Pengaruh Belerang (S)

Besi (Fe) dan Belerang (S) akan membentuk senyawa FeS (besisulfida). Antara besi dengan besisulfit terbentuk eutektikum pada kandungan S 30,5% serta temperatur 985 ^oC. Besi δ pada temperatur 1365 ^oC, mampu melarutkan S sebesar 0,17%, sedangkan besi γ sebesar 0,07%. Masih dipertanyakan apakah besi α juga mampu melarutkan unsur S ini. Yang pasti adalah bahwa besi α memiliki kemampuan yang sangat rendah dalam melarutkan S.

Gambar 1. Diagram Biner Fe – S.

Namun demikian, berbeda dengan unsur-unsur pendamping besi lainnya, walaupun S pada kandungan yang sangat sedikit justru akan membetuk fasa-fasa dengan karakteristik tertentu dalam ikiatannya dengan unsur Si, Mn dan P disamping senyawa FeS. Fasa-fasa ini berupa bercak-bercak kotoran non logam yang telah dapat dikenali pada sampel poles yang belum dietsa.

Berdasarkan diagram biner Fe–S seharusnya pada kandungan S yang rendah, eutektikum Fe + FeS yang memiliki titik cair rendah sudah akan ditemukan pada batas-batas butiran kristal besi. Namun, karena terjadi penguraian eutektikum, hal tersebut tidak terjadi. Besi yang terdapat didalam eutektikum terkristalisasi pada kristal-kristal besi primer, sedangkan besi sulfida yang tertinggal kemudian terbentuk sebagai lapisan-lapisan yang agak tebal pada batas-batas butiran.

Gambar 2. Besisulfida pada batas butiran kristal besi. (Non etsa)

Gambar 3. Mangansulfida (MnS) pada baja cor

Hal ini mengakibatkan besi pada temperatur tempa menjadi rapuh, sehingga menurun kemampuan tempanya. Hal ini disebabkan karena fasa yang memiliki titik lebur rendah dan terdapat pada batas-batas butiran akan segera mencair, sehingga antara setiap butiran kristal tidak terdapat lagi kristal-kristal padat yang menjadi media ikatannya.

Sebagian besar baja hanya memiliki kandungan S sangat rendah. Maksimum sampai 0,06%. Walaupun pada temperatur 985 ^oC belum terdapat eutektikum (Fe–FeS) cair, namun bahaya terjadinya kerapuhan tetap harus diwaspadai, terutama bila baja hanya mengandung unsur Mn yang sangat rendah.

Unsur Mn dalam baja dapat mengurangi risiko terjadinya perapuhan panas, karena Mn akan bersenyawa dengan S menjadi mangansulfida (MnS) yang memiliki titik lebur 1610 ^oC dan terbentuk primer bahkan pada baja cair. Dibawah mikroskop MnS tampak sebagai pulau-pulau berwarna biru kelabu (gambar 15) diantara matriks baja. Bentuk-bentuk seperti ini merupakan bentuk khas dari kristal-kristal yang terbentuk secara primer, dimana pembentukannya dipengaruhi oleh tegangan permukaan cairan. MnS ini tersebar didalam struktur baja dan juga besi cor tanpa memberikan pengaruh terhadap sifat-sifat mekaniknya.

Berbeda dengan pada umumnya pengotor non logam didalam baja, seperti silikat dan alumina, maka sulfida baik pada waktu dingin maupun panas, memiliki plastisitas yang baik. Sulfida-sulfida ini tidak menjadi hancur akibat deformasi plastis terhadap material, namun akan menjadi pipih dan memanjang serta akan kembeli kebentuk-bentuk bulat setelah baja mengalami proses pemanasan yang disertai pendinginan sangat lambat.

Belerang (S) sebagaimana fosfor (P) memiliki kecenderungan untuk segregasi sebagai segregasi blok maupun gas. Hal ini akan terjadi terutama apabila proses peleburan khususnya baja dilakukan secara tidak cermat serta terjadi banyak sekali gejolak. Dengan demikian unsur ini juga dimasukan dalam golongan unsur yang tidak dikehendaki. Mn (0,5% – 0,9%) merupakan unsur yang ditambahkan untuk mencegah efek buruk yang disebabkan oleh S.