Pengaruh Silikon (Si)

Pada proses peleburan baja, Silikon (Si) biasanya berasal dari lining tanur, terutama tanur asam dan terak sebagai hasil reduksi SiO2 yang terkandung didalamnya. Namun demikian Si dalam bentuk Ferosilikon (FeSi) digunakan pula sebagai media deoksidasi dan reduksi besi oksida (FeO) kembali menjadi Fe dan sisanya terak SiO2.

Kandungan Si sebesar 0,2 – 0,5% berguna sebagai unsur paduan yang mengakibatkan peleburan baja menjadi tenang (tidak bergejolak). Sedangkan kandungan Si = 0,1% akan menyebabkan proses peleburan baja masih cukup bergejolak. Proses peleburan baja akan sangat bergejolak bila kandungan Si dibawah 0,02%, kecuali kedalamnya dipadukan unsur lain yang juga berfungsi sebagai deoksidator seperti Aluminium ataupun Titanium.

Kemampuan besi α (ferit) dalam melarutkan Si sangat tinggi dan pada temperatur kamar masih sebesar 14%. Oleh karena itulah pada struktur baja karbon polos dengan kandungan Si dibawah 0,5% tidak ditemukan fasa-fasa selain yang terkandung dalam baja pada umumnya. Si dalam jumlah kecil akan larut sempurna didalam kristal campuran α-silikon (silikoferit).

Pada baja karbon sebagian dari Si juga akan membentuk karbida (silikonkarbid), sehingga secara umum bila dibandingkan dengan unsur karbon, Si hampir tidak memiliki pengaruh terhadap perubahan struktur baja.

Si memiliki afinitas yang sangat tinggi terhadap O2. Reaksi-reaksi yang terjadi selama proses peleburan menjadi senyawa SiO2 akan bereaksi dengan oksida-oksida lain menjadi berbagai jenis silikat, seperti (FeO)2.SiO2, (MnO)2.SiO2, MnO.SiO2, (MnO)2.FeO.SiO2 dan 3Al2O3.2SiO2. Senyawa-senyawa silikat inilah yang menyebabkan baja dengan kandungan silikon tinggi akan berserabut ketika mengalami deformasi plastis.

Si akan menurunkan titik lebur baja secara drastis dengan temperatur interfal liquidus – solidus sangat kecil sehingga segregasi Si tidak sempat terjadi. Namun demikian pada kandungan 2%, Si akan menyebabkan terjadinya zona peralihan kristal (transkristalisationszona) pada coran masif.

Si termasuk dalam golongan unsur yang mengecilkan daerah γ (austenint)  pada sistim besi-karbon sedemikian rupa sehingga pada kandungan Si lebih dari 3,5% akan memiliki struktur feritik sejak mulai beku hingga temperatur kamar. Pengecilan daerah γ ini juga akan menaikkan temperatur transformasinya dimana untuk setiap 1% Si akan menaikkan temperatur transformasi γ sebesar 50 oC, hal mana akan berakibat terhadap pertumbuhan butiran yang kasar pada proses anil, rekristalisasi dan pengerasan.

Pada baja dengan kandungan Si tinggi, atom-atom yang menyusun unit sel akan tertata secara merata dan membentuk struktur jenuh yang memiliki karakteristik seragam. Tatanan ini akan meningkatkan sifat hantar listrik serta sekaligus juga tingkat kerapuhan bahan sehingga proses pengerjaan dingin hanya mungkin dilakukan terhadap baja dengan kandungan Si maksimum 3%, bahkan pada kandungan Si lebih dari 7%, proses pengerjaan panaspun hanya dapat dilakukan dengan hasil yang buruk. Pada kandungan Si diatas 10%, paduan sudah kehilangan kemampuan bentuknya.

Pengaruh umum dari unsur Si terhadap paduan besi karbon dapat dilihat pada gambar. Dengan adanya Si ini maka baik titik eutektoid maupun eutektik akan bergeser kearah kandungan C yang lebih rendah.

Pembentukan struktur baja akibat pengaruh unsur Si.

Si merupakan unsur yang akan menurunkan kelarutan C didalam ferit serta mengurangi tingkat stabilitas dari sementit sehingga pada proses anil akan mudah terurai menjadi Fe dan C dalam bentuk grafit, khususnya pada kandungan Si yang cukup tinggi. Sebagai contoh, baja dengan kandungan C=0,8% dan Si=2% sudah akan menampakan struktur patahan berwarna kehitaman. Mudahnya penguraian C ini juga akan berdampak terhadap kecenderungan dekarburisasi pada permukaan produk.

Terhadap kekuatan tarik dan batas pemuluran, setiap 1% Si akan mampu meningkatkan hingga 100 N/mm2 tanpa pengaruh berarti terhadap kekerasan dan elongasinya. Elongasi baru akan berkurang cukup banyak pada kandungan Si lebih besar dari 2,2%. Sedangkan kekerasan dan ketahanan gesek yang lebih baik baru akan tampak setelah melalui proses pengerasan.

Pengaruh teknis penting lainnya dari unsur ini adalah meningkatnya sifat tahanan listrik spesifik. Dibandingkan dengan baja biasa yang memiliki tahanan listrik spesifik 0,1 W mm2 m-1, dengan penambahan Si sebesar 4% akan meningkat menjadi 0,6 W mm2 m-1. Sehingga sebagai bahan dasar pada trafo, kerugian enerji akibat arus putar dapat dikurangi secara signifikan.

27 responses

11 09 2012
stefanus

yth.bpk widodo
saya pernah menemukan %Si sampai 2.2% (hasil spectro) pada pembuatan tooth bucket,
-apakah peranan Si sebesar itu untuk meningkatkan kekerasan pak setelah proses hardening?
-atau mungkin ada tujuan/keuntungan yg lain dengan persentase Si setinggi itu?thanks

11 09 2012
R. Widodo

Yth mas Stefanus.

Sebenarnya Si berkisar antara 1.6-1.8%, itu terdapat pada Si modified ultra high strength steel. Fungsinya adalah untuk a. meningkatkan deepth hardenability, b. meningkatkan solid solutions strengthening ability dan c. meningkatkan ketahanan terhadap efek pelunakan pada suhu tinggi.

Semoga berguna.

18 10 2012
stefanus

yth pak R.Widodo
-berarti dengan Si berkisar antara 1,6-1,8% “hanya” terdapat pada high alloy steel ya pak?utk low alloy steel tidak ada ya pak?
sebab sy coba cari di key to steel, utk Si >1,6% elemen paduannya >10%
terima kasih atas bimbingan bpk

29 10 2012
stefanus

yth pak R.Widodo
-berarti dengan Si berkisar antara 1,6-1,8% “hanya” terdapat pada high alloy steel ya pak?utk low alloy steel tidak ada ya pak?
sebab sy coba cari di key to steel, utk Si >1,6% elemen paduannya >10%
terima kasih atas bimbingan bpk

29 10 2012
R. Widodo

Yth mas Stefanus.

Si memiliki efek penguatan pada baja struktural paduan rendah. Kandungan Si tinggi akan meningkatkan ketahanan terhadap pengelupasan pada suhu pemanasan. Selain itu Si juga memiliki pengaruh signifikan terhadap peningkatan yield strength pada penguatan presipitasi dan secara umum diterapkan pada baja2 HSLA (high strength low alloy) serta diaplikasikan pada struktur rivet (keling) dan mur/baud.

Pada baja yang akan dilas hanya dapat diterapkan sebanyak 0.3% sebab pada persentase yang lebih tinggi akan mengakibatkan penurunan ketahanan impak serta keampuan las.

Semoga membantu.

26 08 2013
Daniel

Yth Bpk. Widodo

ada studi kasus mengenai FC/ FCD
“ketika ada 2 buah benda berbeda ukuran, 1 besar ,1 kecil, dengan komposisi peramuan yang sama”
– bagaimana hasilnya dalam konteks “grafit”
– bisa kah kedua benda tersebut memiliki kesamaan dalam konteks “grafit”

terima kasih Pak, mohon bimbingannya

28 08 2013
R. Widodo

yth mas Daniel.

Bayangkan jika Anda corkan cairan dengan komposisi untuk benda tebal (misalnya C:3.4%, Si:2.6%) ke benda yang tipis. Maka pada benda tipis akan terdapat struktur ledeburit (perlit + karbida besi) yang oleh karena itu grafitnya akan berkurang atau bahkan tidak ada sama sekali (karena C yang seharusnya menjadi grafit tertransformasi menjadi karbida besi Fe3C).

Jadi kesimpulannya. Grafit tidak sama.

Semoga berguna.

5 09 2013
Daniel

Oke pak terima kasih atas materinya, sangat membantu

8 10 2013
Jusepa Fathullaesa S (@fathullaesa)

Yth. Bpk Widodo
saya melakukan trial pada proses melting dengan mengganti sumber material (FeSi) yang yang saya gunakan, hasil spektro dan CE masuk kedalam standar yang telah ditentukan, akan tetapi hasil TS dan hardness tidak tercapai. apakah mungkin suatu produk dengan komposisi yang sama akan tetapi menggunakan sumber material yang berbeda dapat menghasilkan mechanical properties yang berbeda?
terima kasih,

8 10 2013
R. Widodo

Yth mas Jusepa

Mechanical properties pada besi cor dipengaruhi oleh:

1. Kandungan C dan Si setelah inokulasi (CE) terhadap tebal produk. Keduanya sebenarnya memiliki range yang sangat tipis. misalnya: komposisi 1 memiliki C 3.6% dan Si 2% sedang komposisi 2 memiliki C 3.8% dan Si 2.2 %. Berdasarkan salah satu standar, keduanya masuk dalam range. Namun kenyataannya bila dicor ke sampel dengan ketebalan sama akan menghasilkan grade yang berbeda. Apalagi dicor pada ketebalan yang berbeda.
2. Suhu dan bahan mold. Semakin tinggi konduktifitas termal bahan mold akan menghasilkan proprti yang semakin kuat.
3. Unsur lain yang tidak terbaca oleh spektrometri aalagi CE meter yang mungkin terkandung dalam bahan inokulan Anda. Karena FeSi inoculant terdiri dari berbagai jenis sesuai peruntukannya.
4. Jumlah inokulasi. Misalnya 0.1% dan 0.2%. Walaupun komposisi akhir berdasarkan spektrometri dan CE meter sama, namun jelas akan menghasilkan struktur (jumlah grafit) yang berbeda.

Jadi, mengganti bahan inokulan dengan jenis yang berbeda, memungkinkan terjadi perbedaan property pula.

Semoga membantu.

16 10 2014
sholeh

Yth. Pak Widodo
Untuk kandungan antara Si dan Mn mana yang sangat berpengaruh pada komposisi material, terutama pada pemilihan material jika akan di gunakan pada proses pengelasan. ( pemilihan kawat las )

20 10 2014
R. Widodo

Yth mas Sholeh

Weldability diukur berdasarkan carbon equivalent (Ceq) material sebagai berikut:
> Untuk structural steel (unalloyed), Ceq= %C + (MN/4) + (SI/4).
> Untuk Lowalloyed steel, Ceq = %C + (MN/6) + (NI/20) + (CR/10) + (MO/40) + (V/10).
Semakin tinggi Ceq, maka welability baja akan semakin rendah.

Jadi untuk structural steel, baik Mn maupun Si memiliki efek yang sama terhadap weldability, sedangkan untuk lowalloyed steel Si tidak memiliki efek yang berarti. Hal ini tentu juga berlaku pada pemilihan kawat las.

Semoga membantu.

19 01 2016
Yohanes victor

Yth. Bpk Widodo

saya mau nanyak pak widodo,, buat kerjaan saya, apakah bahan zincalume ketebalan 0,40 (tct) dengan komposisi Ai 55%, si1,5% dan zinc 43,5%. berapa persen bisa menahan panas matahari,?
Terima kasih

20 01 2016
R. Widodo

Yth mas Yohanes.

Zincalume adalah lapisan tipis pada pelat baja untuk meningkatkan ketahanan korosi serta menahan rambatan panas. Biasanya diaplikasikan pada atap gelombang. Data persentase panas yang diserap tidak saya temukan, namun ada pengujian yang membandingkan transmisi panas beberapa jenis bahan atap, sebagai berikut:

Penyebaran atau transmisi panas di bawah atap, baja lapis Zincalume menunjukkan angka sebesar 65 h/watt/m2, galvanis 120 h/watt/m2 dan asbestos cement 150 h/watt/m2. (http://atapkubah.com/atap-zincalume/#.Vp8PNeLr_QI).

Semoga membantu.

22 01 2016
Yohanes victor

Terima kasih atas bantuannya, sangat membantu untuk perkuliah saya.

26 05 2016
wiya megantoro

pak mautanya kelebihan dan kekurangan besi cor paduan si itu apa ya dan persenan dari si nya itu berapa persen….?

30 05 2016
R. Widodo

Yth mas Wiya

Besi Cor (cast iron) mengandung Si 1.4%-2% dan C 3.2%-3.8%. Semakin tipis produk besi cor, maka kandungan Si maupun C semakin tinggi. Fungsi Si dalam besi cor adalah untuk mengurai karbida (Fe3C) menjadi besi dan grafit. Jadi bila Si terlalu rendah akan terjadi struktur ledeburit (pembekuan putih) yang keras. Ledeburit terdiri dari senyawa karbida (Fe3C) dan perlit.

Semoga membantu.

3 10 2016
Ruly

Assalammualaikum wr,wb. Pak Widodo
Perkenalkan saya Ruly mahasiswa Politeknik Manufaktur Ceper yang sedang melaksanakan program magang.
ada sedikit masalah yang terjadi pada suatu produk di perusahaan tempat saya magang, yaitu terdapat cacat crack pada stainless steel CH-20. Benda casting ini sebelumnya tidak mengalami masalah apapun, masalah itu muncul ketika ada perubahan perbandingan komposisi deoksidator berupa Ca-Si dan Fe-Si. Selain itu indikasi lainnya yang saya analisa yaitu penggunaan bahan paduan yang berbeda pula sehingga sedikit merubah hasil komposisi spectronya, terdapat kandungan Boron (B) yang cukup tinggi. yang ingin saya tanyakan permasalahan crack itu muncul lebih disebabkan oleh pengaruh unsur Boron atau pengaruh dari perubahan perbandingan komposisi deoksidator?

Terima Kasih

6 10 2016
R. Widodo

Waalaikumsalam.

Yth mas Ruly.

Boron dalam baja, khususnya low alloy memiliki efek meningkatkan hardenability. Untuk stainless steel, kandungan B akan membentuk senyawa borid yang memicu terjadinya intergranular corrosion. Retak permukaan bisa disebabkan oleh pembentukan okside dipermukaan yang tinggi (kandungan O2 dalam cairan masih tinggi). Ini mengindikasikan proses deoksidasi yang Anda lakukan mungkin kurang berhasil. Saran sy, coba Anda cari perbandingan komposisi deoksidator yang lebih ideal, atau Anda dapat mencegah oksidasi selama proses peleburan dengan menerapkan SOP yang tepat.

Semoga membantu.

26 10 2016
Ruly Widhiatmoko

Terimakasih pak atas saranya, tapi adakah cara penghitungan persentase bahan deoksidasi pada baja, karena semua yg dilakukan disini tidak berdasarkan hasil perhitungan melainkan hanya spekulasi dan beberapa percobaan. Dan juga adakah cara menghitung temperature deoksidasi yang tepat? terimakasih

27 10 2016
R. Widodo

Yth mas Ruly

Tentang deoksidasi baja silakan lihat: http://nptel.ac.in/courses/113104059/lecture_pdf/Lecture%2024.pdf

Semoga membantu.

22 10 2016
assidiqi dinul akbar

Assalammualaikum wr,wb. Pak Widodo
perkenalkan nama saya assidiq saya mahasiswa unpas jurusan teknik mesin,kebetulan saya sekarang sedang tugas akhir tentang karakterisasi carabiner screw material baja, saya mau minta pendapat bapak tentang analisa pengaruh unsur kandungan Si tehadap baja,apakah keuntungan atau kekurangan Si itu sendiri terhadap harga2 kekutan baja itu sendiri, terima kasih

24 10 2016
R. Widodo

Waalaikumsalam.

Yth mas Assidiqi.

Si termasuk dalam golongan unsur yang mengecilkan daerah gama (austenit) pada sistim besi-karbon sedemikian rupa sehingga pada kandungan Si lebih dari 3,5% akan memiliki struktur feritik sejak mulai beku hingga temperatur kamar. Pengecilan daerah gama ini juga akan menaikkan temperatur transformasinya dimana untuk setiap 1% Si akan menaikkan temperatur transformasi gama sebesar 50 oC, hal mana akan berakibat terhadap pertumbuhan butiran yang kasar pada proses anil, rekristalisasi dan pengerasan.

Pada baja dengan kandungan Si tinggi, atom-atom yang menyusun unit sel akan tertata secara merata dan membentuk struktur jenuh yang memiliki karakteristik seragam. Penataan ini akan meningkatkan sifat hantar listrik serta sekaligus juga tingkat kerapuhan bahan sehingga proses pengerjaan dingin hanya mungkin dilakukan terhadap baja dengan kandungan Si maksimum 3%, bahkan pada kandungan Si lebih dari 7%, proses pengerjaan panaspun hanya dapat dilakukan dengan hasil yang buruk. Pada kandungan Si diatas 10%, paduan sudah kehilangan kemampuan bentuknya.

Semoga membantu.

30 10 2016
assidiqi dinul akbar

Kebetulan kandungan si di dalam karabiner yg saya uji sktar 0,85 pak,berpengaruh kepada apa saja pak Si itu sendiri di dalam baja dksus ini baja karbon sedang dan rendah, contoh apakah semakin tinggi si semakin menurunkan harga kekerasan atau sifat yg mekanik yg lain pak, mohon bantuan nya

31 10 2016
R. Widodo

Yth mas Assidiqi.

Sampai dengan 1% Si berperan sebagai deoxidator. Pada baja umumnya terdapat 0.1-0.3% Si. Pada proses pengelasan Si (sd 1%) berguna untuk doksidasi kampuh las sehingga menghasilkan kekuatan las yang lebih baik. Namun perlu diperhatikan, bahwa Si juga menurukan ductility bahan sehingga kemungkinan akan memicu keretakan.

Semoga membantu.

26 10 2016
Ruly Widhiatmoko

assalammualikum wr,wb pak widodo
saya ruly mahasiswa politeknik manufaktur ceper, ingin bertanya
1. adakah pengaruh unsur Boron (B) pada baja. apakah unsur tersebut dapat mengakibatkan crack pada benda? karena pengaruh boron yang membuat sebuah material menjadi lebih keras.
2. unsur penggunaan unsur deoksidasi seperti Ca-Si dan Fe-Si adakah pengaruhnya terhadap sifat baja? dan satu lagi cara penghitungan temperature deoksidasi?
terimakasih
wassallammualaikum wr.wb

31 10 2016
R. Widodo

Waalaikumsalam.

Yth mas Ruly.

1. Boron (B) meningkatkan hardenability baja. Jadi efeknya baru akan terasa bila baja dikeraskan. Boron tidak membuat material menjadi lebih keras, namun menjadi keras kebagian yang lebih dalam (pasca pengerasan). Biasanya diberikan antara 0.0003 – 0.003% saja..

2. Deoksidasi adalah proses pengikatan O2 dalam cairan baja. Bahan yang digunakan adalah unsur2 dengan afinitas tinggi terhadap O2 seperti Al, Si dan Ca atau gabungannya. Pada suhu 1600 oC, O2 larut kedalam cairan baja sebesar 0,23%. Jumlah ini meningkat seiring dengan naiknya suhu dan waktu holding. O2 ini akan mengoksidasi unsur2 yang ada hingga tersisa setidaknya 0.003%. Maka untuk menghidari dampak negatifnya (inclussion) proses deoksidasi perlu dilakukan. Prinsip deoksidasi silakan Anda lihat di: http://nptel.ac.in/courses/113104059/lecture_pdf/Lecture%2024.pdf.

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: