdenum, nikel, niobium, titanium, tungsten, v
anadium atau zirconium, atau elemen lain yang ditambahkan untuk
mendapatkan efek campuran tertentu.

Istilah "baja karbon" juga dapat digunakan untuk merujuk pada
baja bukan baja tahan karat. Ketika persentase kandungan karbon
meningkat, baja akan semakin keras dan kuat dengan perlakuan panas,
namun keuletannya akan berkurang. Kandungan karbon yang tinggi juga
akan mengurangi kemampuan untuk disambung dengan las. Pada baja
karbon, makin tinggi kandungan karbon maka titik leburnya akan
menurun

Besi cor merupakan paduan antara unsur besi yang mengandung
carbon (c), silikon (s), mangan (Mg), pospor (p), dan sulfur (s) dengan
kandungan C antara 2% sampai 6,67%.

Baja (steel) secara umum merupakan material yang sering
digunakan dan dijumpai pada kehidupan sehari-hari. Kandungan utama
dalam baja adalah ferrous dan iron. Kandunganl lain yang selalu ada dalm
baja adalah karbon dan mangan.

Baja karbon adalah material logam yang terbentuk dari unsur
utama Fe dan karbon, dimana Fe merupakan unsur dasar dan karbon
sebagai paduan utamanya. Baja karbon memiliki kandungan unsur
karbon dalam besi sebesar 0,2% hingga 2,14%, dimana kandungan
karbon tersebut berfungsi sebagai unsur pengeras dalam struktur baja

B. Jenis-Jenis Baja Karbon

Berdasarkan jumlah presentase komposisi kimia, karbon dibagi menjadi tiga
macam, yaitu :

• Baja karbon rendah (Low Carbon Steel)
Baja karbon rendah merupakan baja dengan kandungan unsur karbon
<0,3% C. karbon dibawah 0,15% dinamakan dead mild steel yang
banyak digunakan pada sheet, strip, wire, ship plate. Baja karon rendah
biasanya digunakan sebagai bahan baku untuk embuatan komponen
struktur bangunan, pipa gedung, jembatan, bodi mobil, dan sebaginya.
Baja ini memiliki beberapa sifat diantaranya :
➢ Tidak responsif terhadap perlakuan panas yang bertujuan untuk
membentuk martensit.
➢ Metode penguatnya dengan cold working.
➢ Struktur mikronya terdiri dari ferit dan perlit.
➢ Relatif lunak dan lemah.
➢ Ulet dan tangguh.
➢ Kemampuan mesin dan lasnya baik.

• Baja karbon sedang (medium carbon steel)
Baja karbon sedan merupakan baja karbon dengan presentase
kandungan karbon pada besi sebesar 0,3% - 0,59% C. baja karbon ini
digunakan untuk pembuatan poros, rel kereta api, roda gigi, baut,
pegas, dan komponen mesin lainnya. Baja karbon sedang memiliki
sifat mekanis yang lebih kuat dengan tingkat kekerasan yang lebih
tinggi dibandingkan baja karbon rendah. Baja ini dapat dinaikkan sifat
mekaniknya melalui perlakuan panas austenitaizing,quenching,dan
tempering serta banyak dipakai dalam kondisi tempering sehingga
struktur mikronya martensit dan lebih kuat dari baja karbon rendah.

• Baja karbon tinggi high carbon steel)
Baja karbon tinggi memiliki kandungan karbon 0,6% - 1,4% C. baja ini
dapat digunakan dalam pembuatan alat-alat perkakas seperti palu,
gergaji, pembuatan kikir, pisau cukur, dan sebagainya. Baja ini
memiliki beberapa sifat diantaranya :

1

➢ Tahan panas dan tahan aus meningkatkan
➢ Kekerasan dan kakuatan tarik sangat tinggi.
➢ Keuletan yang rendah sehingga lebih getas.
➢ Sulit diberikan perlakuan panas untuk

kekerasannya dikarenakan memiliki jumlah martensit yang

tinggi.

BAB III
BESI COR

A. Besi Cor
1. Pengertian besi Cor
Besi cor merupakan paduan antara unsur besi yang mengandung carbon (c),
silikon (s), mangan (Mg), pospor (p), dan sulfur (s) dengan kandungan C antara 2%
sampai 6,67%, sedangakan pada baja kandungan karbon hanya mencapai 2%. Semakin
tinggi kadar karbon yang ada pada besi cor akan mengakibatkan besi cor rapus dan getas.
Penambahan unsur unsur kedalam besi cor dapat memngaruhi sifat besi cor, selain itu
pemberlakuan panas dan proses pembekuan laju pendinginan juga dapat memengaruhi
sifat karbon.
Besi cor memiliki beberapa keuntungan dan kekurangan yaitu :
• Mampu tuang (castability) yang baik.
• Kemudahan proses produksi dan rendahnya proses temperatur kamar.
• Hanya memerlukan proses pemanasan.
• Memiliki kekerasan, ketahanan aus, dan ketahanan terhadap korosi
yang cukup baik.
• Memiliki titik lebur yang relatif rendah yakni 1150o C – 1300oC.
• Salah satu logam yang banyak digunakan untuk keperluan industri dan
rekayasa.
2. Klasifikasi Besi Cor
• Besi cor kelabu (gray Cast iron)
Besi cor kelabu memiliki kandungn silikonrelatif tinggi yaitu antara 1-3%,
sehingga dapat membenuk grafit dengan mudah dan fasa kerbida Fe-Fe3C
tidak terbentuk. Besi cor ini lebih banyak digunakan sebagai landasan
mesin, poros penghubung, dan alat berat.
Adapun sifat-sifat dan ciri-ciri besi cor kelabu, yaitu :

➢ Struktur mikronya terdiri dari ferit + perlit + C bebas (grafit
berbentuk serpih/flakes) dan matriksnya ferit atau perlit.

➢ Permukaan patahan berwarna kelabu.
➢ Lemah dan getas ketika menerima beban tarik den kuat serta ulet

menerima beban tekan.
➢ Fluiditasnya tinggi pada temperatur pengecoran dan penyusutanyya

rendah.

➢ Mampu meredam getaran tinggi dan menyimpan panas serta tidak
mudah aus.

• Besi cor nodular
Besi cor nodular dibuat dengan sedikit unsur magnesium atau serium, hal
ini menyebabkan bentuk grafit besi cor menjadi nodular, atau bulat, atau
speroid. Perubahan bentuk ini diikuti dengan perubahan keuletan antara
10-20%. Perlakuan panas yang diterapkan pada besi cor nodular akan
menghasilkan besi cor ferit, perlit, atau martensit temper. Besi cor ini
banyak digunakan pada aplikasi poros engkol, pipa, dan suku cadang
khusus.
Adapun sifat dan ciri-ciri besi cor ini, yaitu :
➢ Struktur mikronya perlit + grafit (jika dengan pendinginan
moderate) dan ferit + grafit ( jika dengan pendinginan lambat).
➢ Lebih kuat dan ulet daripada besi cor kelabu.
➢ Sifat mekaniknya mirip baja

• Besi cor mampu tempa
Besi cor mampu tempa dibuat dari besi cor putih dengan menerapkan
perlakuan panas berupa anil. Dengan adanya perlakuan ini fasa Fe-Fe3C
akan terdekomposisi menjadi besi dan grafit, grafit yang terbentuk
menyerupai gumpalan grafit yang tidak memiliki tepi-tepi tajam.
Besi cor ini memiliki kandungan karbon antara 2,2 - 2,9%, silikon 0,9 -
1,9%, mangan 0,15 – 1,2%, serta fosfor dan sulfur 0,002 – 0,2%.
Perlakuan panas yang dialaminya membentuk besi cor berfasa feritik,
perlitik, atau martensit temper. Peerubahan struktur pada perlakuan panas
diikuti dengan perubahan mekaniknya. Besi cor ini digunakan untuk
perkakas dan alat-alat kereta api.
Adapun sifat dan ciri-cirinya, yaitu :
➢ Struktur mikro perlit + grafit (jika dengan pendinginan cepat) dan
ferit + grafit (jika dengan pendinginan lambat).
➢ Bentuk grafit cluster/rosset.
➢ Kekuatan relatif tinggi dan ulet seta dapat ditempa.

• Besi cor putih
Besi cor putih dibuat dengan pendinginan yang sangat cepat. Pada laju
pendingiana cepat akan terbentuk karbida Fe3C yang menstabilkan dan
karbon tidak mempunyai kesempatan untuk membentuk grafit. Karbida
yang terbentuk mencapai sekitar 30% volume.
Besi cor putih mengandung karbon 1,8 – 3,6%, mangan 0,25 - 0,80%, serta
sulfur dan fosfor 0,06 -0,2%. Besi cor ini lebih aplikatif sebagai suku
cadang yang memiliki ketahanan aus tinggi.
Adapun sifat dan ciri-cirinya, yaitu :
➢ Struktur mikro terdiri dari perlit dan sementit.
➢ Matriksnya sementit an permukaan patahan berwarna putih.
➢ Sangat keras dan getas
➢ Sulit dimesin dan tahan aus serta korosi.

KESIMPULAN

Setiap zat terutama Fe (besi) memerlukan perlakuan yang berbeda disetiap
pembentukannya agar diperoleh hasil yang sudah direncanakan. Pemberlakuantersebut dapat
ditinjau memalui tiga macam diagam yang berbeda, yaitu diagram fasa Fe-Fe3C, diagram
TTT, dan diagram CCT. Ketiga diagram ini memiliki perlakuan yang berbeda-beda. Namun
apapun perlakuannya akan menghasilkan yang terbaik bagi besi tersebut.

Jadi dalam setiap diagram harus diperhatikan dengan teliti agar bisa mendapatkan
hasil yang maksimal danketentuan-ketentuan yang ada dalam proses tersebut harus diikuti
dengan sebaik-baiknya.

Baja merupakan salah satu logam yang sering kita jumpai di sekitar. Salah astu jenis
baja yaitu baja karbon. Baja karon sendiri dibagi menjadi beberapa macam berdasarkan
kandungan karbonnya, yaitu baja karbon rendah, baja karbon medium, dan baja karbon
tinggi.

Besi cor merupakan perpaduan antara besi dan karbon. Dimana besi cor ini juga
dibagi menjadi beberapa macam, yaitu besi cor putih, besi cor kelabu, besi cor nodular, dan
besi cor mampu tempa. Macam-macam besi cor ini memiliki karakteristiknya sendiri,
sehingga aplikasi penggunaannya juga berbeda sesuai dengan karakteristiknya tersebut.