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.