METALLOGRAFI Pengolahan Panas BAJA MANGAN AUSTENIT 3401

Konsep metallografi untuk transformasi isothermal pada baja mangan austenit, yang berguna dalam merancang pengolahan panas untuk memperoleh struktur dan sifat-sifat yang tepat. Pengolahan panas didefinisikan sebagai operasi atau kombinasi operasi-operasi yang melibatkan pemanasan dan pendinginan logam atau alloy dalam keadaan padat. Perubahan yang terjadi pada sifat-sifat baja mangan austenit terkait langsung dengan perubahan dalam susunan struktural baja. Untuk besi dan baja, transformasi allotropik dari austenit kubus terpusat-sisi (fcc) menjadi ferrit kubus terpusat-badan (bcc) penting dari segi teknik. Untuk baja mangan, proses transformasi :    +  merupakan salah satu nukleasi dan pertumbuhan, di mana pembentukan ferrit terjadi lebih cepat yang tergantung pada difusi C. Pendinginan yang lebih cepat memaksa difusi C selesai pada temperatur yang lebih rendah yang menghasilkan dispersi kasar  dan . Pendinginan yang sangat cepat dapat mengubah fcc  dengan mekanisme geser tanpa difusi menjadi fase tetragonal terpusat badan (bct) yang mengandung C yang larut dalam larutan. Transformasi ini menghasilkan pemuaian volume dan fase yang tidak stabil, keadaan yang sangat tegang dengan kekerasan yang sangat tinggi yang merupakan fungsi dari kandungan C.

Tim dilengkapi dengan 2 spesimen baja mangan austenit krupp 3401 dengan keadaan yang tidak diketahui. Tujuannya agar masing-masing tim menghasilkan mikrostruktur dari kedua alloy yang dapat digunakan untuk menimbulkan perbedaan dalam keadaan metallografiknya. Untuk mewujudkan tujuan ini, masing-masing tim harus mengembangkan dan melaksanakan pengolahan panas yang tepat yang didasarkan pada kondisi pengolahan 1050C dan pengolahan-panas ulang pada 600C. Yang menjadi tantangan rancangan adalah menghasilkan bahan yang bisa menunjukkan terjadinya proses difusi. Fasilitas pengolahan panas yang tersedia terdiri dari tungku pemanasan pada 1050C, dan rendaman air atau medium pendingin pada suhu kamar. Dalam laporan anda benarkan pengolahan panas anda dengan mengkaitkan mikrostruktur yang anda amati dengan kekerasan hasil pengukuran, dan bandingkan keduanya. Jelaskan setiap perbedaannya.

Untuk keamanan, Kaca pengaman, sepatu bertapak keras diharuskan sewaktu bekerja di laboratorium tungku pembakaran. Baju lengan panjang dan celana panjang juga diperlukan. Anda akan bekerja dengan peralatan yang dipanaskan hingga temperatur tinggi, karenanya dibutuhkan sarung tangan yang tepat dan alat-alat penanganan. Ingatlah bahwa baja pada suhu kamar tampak persis seperti baja pada 600C; pastikan spesimen anda, atau alat penanganan anda didinginkan sepenuhnya sebelum ditangani dengan tangan telanjang.

Secara Terminologi
Baja tetap merupakan salah satu bahan struktural paling penting, yang jelas didasarkan pada berat yang digunakan dan aplikasi yang beraneka ragam. Sifat-sifat alloy bisa dioptimalkan dengan memvariasikan:
• komposisi
• pengolahan-panas (dengan rentang transformasi kesetimbangan dan transformasi non-kesetimbangan yang mungkin)

Baja Mangan Austenit,
Baja mangan austenit awal, yang mengandung sekitar 1,2% C dan 12% Mn ditemukan oleh Sir Robert Hadfield pada tahun 1882. Baja hadfield memang unik di mana baja ini mengkombinasikan kekerasan dan kekenyalan tinggi dengan kapasitas pengerasan-kerja yang tinggi dan, biasanya, resistansi yang baik terhadap air. Karenanya, baja ini cepat diterima sebagai bahan teknik yang sangat berguna. Baja mangan austenit hadfield tetap banyak digunakan, dengan sedikit modifikasi dalam komposisi dan pengolahan panas, terutama di bidang pengerasan jalan, pertambangan, pengeboran sumur minyak, pembuatan baja, pembangunan jalan kereta api, pengerekan, industri kayu dan dalam produksi semen dan produk tanahliat. Baja mangan austenit digunakan dalam peralatan untuk penanganan dan pengolahan bahan dari tanah (seperti mesin penggiling batu, kilang penggerinda, ember keruk, ember dan gigi sekop, dan pompa untuk penanganan kerikil dan batu). Aplikasi lain meliputi palu pemecah dan panggangan untuk daur ulang mobil dan aplikasi militer seperti alas track tank. Banyak variasi baja mangan austenit asli diajukan, yang tidak jarang dengan hak paten yang tidak dieksploitasi, tetapi hanya sedikit yang diadopsi sebagai peningkatan yang berarti. Ini biasanya melibatkan variasi carbon dan mangan, dengan atau tanpa alloy tambahan seperti chromium, nikel, molubdenum, vanadium, titanium dan bismuth. Rancangan kelas tempaan yang tersedia lebih kecil dan biasanya mendekati komposisi B-3 ASTM. Sebagian kelas tempaan mengandung sekitar 0,8% C dan 3% Ni atau 1% Mo. Biasanya dibutuhkan panas yang besar untuk produksi kelas tempaan, sementara kelas tuang dan modifikasinya lebih mudah diperoleh dalam partai kecil. Penuangan baja mangan bisa mempunyai beberapa lusin kelas modifikasi pada daftar produksinya. Kelas modifikasi biasanya diproduksi untuk memenuhi persyaratan aplikasi, ukuran penampang, ukuran penuangan, biaya dan pertimbangan kemudahan pematerian. Sifat-sifat mekanik baja mangan austenit bervariasi sesuai dengan kandungan carbon dan mengan. Apabila carbon meningkat akan semakin sulit menahan semua carbon dalam larutan padat, yang bisa menyebabkan penurunan kekuatan tarik dan kekenyalan. Namun demikian, karena resistansi abrasi cenderung meningkat sesuai dengan kandungan carbon, kandungan carbon yang lebih tinggi daripada 1,2% rentang tengah kelas A mungkin lebih disukai sekalipun kekenyalan berkurang. Kandungan carbon di atas 1,4% jarang digunakan karena kesulitan memperoleh struktur austenit yang cukup bebas serat, carbide batas, yang merugikan kekuatan dan kekenyalan.

Pandangan Literatur
Mikrostruktur yang terbentuk dari  atas transformasi tergantung pada komposisi, ukuran serat  dan terutama temperatur pada mana transformasi terjadi. Karena itu, konsep dasar dari transformasi  dapat diwujudkan dengan menentukan waktu transformasi dimulai dan selesai pada temperatur sub-kritis isothermal yang berbeda-beda.
Untuk melakukan studi sedemikian, beberapa spesimen baja kecil bisa berada di daerah  yang cukup panjang untuk membentuk austenit homogen. Kemudian setiap spesimen bisa didinginkan sampai ke temperatur sub-kritis yang akan dipadamkan di dalam air untuk “membekukan” mikrostruktur. Dikaji secara mikroskopik untuk menunjukkan sampai sejauh mana transformasi terjadi sebagai fungsi dari waktu dan temperatur. Ini dapat diulangi untuk temperatur sub-kritis yang berbeda-beda.

Tambahan Pengantar Difusi dan Peranannya dalam Perubahan Struktur
Pada semua temperatur di atas 0 ºK atom-atom dalam kisi kristal memiliki energi panas yang termanifestasikan dengan sendirinya dalam getarannya sekitar mean posisi. Frekuensi karakteristik getaran ini sangat tinggi (1013 Hz) dan sebagian besar tidak sensitif terhadap temperatur, sementara amplitudo getaran meningkat sesuai dengan temperatur. Karena itu, atom-atom di dalam kisi berada di dalam keadaan gerakan permanen dan tetap menjaga kesetimbangan dianmis. Kesetimbangan bisa diganggu dengan memasukkan atom-atom dengan spesies yang berbeda ke dalam kisi.
Konsekuensi dari peningkatan konsentrasi atom jenis tertentu di dalam daerah tertentu adalah kecenderungan atom-atom ini bermigrasi menjauhi daerah ini untuk mencapai keadaan kesetimbangan dengan konsentrasi yang seragam. Mekanisme atom yang berbeda-beda yang bertanggungjawab atas proses difusi bisa diidentifikasi.
Laju proses difusi ditentukan oleh beberapa parameter.
Probabilitas lompatan yang berhasil atas penghalang berkurang secara eksponensial sesuai dengan tinggi penghalang,
Laju lompatan sebanding dengan perkalian probabilitas dengan frekuensi getaran atom.