berita perusahaan tentang Penjelasan komprehensif tentang struktur metalografi umum yang digunakan dalam produksi baja industri

I. Struktur Larutan Padat Dasar

1. Austenit (A [Feγ (C)])

Austenit adalah larutan padat yang terbentuk dari pelarutan karbon dan unsur paduan dalam γ-Fe. Dalam sistem baja paduan, ini adalah struktur stabil di mana karbon dan berbagai unsur paduan larut bersama dalam γ-Fe. Ciri khasnya adalah plastisitas yang sangat baik, namun kekerasan dan titik luluhnya relatif rendah, dengan nilai kekerasan Brinell biasanya berkisar antara 170 hingga 220HB. Ini adalah mikrostruktur dengan volume spesifik terkecil di antara baja. Di bawah kondisi suhu tinggi, austenit memiliki kemampuan yang kuat untuk melarutkan karbon. Pada suhu 1147°C, jumlah karbon yang terlarut dapat mencapai 2,11%, dan saat suhu turun menjadi 727°C, jumlah karbon yang terlarut berkurang menjadi 0,77%. Di bawah mikroskop metalografi, austenit menunjukkan bentuk poligonal reguler karena mempertahankan struktur kisi kubik berpusat muka dari γ-Fe. Mikrostruktur ini memberikan sifat pengerjaan dingin yang sangat baik pada baja. Selama proses pengerjaan panas seperti penempaan dan penggulungan, keberadaan austenit membantu deformasi plastis baja.

2. Ferit (F [Feα (C)])

Ferit adalah larutan padat yang terbentuk dari pelarutan karbon dan unsur paduan dalam α-Fe. Kinerjanya mirip dengan besi murni, dengan kekerasan yang relatif rendah, berkisar antara 80 hingga 100HB, tetapi memiliki plastisitas yang sangat baik. Ketika unsur paduan larut dalam ferit, mereka dapat secara efektif meningkatkan kekuatan dan kekerasan baja. Pada suhu 727°C, kelarutan karbon dalam ferit hanya 0,022%, dan pada suhu kamar, serendah 0,008%. Ferit mempertahankan struktur kisi kubik berpusat badan dari α-Fe dan menunjukkan karakteristik metalografi polihidral khas dari logam murni dalam struktur metalografi. Kehadiran ferit memberikan ketangguhan dan kemampuan bentuk dingin yang baik pada baja, dan sering digunakan dalam komponen struktural dengan persyaratan plastisitas tinggi.

II.Senyawa dan Struktur Campuran

1. Sementit (Fe₃C)

Sementit, senyawa yang terdiri dari besi dan karbon, juga dikenal sebagai besi karbida. Pada suhu kamar, sebagian besar karbon dalam paduan besi-karbon ada dalam bentuk sementit. Menurut diagram keseimbangan besi-karbon, sementit dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis berdasarkan jalur presipitasi dan morfologinya: Sementit primer mengkristal dan mengendap dari cairan di sepanjang garis CD, sebagian besar menyajikan bentuk kolom; Sementit sekunder mengendap di sepanjang garis ES dari larutan padat γ dan sering muncul dalam bentuk retikuler putih. Sementit tersier mengendap di sepanjang garis PQ dari larutan padat α, dan juga sebagian besar merupakan jaringan putih. Sementit memiliki magnet lemah di lingkungan bersuhu rendah. Kemagnetannya hilang ketika suhu melebihi 217°C. Titik leburnya sekitar 1600°C, dan kandungan karbonnya 6,67%. Kekerasan sementit sangat tinggi, jauh melebihi 700HB, tetapi sangat rapuh dan hampir tidak memiliki plastisitas. Dalam baja, morfologi dan distribusi sementit memiliki dampak signifikan pada kekuatan, kekerasan, dan ketahanan aus baja. Misalnya, sementit granular dapat meningkatkan ketangguhan baja sambil mempertahankan kekuatan tertentu.

2. Perlit (P)

Perlit adalah campuran mekanis ferit dan sementit, dan merupakan produk transformasi eutektoid baja karbon dengan kandungan karbon 0,77%. Mikrostrukturnya adalah struktur lamellar dengan ferit dan sementit yang tersusun bergantian. Ukuran spasi lembaran perlit bergantung pada tingkat pendinginan berlebih selama dekomposisi austenit. Semakin besar tingkat pendinginan berlebih, semakin kecil spasi lembaran perlit yang terbentuk. Berdasarkan perbedaan spasi lamellar, ia dapat diklasifikasikan lebih lanjut menjadi perlit, sorbit, dan troostit, tetapi pada dasarnya semuanya adalah struktur tipe perlit. Perlit lamellar kasar adalah produk dekomposisi austenit dalam rentang suhu tinggi 650-700 °C, dengan kekerasan sekitar 190-230 HB. Lembaran Fe₃C dapat dibedakan menggunakan mikroskop metalografi umum (di bawah perbesaran 500 kali). Sorbit adalah produk dekomposisi austenit dalam rentang suhu 600-650 °C, dengan kekerasan sekitar 240-320HB. Dibutuhkan mikroskop daya tinggi (diperbesar 1000 kali) untuk membedakan lembaran Fe₃C. Troostit adalah produk dekomposisi austenit pada suhu tinggi 550-600 °C, dengan kekerasan sekitar 330-400 HB. Lembaran Fe₃C hanya dapat dibedakan melalui mikroskop elektron (diperbesar 10.000 kali). Di bawah kondisi perlakuan panas tertentu, seperti anil sferoidisasi atau temper suhu tinggi, sementit dapat didistribusikan secara seragam dalam bentuk granular pada matriks ferit, membentuk perlit sferoidal, juga dikenal sebagai perlit granular. Mikrostruktur ini dapat secara efektif meningkatkan kemampuan mesin dan ketangguhan baja.

3. Martensit (M)

Martensit adalah larutan padat karbon yang lewat jenuh dalam α-Fe. Ketika baja mengalami perlakuan austenitizing suhu tinggi dan didinginkan pada laju yang sangat cepat di bawah titik martensit, karena struktur γ-Fe yang tidak stabil di lingkungan bersuhu rendah, ia akan dengan cepat berubah menjadi α-Fe. Namun, karena laju pendinginan yang sangat cepat, atom karbon dalam baja tidak punya waktu untuk berdifusi, sehingga mempertahankan komposisi austenit dari fasa induk pada suhu tinggi. Oleh karena itu, martensit adalah produk dari transformasi fasa non-difusif yang terjadi ketika baja didinginkan dengan cepat di bawah titik martensit setelah austenitizing. Martensit berada dalam keadaan metastabil. Karena lewat jenuh karbon dalam α-Fe, kisi kubik berpusat badan dari α-Fe terdistorsi, membentuk kisi persegi berpusat badan. Hal ini memberikan kekerasan yang sangat tinggi pada martensit, sekitar antara 640 dan 760HB, tetapi juga membuatnya sangat rapuh, dengan ketangguhan impak yang rendah, dan pengurangan luas dan perpanjangan hampir mendekati nol. Karena distorsi kisi yang disebabkan oleh karbon yang lewat jenuh, volume spesifik martensit lebih besar daripada austenit. Ketika martensit terbentuk dalam baja, ia akan menghasilkan tegangan transformasi fasa yang relatif besar. Di bawah kondisi proses quenching normal, martensit menyajikan struktur seperti jarum putih pada sudut tertentu satu sama lain dalam struktur metalografi. Namun, tidak semua struktur martensit keras dan rapuh. Misalnya, baja berkekuatan tinggi paduan rendah yang mengandung unsur paduan seperti mangan, kromium, nikel, dan molibdenum, setelah perlakuan quenching dan tempering, memiliki mikrostruktur martensit karbon rendah yang ditemper. Struktur ini menggabungkan kekuatan tinggi dengan ketangguhan yang baik dan banyak digunakan dalam konstruksi, manufaktur mekanik, dan bidang lainnya.

• Struktur metalografi khusus
  
  1. Bainit (B)

Bainit adalah campuran ferit lewat jenuh dan sementit yang terbentuk oleh transformasi fasa austenit yang didinginkan berlebih dalam rentang suhu sedang (sekitar 250-450 °C). Bainit dapat diklasifikasikan lebih lanjut menjadi bainit atas dan bainit bawah berdasarkan perbedaan suhu pembentukannya. Bainit atas adalah mikrostruktur yang terbentuk di dekat suhu pembentukan perlit. Ciri khasnya adalah lembaran α-Fe tersusun sejajar dalam arah yang sama di dalam butiran yang dimulai dari batas butiran, dengan partikel sementit yang disisipkan di antara lembaran. Dalam struktur metalografi, ia tampak seperti bulu dan bisa simetris atau asimetris. Kekuatan bainit atas lebih rendah daripada perlit lamellar halus yang terbentuk pada suhu yang sama, dan lebih rapuh. Bainit bawah adalah struktur yang terbentuk sekitar 300°C dan muncul sebagai struktur seperti jarum hitam dalam struktur metalografi. Baik bainit atas maupun bawah pada dasarnya adalah kombinasi dari ferit dan sementit, tetapi mereka berbeda dalam morfologi dan distribusi karbida. Kekuatan bainit bawah mirip dengan martensit yang ditemper pada suhu yang sama, dan kinerja komprehensifnya lebih unggul daripada bainit atas. Dalam beberapa kasus, bahkan lebih baik daripada martensit yang ditemper. Untuk beberapa bagian yang membutuhkan kecocokan yang baik antara kekuatan dan ketangguhan, seperti bagian poros yang terbuat dari baja karbon sedang, mendapatkan struktur bainit bawah melalui perlakuan panas yang tepat dapat meningkatkan masa pakai bagian tersebut.

2. Organisasi Widmanstatten

Struktur Widmanstatten biasanya terjadi pada baja hipoeutektoid. Itu terbentuk karena pemanasan berlebih baja dan pembentukan austenit berbutir kasar. Di bawah kondisi pendinginan berlebih tertentu, selain presipitasi α-Fe masif pada batas butiran austenit asli, juga akan ada α-Fe seperti lempengan yang tumbuh dari batas butiran ke bagian dalam butiran. α-Fe bersisik ini memiliki hubungan orientasi kristal tertentu dengan austenit asli, yang hadir dalam butiran sebagai bentuk bersisik yang berada pada sudut tertentu satu sama lain atau sejajar satu sama lain, yang umumnya disebut sebagai struktur Widmanstatten dari baja hipoeutektoid. Baja hipoeutektoid yang terlalu panas cenderung mengembangkan struktur Widmanstatten pada laju pendinginan yang relatif cepat. Ketika struktur Widmanstatten parah, itu akan menyebabkan penurunan signifikan dalam ketangguhan impak dan pengurangan luas baja, membuat baja rapuh. Namun, melalui perlakuan anil lengkap, struktur Welmanstatten dapat dihilangkan dan sifat-sifat baja dapat dipulihkan. Dalam proses produksi baja, mengendalikan suhu pemanasan dan laju pendinginan adalah kunci untuk menghindari pembentukan struktur Widmanstatten.

3. Jaringan bergaris

Struktur bergaris adalah fitur mikrostruktur baja struktural karbon rendah setelah pengerjaan panas, yang secara khusus terwujud sebagai struktur bergaris di mana ferit dan perlit didistribusikan dalam lapisan sejajar dengan arah pemrosesan. Mikrostruktur ini akan menyebabkan sifat mekanik baja menunjukkan anisotropi. Ada perbedaan dalam kinerja baja dalam arah sejajar dan tegak lurus terhadap arah strip, dan itu juga akan mengurangi ketangguhan impak dan pengurangan luas baja. Selama proses penggulungan baja, dengan mengendalikan suhu penggulungan akhir, laju pendinginan, dan rasio penggulungan yang wajar serta parameter proses lainnya, pembentukan struktur bergaris dapat dikurangi atau dihindari.

4. Fasa δ

Fasa δ adalah sejumlah kecil ferit yang ada dalam baja tahan karat kromium-nikel, terutama yang mengandung unsur-unsur seperti niobium dan titanium. Dalam baja tahan karat austenitik, fasa δ memainkan peran penting. Ini secara efektif dapat mencegah pembentukan retakan kristal dalam lasan baja tahan karat, mengurangi kecenderungan korosi intergranular dan korosi tegangan, dan pada saat yang sama meningkatkan kekuatan baja tahan karat. Namun, ketika jumlah δ ferit melebihi batas tertentu (misalnya, lebih dari 8%), itu akan meningkatkan kecenderungan pitting baja tahan karat. Selain itu, di bawah kondisi suhu tinggi, fasa δ cenderung berubah menjadi fasa σ, dan transformasi ini dapat menyebabkan kerapuhan logam. Saat merancang komposisi baja tahan karat dan merumuskan proses perlakuan panas, perlu untuk mengontrol secara tepat kandungan fasa δ untuk menyeimbangkan efek menguntungkan dan merugikannya.

5. Fasa σ

Fasa - σ ditemukan sebagai fasa paduan ketika mempelajari fenomena kerapuhan paduan Fe-Cr. Pada suhu kamar, fasa σ non-magnetik dan memiliki karakteristik keras dan rapuh. Ketika fasa σ ada dalam paduan, terutama ketika didistribusikan di sepanjang batas butiran, itu akan secara signifikan mengurangi plastisitas dan ketangguhan baja. Fasa σ umumnya membutuhkan lingkungan bersuhu tinggi 550-900 °C untuk waktu yang relatif lama untuk secara bertahap terbentuk, dan proses pembentukannya akan menyebabkan penurunan kinerja material dalam penggunaan. Pembentukan fasa σ terkait dengan banyak faktor baja, seperti komposisinya (termasuk kandungan unsur seperti kromium dan nikel), mikrostruktur, suhu pemanasan, waktu penahanan, dan pra-deformasi. Dalam baja tahan karat kromium tinggi dan nikel-kromium, semakin tinggi kandungan kromium, semakin mudah untuk membentuk fasa σ. Selain itu, ferit δ dalam baja austenitik cenderung berubah menjadi fasa σ, dan proses deformasi dingin juga mendorong pembentukan fasa σ, menyebabkan rentang suhu di mana fasa σ terbentuk bergeser ke bawah. Selama produksi dan aplikasi baja tahan karat, perlu untuk memantau secara ketat pembentukan fasa σ dan menghindari efek merugikannya pada sifat material melalui kontrol proses yang wajar.