Tag: pengertian temperature kristis Ms Martensite Star

Pengertian Martensite, Martensite adalah struktur logam baja yang diperoleh dari transformasi austenite pada laju pendinginan cepat.

Kurva Grafik Temperatur Awal-Akhir Transformasi Pembentukan Martensit

Secara grafis pembentukan martensit dimulai pada garis martensit stars (M_s) dan berakhir pada garis martensit finish (M_f). Garis M_s dan M_f tidak dipengaruhi oleh laju pendinginan tetapi ditentukan oleh komposisi kimia.

Pengaruh karbon terhadap temperature transformasi pembentukan martensit ditunjukkan pada gambar kurva seperti berikut:

Pada baja karbon rendah, martensit akan terbentuk pada temperature yang relative tinggi, sedangkan untuk baja karbon tinggi, martensit akan mulai terbentuk pada temperature yang relative rendah.

Pendinginan cepat pada baja yang memiliki karbon 0,2 %, menyebabkan martensit mulai terbentuk saat temperature mencapai 380 Celcius dan berakhir di temperature 180 Celcius.

Sedangkan baja dengan karbon 1,0 persen, martensit akan mulai terbentuk pada temperature sekitar 150 Celcius dan selesai pada temperature di bawah nol Celcius atau sekitar minus 120 Celcius.

Dari gambar tersebut dapat pula diketahui bahwa baja dengan kandungan karbon lebih dari 0,6 % mempunyai temperature M_f dibawah temperatur ruang. Hal ini berarti jika proses pendinginan dilakukan dengan media dengan temperature ruang, maka setelah selesai proses quenching, baja tersebut masih mengandung sejumlah austenite yang disebut austenit sisa.

Rumus Temperatur Awal Transformasi Pembentukan Matensite.

Temperatur awal (M_s) terbentuknya struktur Martensit merupaka fungsi komposisi kimia dan dapat dinyatakan dengan rumus perasamaan  yang diformulasikan oleh K.E., Thelning sebagai berikut:

M_s (Celcius) = 561 – 474 (% C) – 33(%Mn) – 17(%Ni) – 17(%Cr) – 21(%Mo)

Austenit akan bertransformasi menjadi martensit pada temperatur di bawah temperature kristis Ms, Martensite Star dan berakhir pada kurva garis M_f, Martensite finish.

Dari rumus tersebut dapat diketahui bahwa unsur yang paling dominant menentukan temperature transformasi austenite menjadi struktur martensit adalah karbon. Semakin tinggi kadar karbon dalam baja, maka temperature martensit starts (M_s) dan temperatur martensit finish (M_f) akan semakin rendah.

Dari persamaannya diketahui bahwa unsur-unsur yang terkandung dalam baja cenderung menurunkan temperature awal pembentukan martensit. Semakin banyak unsur paduan yang ditambahkan, semakin rendah temperature M_s.

Karbon merupakan unsur yang memberikan pengaruh paling basar terhadap penurunan temperature awal transformasi dibanding unsur-unsur lainnya.

Continuous  Cooling  Transformation CCT Diagram Austenite Jadi Martensite

Pada laju pendingan yang sangat cepat dari temperature austenite ke temperature ruang, akan menyebabkan terjadinya transformasi fasa dari fasa austenite menjadi martensite. Transformasi pembentukan martensit ini akan berakhir pada temperature di bawah nol Celcius.

Pada gambar diagram CCT, Continuous  Cooling  Transformation terlihat bahwa Kurva-Kurva pendinginan kontinyu dengan laju pendinginan yang berbeda akan menghasilkan fasa atau struktur baja yang berbeda.

Setiap kurva yaitu kurva (a), (b), dan (c) memperlihatkan laju pendinginan sampai menyentuh titik permulaan dan akhir dari transformasi fasa austenite menjadi fasa atau struktur baja akhir.

Kurva (a) merupakan pendinginan yang sanagt cepat dari temperature austenite sampai temperature ruang dan yang akan menghasilkan struktur martenist yang sangat keras.

Kurva (b) menunjukkan yang pendinginan yang moderat. Kecepatan pendinginan antara pendinginan untuk pembemtukan ferit pearlit dan martensit. Laju pendingnan ini akan menyebabkan transfomasi austenite menjadi struktur bainit.

Sedangkan kurva laju pendinginan (c) merupakan pendinginan yang sangat lambat, dan akan menyebabkan fasa austenite terdekomposisi menjadi fasa ferit dan perlit yang lunak.

Struktru martensit akan diperoleh jika laju pendinginan dilakukan setidaknya seperti kurva a. Jika laju pendinginan lebih lambat seperti pada kurva b, maka struktur yang diperoleh adalah bainite.

Pembentukan Austenit Sisa Pada Proses Quenching

Bila baja didinginkan dengan cepat sampai temperature ruang, masih terdapat sisa austenite. Hal ini menyebabkan pengerasan baja menjadi tidak optimal.

Austenite sisa adalah asutenit yang tidak sempat bertransformasi menjadi martensit dan tetap sebagai austenite.

Austenit sisa tergantung pada kandungan karbon.  Semakin tinggi kandungan karbon semakin besar pula kemungkinan terdapatnya austenite sisa.

Menghilangkan Tegangan dan Austenite Sisa Hasil Proses Quenching

Untuk dapat menghilangkan austenite sisa ini, maka dilakukan perlakuan yang disebut dengan subzero treatment. Proses  subzero treatment adalah pendinginan lanjut dibawah nol celcius.

Dengan perlakuan ini semua austenite sisa dapat bertransformasi menjadi marensit. Cara lain adalah dengan perlakuan panas tempering atau penemperan.

Transformasi Unit Sel Struktur Kristal FCC Austenite Jadi BCT Martensite

Pada pendinginan cepat tidak cukup waktu bagi karbon untuk berdifusi keluar dari larutan padat austenite, sehingga tranformasi terjadi dengan pergeseran atom-atom dari kisi kubus pemusatan sisi, Face Centered Cubic, FCT,  menjadi tetragonal pemusatan ruang yang lewat jenuh, Body Centered Tetragonal, BCT.

Transformasi geser atom ini menyebabkan kisi Kristal mengalami distorsi.  Dua dimensi dari unit sel BCT mempunyai ukuran yang sama, sedangkan dimensi yang ketiga lebih besar.

Selama pergeseran, atom karbon yang tidak sempat berdifusi ini terperangkap pada posisi octahedral, sehingga parameter kisi c mengalami ekspansi lebih besar dibanding kisi a.

Struktur Kristal Kubus Pusat Sisi, Face Centered Cubic FCC,

Setiap atom pada struktur kristal FCC dikelilingi oleh 12 atom, jadi bilangan koordinasinya adalah 12. Dari gambar di bawah sel satuan terlihat bahwa atom-atom dalam struktur kristal FCC tersusun dalam kondisi yang cukup padat.

Pada kristal FCC ini terdapat 8 atom yang menempati posisi titik sudut, dan 6 atom yang menempati posisi permukaan namun di antara atom yang terletak di sudut tidak ada yang bersinggungan.

Nilai Faktor Penumpukan Atom APF struktur kristal FCC, adalah 0,74. Artinya hanya 74 persen ruang kubus kristal terisi oleh atom, dan sisanya sekitar 26 persen merupakan ruang kosong.

Posisi atom karbon menempati ruang kosong celah antara atom atom besi Fe seperti ditunjukkan pada gambar.

Struktur Kristal Body Centered Tetragonal BCT Martensite,

Pembentukan martensit terjadi oleh proses pergeseran atom sebesar jarak atom-atomnya. Selama pergeseran, atom karbon yang tidak sempat berdifusi ini terperangkap pada posisi octahedral, sehingga parameter kisi c mengalami ekspansi lebih besar dibanding kisi a.

Posisi atom karbon yang mengisi celah ruang kosong pada struktur BCT martensit ditunjukkan pada gambar.

Akibat pergeseran atom ini, menyebabkan terjadinya perubahan struktur dari kubik pemusatan sisi (kps) menjadi tetragonal pemusatan ruang (tpr).

Pengaruh Karbon Pada Struktur Mikro Martensit

Unsur karbon yang terkandung dalam baja tidak hanya berpengaruh pada temperature awal tranformasi austenite menjadi martensit, namun juga berpengaruh terhadap jenis atau bentuk struktur martensite-nya.

Struktur martensit untuk paduan besi-karbon mempunyai dua bentuk yaitu: lath martensite dan plate martensite. Struktur lath martensite terbentuk pada baja karbon rendah sampai sedang, atau baja dengan kandungan karbon kurang daripada 0,6 persen.

Sedangkan plate martensit terbentuk pada baja karbon tinggi, atau baja dengan kandungan karbon lebih daripada 1 persen.

Baja karbon antara 0,6 persen sampai dengan satu persen akan mempunyai struktur campuran martensit lath dan plate.

Perbedaan struktur martensit di bawah pengamatan mikroskop optic dapat dilihat pada gambar di bawah.

Pengaruh Karbon Pada Sifat Kekerasan Martensite

Nilai kekerasan lath mertensite lebih rendah daripada plate martensite. Namun dengan kandungan karbon yang tinggi, plate matensit cenderung lebih getas atau rapuh dari baja dengan struktur lath martensite.

Baja dengan struktur plate martensite banyak digunakan untuk aplikasi teknik seperti baja perkakas dan struktur karburisasi.

Semakin tinggi kandungan karbon pada baja, semakin tinggi kekerasan yang akan dimiliki baja ketika baja tersebut dilaku panas dengan quenching. Artinya baja martensit dengan kandungan karbon lebih tinggi akan m emiliki kekerasan yang belih tinggi.

Dari kurva dapat diketahui, bahwa baja dengan karbon 0,2 persen akan memiliki kekerasan 500 BHN setelah perlakuan panas quenching, sedangkan baja dengan karbon 0,6 persen akan memiliki kekerasan 689 BHN setelah perlakuan quenching.

Daftar Pustaka:

1. ASM Handbook, 1992, “ Metallography And Microstructures”, Volume 9, American Society For Metal,
2. Thelning, K. E., 1984, “Steel And Its Heat treatment”, Second Edition, Butterworth.
3. Ardra.biz, 2019, “Contoh Struktur Mikro Martensit, Fungsi Baja dengan struktur Martensit, Kandungan karbon Struktur lath martensite dan plate martensit, laju pendingan dari temperature austenite ke temperature ruang,
4. Ardra.biz, 2019, “pendinginan lanjut dibawah nol celcius, penegrtian austenite sisa dan subzero treatment, pengertian temperature kristis Ms Martensite Star, perlakuan panas tempering atau penemperan, Rumus menentukan Temperatur Ms,
5. Ardra.biz, 2019, “Struktur lath martensite dan plate martensite, Temperatur Mulainya Transformasi Martensit, Transformasi Austenit Menjadi Martensit, transformasi dari fasa austenite ke martensite