Pengaruh Fosfor (P)

Besi dengan fosfor akan membentuk senyawa fosfid Fe3P dan Fe2P. Antara Fe3P dengan besi a akan membentuk eutektikum pada temperatur 1050 oC dan  kandungan P 10,5%. Paduan Besi – Fosfor membeku secara stabil walaupun pendinginan dilakukan dengan cepat. Pada pendinginan yang lambat (sekitar 50 K/menit) akan terbentuk Fe2P yang tidak stabil dan membentuk eutektikum pada temperatur 945 oC dan kandungan P = 12,5%.

Gambar 1. Diagram biner Fe – P.

P termasuk dalam golongan unsur paduan yang mempersempit daerah γ paduan besi-fosfor. Pada kandungan P = 0,6%, struktur paduan besi-fosfor yang bebas karbon sudah akan feritis penuh.

Pada paduan baja-karbon, kandungan P umumnya adalah 0,06%. Hanya pada beberapa baja khusus saja yang memiliki kandungan P sampai 0,3%. Karena pada temperatur kamar P dapat larut sampai 0,6% didalam besi α, maka sampai dengan kandungan ini tidak akan menghasilkan fasa-fasa khusus didalam baja. Terutama karena Fe3P tidak terbentuk didalam baja (tidak seperti pada besi cor).

Perlu diperhatikan, bahwa karena perbedaan temperatur yang besar antara likuidus dan solidus, juga karena lambatnya kecepatan difusi P kedalam besi, maka kristal campuran γ (austenit) akan memiliki kecenderungan yang kuat untuk terjadinya segregasi kristal.

Dendrit-dendrit γ yang terbentuk pada awal proses kristalisasi akan memiliki kandungan P jauh lebih sedikit dari kristal γ yang terbentuk dari sisa cairan, dimana disini terjadi pengayaan kandungan P. Perbedaan kandungan P pada struktur kristal ini tidak dapat diubah dengan mudah baik pada proses pengerjaan panas maupun pada saat perlakuan panas biasa terhadap baja. Segregasi P ini baru dapat dihomogenkan melalui suatu proses pemanasan yang lama dan mahal pada temperatur yang sangat sedikit dibawah temperatur solidusnya (diffusions heattreatment). Untuk mencegah segregasi ini, maka stu-satunya cara yang dianjurkan adalah dengan mengendalikan kandungan P didalam baja serendah-rendahnya.

Disamping segregasi P secara primer tersebut diatas, terdapat kemungkinan terjadinya segregasi P secara sekunder, dimana pada saat pendinginan, ferrit yang terbentuk dari austenit memiliki kemampuan melarutkan P lebih tinggi dari austenit. Sehubungan dengan kecepatan larut P yang sangat rendah dan temperatur pembentukan α yang juga lebih rendah, maka segregasi P ini tidak dapat dihindari. Maka pada struktur, kristal-kristal α akan memiliki kandungan P yang berbeda-beda.

Segregasi P primer juga akan berpengaruh terhadap pembentukan struktur perlit-ferit. Kelarutan C didalam austenit akan menurun akibat adanya P. Apabila segregasi P ini terjadi pada kristal campuran γ (austenit), maka atom-atom C akan terdesak dan menumpuk pada bagian kristal yang miskin P, sehingga sudah sejak fasa austenit dan pada temperatur tinggi dapat terjadi pembentukan struktur karbon.

Pada proses pendinginan, kristal α (ferit) akan terbentuk pada struktur yang miskin C yang notabene kaya akan P. Pada saat yang sama perlit terbentuk pula pada bagian struktur yang kaya dengan unsur C yang miskin P. Akibatnya akan terjadi inhomogenitas struktur perlit-ferrit yang hanya dapat dihilangkan melalui peningkatan temperatur proses normalisasi.

Hal lain yang sangat perlu diperhatikan adalah kemungkinan akan terjadinya segregasi rongga gas pada produk baja. Proses pendinginan baja cair akan selalu terjadi pelepasan gas dalam bentuk rongga-rongga yang mengapung kepermukaan atas. Pergerakan rongga gas ini semakin melambat bersama  dengan turunnya temperatur cairan sehingga lambat-laun akan tinggal diam didalam cairan yang semakin kental. Pada saat ini, tekanan udara didalam rongga-rongga gas juka akan ikut menurun dan bergerak kearah sisa cairan yang kaya dengan kandungan P (dan S) serta berkumpul menjadi koloni rongga-rongga gas didaerah ini.

Gambar 2. Rongga gas didalam produk bantalan dari bahan baja.

Atas: Tanpa etsa. Dengan metode Oberhoffer. Segregasi P terlihat berwarna terang.

 

Gambar 3. Segregasi gas pada produk tempa dari baja 40Mn5.

Etsa: Oberhoffer.

Segregasi P pada baja-baja teknik sangat dihindari mengingat inhomogenitas struktur yang disebabkannya, dimana hal ini juga akan mengakibatkan perbedaan kekerasan, kekuatan maupun keuletan. Perbedaan kekuatan dan keuletan pada struktur mikro akan menimbulkan tegangan dalam yang besar yang akhirnya mengakibatkan terjadinya keretakan.

Gambar 4. Retakan pada bagian produk baja tempa 37MnSi5

dengan segregasi P luas.

P juga menjadi penyebab perapuhan baja pada keadaan dingin yang ditunjukkan dengan peningkatan kekuatan namun dengan demikian menurunkan mampu takiknya sebagaimana ditunjukkan pada tabel berikut:

Baja dengan σs [N/mm2] σs [N/mm2] HB d [%] Impack [J/cm2]
0% P 280 340 100 30 340
0,2% P 360 410 125 30 200
0,4% P 440 480 155 25 0

Tabel 1. Penurunan harga impak akibat pengaruh kandungan P pada baja.

Kandungan P tinggi (sampai dengan 0,6%) didalam baja hanya dilakukan pada kasus-kasus tertentu saja khususnya pada produk-produk tipis, sebab P meningkatkan fluiditas cairan sehingga mampu alirnya meningkat cukup tinggi.

19 responses

2 11 2011
Sugeng Sudarno

Ingin bertanya.
Jika kandungan P sudah kelewat tinggi di tanur induksi (> 0,3%). sedangkan kandungan P maksimal yang diijinkan adalah 0,3%. Adakah cara untuk menurunkan kandungan P di cairan tersebut?
jika unsur P harus diikat dan di buang, unsur apa yang bisa mengikat unsur P di cairan logam?

2 11 2011
R. Widodo

Yth mas Sugeng.

Sebaiknya kontrol asupan charging de3ngan baik supaya P tidak kelebihan. Kalau pun lebih maka tidak terlalu banyak untuk diturunkan dengan menambahkan steel scrap kedalam cairan, sehingga tidak mengakibatkan kandungan yang lainnya turun terlalu banyak.

Proses dephosphorisasi biasanya dilakukan pada steel making termasuk menggunakan batu kapur dan batu karbit.

Semoga membantu..

25 01 2012
iyep peri iskandar

pak,cara melihat segregasi secara visual bisa dgn cara apa?apa proses perlakuan panas bisa menghilangkan segregasi tersebut?

26 01 2012
R. Widodo

Yth mas Iyep

Segregasi makro masih dapat diamati secara kasat mata. Misalnya segregasi berat jenis. Akibat perbedaan berat jenis, dalam keadaan cair yang lama, material yang ringan akan bergerak kepermukaan atas sehingga terjadi gradasi struktur dari bagian atas kebawah yang tampak dari kekasaran maupun warna nya. Demikian pula segregasi garis tengah, dimana unsur2 paduan akan cenderung bergeser dan berkumpul didaerah terpanas (biasanya ditengah).

Segregasi mikro (misalnya segregasi kristal) hanya dapat diamati melalui mikroskop atau diketahui melalui fenomena2 yang muncul (misalnya terjadi pertapuhan bahan).

Segregasi sebaiknya dicegah dengan cara pengendalian paduan serta suhu cair yang baik. Walaupun secara perlakuan panas masih dapat diperbaiki (segregasi kristal) namun biayanya akan sangat mahal, karena proses HT yang khusus.

Semoga berguna.

21 06 2013
iyep

Terima kasih banyak pak, bisa info reff mengenai metode proses HT tersebut.

24 06 2013
R. Widodo

Yth mas Iyep

Coba lihat: ASM Metals Handbook vol 4: Heat Treating.

Semoga berguna.

28 06 2013
Iyep Peri Iskandar

Terima kasih pak widodo,berguna sekali. sudah saya lihat di ASM Metals Handbook vol 4: Heat Treating, saya juga coba study banding pada casting material baja paduan dari karakteristik segregasi yang sudah bapak sampaikan diatas dengan kondisi yang sedang saya analisa, yaitu :
1.Material yang ringan akan bergerak kepermukaan atas sehingga terjadi gradasi struktur dari bagian atas kebawah. Demikian pula segregasi garis tengah, dimana unsur2 paduan akan cenderung bergeser dan berkumpul didaerah terpanas
Hasil cek : terdapat perbedaan komposisi beberapa unsur yang berbeda hampir mendekati batas maksimum seperti C, Si, P, dan Cr pada posisi 1/ 5 didalam material dari posisi permukaan atas material dibanding dengan komposisi diatas dan dibawahnya yang cenderung stabil.
2.Segregasi mikro hanya dapat diamati melalui mikroskop atau diketahui melalui fenomena2 yang muncul.
Hasil cek : saya lakukan cross cut pada material yang sebelumnya terdeteksi dengan ultrasonik tes pada posisi 1/5 dibawah permukaan, kemudian dilakukan cross cut pada area tsb, secara visual dengan kasat mata tidak terlihat tetapi dengan metode penetrant test hasilnya muncul bintik kecil sekali, kemudian saya lakukan pengamatan dengan mikroskop perbesaran 100X tanpa etsa yang saya temukan celah kosong seperti batas butir yang terbuka.
Pertanyaan saya :
1. Unsur2 apa saja yang dominan ter-segregasi.
2. Menurut bapak, fenomena apa dari temuan saya (no.2).
3. Apakah pada fenomena “celah terbuka pada batas butir” yang saya temukan bisa dihilangkan dengan suhu HT, karena temperatur melting material saja pada temp. 1600 oC.

Terima kasih.

1 07 2013
R. Widodo

Yth mas Iyep

Ada dua tipe unsur2 yang memiliki kecenderungan segregasi kuat yaitu:
a. Unsur paduan yang memiliki density jauh berbeda dengan material indukya (segregasi berat jenis), misalnya karbon (C) dalam besi atau Al dalam tembaga (Al-bronze).
b. Unsur yang memiliki kelarutan rendah dalam material induknya, misalnya fosfor dalam besi Unsur paduan yang tidak segera larut akan terdesak kebatas2 butiran dan membentuk segregat disana.

Point b diatas menjawab pertanyaan Anda no 2.

Pada prinsipnya, batas butir memang kosong. Seharusnya butiran2 kristal tumbuh saling berdempetan sehingga tidak menimbulkan celah kosong. Namun demikian pasti masih akan ditemukan celah2 kosong, khususnya apabila butiran material Anda kasar.

Maka solusinya adalah dengan memperhalus butiran melalui penambahan jumlah inti pembekuan (nucleus) atau mempercepat proses pembekuan. Pada produk yang sudah solid, maka dapat Anda lakukan proses rekristalistions treatment dengan pendinginan agak dipercepat.

Semoga membantu.

17 02 2012
Anton DJ-awa

ada yang tau klo mau beli fosfor ingot / fosfor waffle dimana ya ??

22 09 2013
Edy

selamat siang Pak Wid..
kami sedang membuat Part dengan ketebalan minimal 9 mm
Si;2.0~2.2 , C: 3.2~3.3,Mn0.6~0.7,S 0.08~0.1,Cr0.2~0.3,Cu0.3~0.35

Pouring Temp 1420~1440°C

pertanyaan saya ,kenapa posisi dekat Gate terjadi Grafit E dan D,
sementara dijauh gate grafit A+B.

kami menggunakan media pengecoran pasir cetak

trimakasih

23 09 2013
R. Widodo

Yth mas Edy.

Komposisi tersebut memiliki CE hanya sekitar 4, masih jauh dari komposisi eutektikny (4.3) apalagi untuk produk tipis dan tambahan Cr sd 0.3%. Grafit E dan D muncul pada komposisi hipoeutektik.

Saran saya.naikkan C menjai minimum 3.5 dan lakukan inokulasi 0.1%

Semoga berguna.

27 10 2015
hans

Yth pak widodo.

mohon bantuannya, ditempat saya ada proses peleburan baja steel grade sup9 special steel untuk spring,. produck yg dibuat size 130×130 billet.. tapi masi terdapat keretakan , yg sering disebut dengan corner crack, sampai saat ini berbagai cara sudah dilakukan dari pendinginan, temperatur, dan bahkan hal2 teknis sudah dilakukan tapi masi saja trdapat corner crack, mohon sarannya langkah2 apa yg harus dilakukan?

28 10 2015
R. Widodo

Yth mas Hans

Apakah defect corner crack ini juga terjadi pada produk lain (geometri atau material)? Bila ya maka cacat tersebut pada proses continues casting secara umum dapat disebabkan oleh:
a. suhu cairan yang tidak seragam (suhu cairan sekitar dinding chamber dingin),
b. kandungan Al maupun S tinggi,
c. suhu dies tidak homogen,
d. gesekan yang besar antara casting dengan dies (distribusi casting powder kurang merata),
e. cairan kurang panas

Selain itu terdapat penelitian yang menyimpulkan bahwa kandungan gas yang tinggi juga memiliki efek yang besar terhadap terjadinya corner crack, jadi proses degassing juga perlu mendapat perhatian.

Namun bila hanya terjadi pada billet atau material yg Anda sebutkan, tentu perlu kajian lebih spesifik untuk menentukan langkah2 perbaikan. Khususnya untuk bahan SUP9 dengan C: 0.52-0.6 (relatif tinggi) dengan Cr: 0.65-0.95 akan menghasilkan karbida Cr dibatas2 butiran cukup banyak. Hal ini akan menyebabkan perapuhan. Jadi menargetkan kandungan C maupun Cr pada batas bawah menjadi suatu pilihan.

Semoga membantu.

22 12 2015
hans

terimakasih pak widodo. strategi yg bapa berikan sudah dilakukan semuanya, sangat bermanfaat sekali..dan berguna. saya mau tanya , ada beberapa steel grade yg bisa dinamakan baja karbon sedang, ada stndard Chemikal, Nitrogen yg ditambahakan (N2 100-160 ppm.) ada baja karbon rendah yg max N2 60ppm. pertanyaannya; 1. apa pengaruh N2 trhadap baja karbon sedang dan jika trget n2 trsebut melebihi atau kurang.dri target impack ke produk baja billet seperti apa?? 2. Kenapa baja karbon rendah tidak di tmbahkan N2. maks N2 60 ppm. selanjutnya . Apa pengaruhnya unsur tembaga pada baja yg mana produk kami ada billet gradenya SuP9 standard yg diinginkan mak 0.030% jika trlalu tinggi apa efeknya pada baja.

22 12 2015
R. Widodo

Yth mas Hans

Semua baja cair mengandung N2 yang terlarut didalamnya. Saat solidifikasi, N2 akan terjebak didalam padatan bisa sebagai gas porosity, presipitat yang merupakan senyawa2 nitride dan atau terinterstisi diantara kristal2 larutan padat. Efek dari N2 ini bisa positif bisa juga negative tergantung unsur2 lain yang bereaksi dengannya. Namun secara umum, pada peleburan baja, N2 dijaga pada level minimum. N2 akan berefek terhadap inkonsistensi sifat2 mekanik baja pengerjaan panas seperti hot rolled steel, perapuhan pada daerah HAZ pada baja pengelasan serta penurunan formability untuk baja cold forming.

Namun demikian, N2 justru sering ditambahkan pada baja paduan rendah untuk menghasilkan berbagai nitride (senyawa dengan Al, V, Nb, Ti) yang memiliki fasa bulat serta menghasilkan ferrit halus sehingga nilai impak nya naik. Sedangkan pada baja karbon tanpa paduan yang akan terbentuk adalah senyawa besi nitrid yang memiliki fasa jarum (runcing) sehingga menurunkan harga impak. Ini sebabnya N2 dibatasi rendah untuk baja karbon.

Semoga membantu.

10 02 2016
febriano manuhutu

pak klo pada komposisi kimia posfor lebih kecil dari maxcimun itu gmn ?

11 02 2016
R. Widodo

Yth mas Febriano.

Unsur P biasanya ditambahkan kedalam besi cor ataupun baja untuk meningkatkan fluiditasnya. Namun dibatasi (maksimum) agar tidak terjadi segregasi unsur P yang merugikan (khususnya pada baja). Jadi bila P lebih rendah dari yang dinyatakan pada standar bahan, maka sebenarnya akan memiliki efek positif terhadap bahan, hanya saja, secara teknis penuangan, butuh suhu yang lebih tinggi agar fluditas tetap tinggi.

Semoga membantu.

30 08 2016
Boy

Sore pak.

saya mau tanya.

sdah 2 minggu live time/ umur Ladle(batu refractories Working lining) di tmpt saya bekerja mengalami penurunan. AWAlnya 25 ch turun menjadi 14 ch. dari segi proses normal mesin normal,, material refractori/batu ladle yang digunakan sama, dari material sebelumnya, dan penurunan umur ladle ini akibat erosi batu dimana proses tersebut di ARc furnace..

mohon bantuan/ masukan dari pak widodo, menurt bpk pengikisan batu ladle tersebut terjadi karna faktor,
1. kadar P tinggi? apa hubungann kadar P dengan batu ladle
2. Kadar Mn dan Si dan Al tinggi , apa hubungannya dgn batu ladle reaksi apa yang terjadi jenis batu ladle adlah Supermag 12f7x, chemical nya ad; Sio2 2,21%, Al203 3,54%, Fe2o3 0,91% Cao 1,40 MgO 91,94

tks.

31 08 2016
R. Widodo

Yth mas Boy.

Penurunan umur lining yang paling banyak terjadi adalah akibat dari korosi yaitu reaksi kimia oleh oksida2 khususnya SiO2, MnO dan FeO. Magnesia (MgO) pada bahan refractory akan larut dengan tingkat kejenuhan 6-14% kedalam slag (oksida) yang terbentuk. Jadi semakin banyak slag pada proses Anda, maka lining akan lebih cepat habis.

Dengan asumsi proses normal, arc furnace normal, rafraktory dan instalasi sama, maka kemungkinan yang berbeda adalah pada input bahan Anda. Coba Anda periksa bahan baku Anda, apakah bahan kali ini berpotensi terhadap terjadinya slag berlebih, sehingga meningkatkan tingkat korosivitas cairan Anda.

Semoga membantu.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s




%d bloggers like this: