isi makalah baja
DESCRIPTION
semua tentang bajaTRANSCRIPT
15
KANDUNGAN ATOM ATAU UNSUR KANDUNGANNYA
Baja adalah logam aloy yang komponen utamanya adalah besi, dengan
karbon sebagai material pengaloy utama. Baja mengandung elemen utama Fe dan
C. Baja karbon merupakan salah satu jenis logam paduan besi karbon terpenting
dengan prosentase berat karbon hingga 2,11%. Baja karbon memiliki kadar C
hingga 1.2% dengan Mn 0.30%-0.95%. Elemen-elemen prosentase maksimum
selain bajanya sebagai berikut: 0.60% Silicon, 0.60% Copper.
Karbon adalah unsur kimia dengan nomor atom 6, tingkat oksidasi 4.2 dan
Mangan adalah unsur kimia dengan nomor atom 25, tingkat oksidasi 7.6423.
Karbon dan Manganese adalah bahan pokok untuk meninggikan tegangan
(strength) dari baja murni. Karbon (C) adalah komponen kimia pokok yang
menentukan sifat baja. Semakin tinggi kadar karbon di dalam baja, semakin tinggi
kuat tarik serta tegangan leleh, tetapi koefisien muai bahan turun, dan baja
semaikn getas. Karbon mempunyai pengaruh yang paling dominan terhadap sifat
mampu las. Semakin tinggi kadar karbon menjadikan sifat mampu las turun.
Fasa-fasa padat yang ada didalam baja :
a. Ferit (alpha) : merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan
teratur) berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan), Ferit ini
mempunyai sifat : magnetis, agak ulet, agak kuat, dll.
b. Autenit : merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC =kubus
pusat muka), Austenit ini mempunyai sifat : Non magnetis, ulet, dll.
c. Sementid (besi karbida) : merupakan sel satuan yang berupa orthorombik,
Semented ini mempunyai sifat : keras dan getas.
d. Perlit : merupakan campuran fasa ferit dan sementid sehingga mempunyai sifat
Kuat.
e. Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus
pusat badan).
15
STRUKTUR MIKRO BAJA KARBON
Baja karbon rendah atau sangat rendah, banyak digunakan untuk proses
pembentukan logam lembaran, misalnya untuk badan dan rangka kendaraan serta
komponen-komponen otomotif lainnya. Baja jenis ini dibuat dan diaplikasikan
dengan mengeksploitasi sifat-sifat ferrite. Ferrite adalah salah satu fasa penting di
dalam baja yang bersifat lunak dan ulet. Baja karbon rendah umumnya memiliki
kadar karbon di bawah komposisi eutectoid dan memiliki struktur mikro hampir
seluruhnya ferrite. Pada lembaran baja kadar karbon sangat rendah atau ultra
rendah, jumlah atom karbon-nya bahkan masih berada dalam batas kelarutannya
pada larutan padat sehingga struktur mikronya adalah ferrite seluruhnya
Struktur Mikro Baja Karbon Ultra Rendah. Seluruhnya Ferrite.
Pada kadar karbon lebih dari 0,05% akan terbentuk endapan karbon dalam
bentuk hard intermetallic stoichiometric compound (Fe3C) yang dikenal sebagai
cementite atau carbide. Selain larutan padat alpha-ferrite yang dalam
kesetimbangan dapat ditemukan pada temperatur ruang terdapat fase-fase penting
lainnya, yaitu delta-ferrite dan gamma-austenite. Logam Fe bersifat
polymorphism yaitu memiliki struktur kristal berbeda pada temperatur berbeda.
Pada Fe murni, misalnya, alpha-ferrite akan berubah menjadi gamma-austenite
saat dipanaskan melewati temperature 910oC. Pada temperatur yang lebih tinggi,
mendekati 1400oC gamma-austenite akan kembali berubah menjadi delta-ferrite.
(Alpha dan Delta) Ferrite dalam hal ini memiliki struktur kristal BCC sedangkan
(Gamma) Austenite memiliki struktur kristal FCC.
15
Pada kadar karbon lebih tinggi akan mulai terbentuk endapan cementite
atau fase pearlite pada batas butirnya
Struktur Mikro Baja Karbon Rendah
Sifat cementite atau carbide yang keras dan getas berperan penting di
dalam meningkatkan sifat-sifat mekanik baja. Salah satu parameter penting yang
menunjukkan hal tersebut, sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya adalah a
mean ferrite path. A mean ferrite path menunjukkan jarak antar cementite, baik
pada pearlite maupun sphreodite. Jarak antar carbide di dalam pearlite secara
khusus dikenal sebagai interlamellar spacing atau spasi antar lamel atau lembaran.
CARA PEMBUATAN BAJA
Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja antara lain :
1. Proses KonvertorTerdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping.
Sistem kerja
Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0C, Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume
konvertor) Kembali ditegakkan. Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor. Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.
15
Proses konverter terdiri dari:
Proses Bassemer (asam)Lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang
mengandung kwarsa asam atau aksid asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO2,
SiO2 + CaO CaSiO3
Proses Thomas (basa)Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau
dolomit [kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)], besi yang diolah besi kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6-0,8 %. Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O5), untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO),
3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak cair)
2. Proses Siemens Martin Menggunakan sistem regenerator (± 3000 0C.). Fungsi dari regenerator adalah: memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur sebagai Fundamen/ landasan dapur menghemat pemakaian tempat bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,
besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO2), besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO3)
3. Proses Basic Oxygen Furnace logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan) Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan
kecepatan tinggi. (55 m3 (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m2.
ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.Keuntungan dari BOF adalah: BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen Proses hanya lebih-kurang 50 menit. Tidak perlu tuyer di bagian bawah Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon Biaya operasi murah
4. Proses dapur listrik
Temperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi listrik.
15
Keuntungan :
Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat Temperatur dapat diatur Efisiensi termis dapur tinggi Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga
kualitasnya baik Kerugian akibat penguapan sangat kecil
5. Proses dapur kopel
mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang.
Proses
pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair. Bahan bakar(arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam. kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas
mencapai 700 – 800 mm dari dasar tungku. besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan. 15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur (CaCO3) dan akan terurai menjadi:
akan bereaksi dengan karbon:
Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit mesin-mesin lain.
6. Proses dapur Cawan
proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam cawan,
kemudian dapur ditutup rapat. kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan
dan muatan dalam cawan akan mencair. baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan
menambahkan unsur-unsur paduan yang diperlukan.
15
Bagan proses pembuatan baja
Proses pembuatan baja dimulai dengan proses ekstraksi bijih besi. Proses reduksi umumnya terjadi di dalam tanur tiup (blast furnace) di mana di dalamnya bijih besi (iron ore) dan batu gamping (limestone) yang telah mengalami pemanggangan (sintering) diproses bersama-sama dengan kokas (cokes) yang berasal dari batubara. Serangkaian reaksi terjadi di dalam tanur pada waktu dan lokasi yang berbeda-beda, tetapi reaksi penting yang mereduksi bijih besi menjadi logam besi adalah sebagai berikut:
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
Luaran utama dari proses ini adalah lelehan besi mentah (molten pig iron) dengan kandungan karbon yang cukup tinggi (4%C) beserta pengotor-pengotor lain seperti silkon, mangan, sulfur, dan fosfor . Besi mentah ini belum dapat dimanfaatkan secara langsung untuk aplikasi rekayasa karena sifat-sifat (mekanis)-nya belum sesuai dengan yang dibutuhkan karena pengotorpengotor tersebut. Besi mentah berupa lelehan atau coran selanjutnya dikirim menuju converter yang akan mengkonversinya menjadi baja.
Proses pembuatan baja umumnya berlangsung di tungku oksigen-basa (basic-oxygen furnace). Di dalam tungku ini besi mentah cair dicampur dengan hingga 30% besi tua (scrap) yang terlebih dahulu dimasukkan ke dalam tanur. Selanjutnya, oksigen murni ditiupkan dari bagian atas ke dalam leburan, bereaksi dengan Fe membentuk oksida besi FeO. Beberapa saat sebelum reaksi dengan oksigen mulai berlangsung, fluks pembentuk slag dimasukkan dalam jumlah tertentu.
15
Oksida besi atau FeO selanjutnya akan bereaksi dengan karbon di dalam besi mentah sehingga diperoleh Fe dengan kadar karbon lebih rendah dan gas karbon monoksida. Reaksi penting yang terjadi di dalam tungku adalah sebagai berikut:
FeO + C Fe + COSelama proses berlangsung (sekitar 22 menit), terjadi penurunan kadar karbon dan unsur-unsur pengotor lain seperti P, S, Mn, dalam jumlah yang signifikan.
Klasifikasi Baja Karbon
A. Baja karbon (carbon steel), dibagi menjadi tiga yaitu;
Baja karbon rendah (low carbon steel) machine, machinery dan mild
steel
- 0,05 % - 0,30% C.
Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Penggunaannya:
- 0,05 % - 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets,
screws, nails.
- 0,20 % - 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings.
Baja karbon menengah (medium carbon steel)
- Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.
- Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong. Penggunaan:
- 0,30 % - 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles.
- 0,40 % - 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits,
screwdrivers.
- 0,50 % - 0,60 % C : hammers dan sledges.
Baja karbon tinggi (high carbon steel) tool steel
- Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % -
1,50 % C
Penggunaan
- screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers,
vise jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers, tools
15
for turning hard metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine
cutters.
σp = kekuatan patah, σu = kekuatan tarik maksimum, σy = kekuatanluluh, ef = regangan sebelum patah, x = titik patah, YP = titik luluh
STANDARISASI dan PENGKODEAN DARI BAJA KARBON
Standardisasi adalah proses merumuskan, merevisi, menetapkan, dan
menerapkan standar, dilaksanakan secara tertib dan kerjasama dengan semua
pihak. Standar Nasional Indonesia adalah standar yang ditetapkan oleh instansi
teknis setelah mendapat persetujuan dari Dewan Standardisasi Nasional, dan
berlaku secara nasional di Indonesia. Struktur penomoran SNI terdiri atas
serangkaian kode dengan arti tertentu yaitu berupa kode SNI, nomor unik, nomor
bagian dan nomor seksi, serta tahun penetapan. Kode SNI menyatakan bahwa
dokumen tersebut adalah Standar Nasional Indonesia. Sedangkan nomor unik
adalah identifikasi dari suatu standar tertentu yang jumlah digitnya sesuai
kebutuhan, minimal 4 digit dan diawali dengan angka 0. Nomor bagian
merupakan identifikasi yang menunjukan nomor urutbagian dari suatu standar
yang mempunyai bagian. Nomor seksi merupakan identifikasi yang menunjukan
nomor urut seksi dari suatu standar bagian tertentu.
Selain standarisasi nasional ada pula standarisasi dari Jepang yang biasa di
singkat dengan JIS( Japan Industrial Standart ) dan dari Amerika seperti ASTM
15
( American Society for Testing Materials ), AISI (Americal Iron and Steel
Institute) dan dari berbagai Negara lain.
Ada beberapa tipe standarisasi yang umumnya digunakan pada baja,
termasuk baja karbon, diantaranya adalah :
AISI (American Iron Steel Institute).
SAE (Society for Automotive Engineering).
JIS (Japanese Industrial Standard).
SNI (Standar Nasional Indonesia).
A. AISI-SAE
Standarisasi dengan sistem AISI dan juga SAE merupakan tipe
standarisasi dengan berdasarkan pada susunan atau komposisi kimia yang ada
dalam suatu baja. Ada beberapa ketentuan dalam Standarisasi baja berdasarkan
AISI atau SAE, yaitu :
Dinyatakan dengan 4 atau 5 angka:
1. Angka pertama menunjukkan jenis baja.
2. Angka kedua menunjukkan:
a. Kadar unsur paduan untuk baja paduan sederhana.
b. Modifikasi jenis baja paduan untuk baja paduan yang kompleks.
3. Dua angka atau tiga angka terakhir menunjukkan kadar karbon perseratus
persen.
4. Bila terdapat huruf di depan angka maka huruf tersebut menunjukkan
proses pembuatan bajanya.
Contoh standarisasi Baja karbon dengan AISI-SAE :
SAE 1045, berarti :
Angka 1 : Baja Karbon
Angka 0 : Persentase bahan alloy (tidak ada)
Angka 45 : Kadar karbon (0.45% Karbon)
B. JIS (Japanese Industrial Standard)
15
Standarisasi dengan sistem JIS merupakan salah satu tipe standarisasi atas
dasar aplikasi produksi dan grade (kualifikasi untuk aplikasi tertentu). JIS
standard dikembangkan oleh Japanese Industrial Standards Comitee yang
merupakan bagian dari Kementrian Industri dan Perdagangan Internasional di
Tokyo. Sama halnya dengan standarisasi AISI-SAE, standarisasi JIS juga
mempunyai beberapa ketentuan, diantaranya :
1. Diawali dengan SS atau G dan diikuti dengan bilangan yang menunjukkan
kekuatan tarik minimum dalam kg/mm2
2. Diawali dengan S dan diikuti dengan bilangan yang menunjukkan
komposisi kimianya.
3. Untuk golongan Stainless Steel biasanya menggunakan grade dari ASTM
dengan menggunakan kode huruf SUS diikuti dengan kode angka sesuai
dengan AISI atau SAE.
*) Contoh standarisasi baja karbon dengan JIS :
JIS G 5101 (Baja karbon cor).
JIS G 3201 (Baja karbon tempa).
JIS G 3102 (Baja karbon untuk konstruksi mesin).
JIS G 3101 (Baja karbon untuk konstruksi biasa).
C. SNI (Standar Nasional Indonesia)
Standarisasi SNI ini merupakan tipe standarisasi yang sama dengan JIS,
yaitu berdasarkan aplikasi produksi. Ada beberapa contoh standarisasi SNI pada
baja karbon yang umumnya terdapat di pasaran, diantaranya :
SNI 07-0040-2006 (Kawat baja karbon rendah).
SNI 07-0053-2006 (Batang kawat baja karbon rendah).
SNI 07-2052-2002 (Baja karbon untuk tulang beton).
SNI 07-0601-2006 (baja karbon dalam bentuk plat).
Mengenai struktur mesin baja karbon . logam campuran
Nomor
ukuran.
JIS ISO AISI
SAE
BS DIN NF ГOCT
15
Nama
Menge
nai
struktur
mesin
baja
karbon
. logam
campur
an
S10
CC10 1010 040A10·045A
10·045M10
CK10
·C10 XC10 -
S12
C- 1012 040A12 - XC12 -
S15
C
C15E4·C15
M2 1015 055M15
CK15
·C15- -
S17
C- 1017 - - XC18·XC18S -
S20
C- 1020 070M20
CK22
·C22- -
S22
C- 1023 -
CK22
·C22- -
S25
C
C25·C25E4·
C25M2 1025 070M26
CK25
·C25XC25 -
S28
C- 1029 - - - 25T
S30
C
C30·C30E4·
C30M21030
080A30·080M
30
CK30
·C30- 30T
S33
C- -
060A32·080A
32- XC32 30T
S35
C
C35·C35E4·
C35M2
1035.
1037
080A35·080M
36
CK35
·C35- 35T
S38
C- 1038 080A37 -
XC38·XC38H
1·XC38H235T
S40
C
C40·C40E4·
C40M2
1039.
1040
060A40·080A
40·080M40
CK40
·C40- 40T
S43
C-
1042.
1043080A42 -
XC42H1·XC4
2H240T
S45
C
C45·C45E4·
C45M2
1045.
1046
060A45·080M
46
CK45
·C45XC45 45T
S48 - - 060A47·080A - XC48·XC48H 45T
15
C 47 1·XD48H2
S50C
C50·C50E4·C50M2
1049 080M50CK50·C50
XC50 50T
S53C
1050.1053
080M52 - XC54 50T
S55C
C55·C55E4·C55M2
1055 070M55CK55·C55
XC55H1·XC55H2
-
S58C
C60·C60E4·C60M2
1060060A57·080A
57CK60·C60
XC60 60T
S09CK
- -045A10·045M
10CK10 XC10 -
S15CK
- - - CK15 C12 -
S20CK
- - - CK22 XC18 -
JIS G4105
baja chrome molybdenum
SCM415
- - - - - -
SCM418
18CrMo4·18CrMoS4
- - - 18CD4 20XM
SCM420
- - 708M20 - - 20XM
SCM421
- - - - - -
SCM430
- 4130 708A30 - 30CD430XM·30XMA
SCM432
- - - - - -
SCM435
34CrMo4·34CrMoS4
4135.4137
708A37·709A37
34CrMo4
34CD4·38CD4
35XM
SCM440
42CrMo4·42CrMoS4
4140.4142
708A40·708M40·709M40
708A42·709A42
42CrMo4
42CD4 -
SCM445
-4145.4147
708A47 - - -
SCM822
- - - - - -
Penggunaan Baja Karbon Dalam Teknik PertanianBaja karbon rendah/ low carbon steel/ mild stell :
Kandungan C = 0.1 – 0.2%
Penggunaan untuk bahan konstruksi, seperti :
Besi plat
Besi strip
Besi siku
15
Besi beton, dll
Kandungan C = 0.2 -0.3%
Digunakan untuk bahan pembuatan :
Mur
Baut
Paku keling
Baja tempa, dll
1. Baja karbon sedang/ medium steel :
Kandungan C = 0.3 – 0.5%
Digunakan untuk bahan pembuatan :
Pipa
Kawat
Baja tempa, dll
Kandungan C = 0.5 – 0.7%
Digunakan untuk bahan pembuatan :
Per (pegas)
Tambang baja
Kepala martil, dll
2. Baja karbon tinggi/ high carbon steel :
Kandungan C = 0.7 – 0.9%
Digunakan untuk bahan pembuatan :
Per (pegas)
Mata pahat kayu
Mata gergaji kayu
Mata serutan kayu, dll
Kandungan C = 0.9 – 1.1%
Digunakan untuk bahan pembuatan :
Mata pahat besi
Pelubang (pumcher)
Tap
Snei
Bahan pembuat poros, dll
15
Kandungan C = 1.1 – 1.4%
Digunakan untuk bahan pembuatan :
Silet
Gergaji besi
Kikir
Tap
Snei, dll
BENTUK DAN HARGA YANG TERSEDIA DI PASAR
Kisaran harga di pasaran adalah sebagai berikut:
Baja Karbon dalam bentuk pipa
Panjang pipa : 6 meter
Diameter (inch) Harga / buah
6 Rp 30.000
15
8 Rp 38.000
10 Rp 68.000
12 Rp 91.000
16 Rp 162.000
19 Rp 228.000
22 Rp 305.000
25 Rp 392.000
Baja Karbon dalam bentuk besi beton
Panjang besi beton : 12 meter
Diameter (inch) Harga / batang
0.5 Rp 150.000
0.75 Rp 175.000
1 Rp 250.000
1.25 Rp 300.000
1.5 Rp 375.000
2 Rp 450.000
Sumber : Toko Amazon Jaya, Bogor
DAFTAR PUSTAKA
Surdia, Tata & Shindroku Saito. 1999. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta : PT. Pradnya Paramita.
Syuaib, M. Faiz. 2006. Kuliah Perbengkelan Modul Penuntun. Bogor: IPB
http://img.alibaba.com/photo/233416762/High_strength [26 November 2009 ; 19.05 WIB]
15
http://www.emeraldinsight.com/fig [27 November 2009 ; 14.00 WIB ]
http://www.enican.com/LightSteelMicrostructure [27 November 2009 ; 14.05 WIB]