Tag Archives: baja

Pengelasan Baja Karbon

Baja adalah merupakan suatu campuran dari besi (Fe) dan karbon (C), dimana unsur karbon (C) menjadi dasar. Disamping unsur Fe Dan C, baja juga mengandung unsur campuran lain seperti sulfur (S), fosfor (P), silikon (Si), dan mangan (Mn) yang jumlahnya dibatasi.

slide_41

Baja karbon sedang dan baja karbon tinggi mengandung banyak karbon dan unsur lain dapat memperkeras baja, karena itu daerah pengaruh panas atau HAZ pada baja ini mudah menjadi keras bila dibandingkan baja karbon rendah. Sifatnya yang mudah menjadi keras ditambah dengan adanya hydrogen difusi menyebabkan baja ini sangat peka terhadap retak las. Disamping itu pengelasan dengan menggunakan elektroda yang sama kuat dengan logam lasnya dengan pemanasan mula dan suhu pemanasan tergantung dari kadar karbon.

Baja karbon adalah baja yang mengandung karbon antara 0,1% – 1,7%. Berdasarkan tingkatan banyaknya kadar karbon, baja digolongkan menjadi tiga tingkatan :

a. Baja karbon rendah Yaitu baja yang mengandung karbon kurang dari 0,30%. Baja karbon rendah dalam perdagangan dibuat dalam bentuk pelat, profil, batangan untuk keperluan tempa, pekerjaan mesin, dan lain-lain.

b. Baja karbon sedang Baja ini mengandung karbon antara 0,30% – 0,60 %. Didalam perdagangan biasanya dipakai sebagai alat-alat perkakas, baut, poros engkol, roda gigi, ragum, pegas dan lain-lain.

c. Baja karbon tinggi Baja karbon tinggi ialah baja yang mengandung kerbon antara 0,6% – 1,5%. Baja ini biasanya digunakan untuk keperluan alat-alat konstruksi yang berhubungan dengan panas yang tinggi atau dalam penggunaannya akan menerima atau mengalami panas, misalnya landasan, palu, gergaji, pahat, kikir, bor, bantalan peluru, dan sebagainya

Sifat-sifat penting dari Baja Paduan

Penambahan unsur-unsur paduan akan dapat mempertinggi kemampuan pengerasan, kemampuan regang, stabilitas dalam kerja, dan daya tahan terhadap korosi dan panas. Unsur-unsur paduan akan dapat memperlambat transformasi melalui batas kritis selama pemberian panas, oleh karena itu baja paduan bisa didinginkan secara lebih lambat dibandingkan baja karbon biasa. Baja tersebut bisa didinginkan dengan oli atau dalam beberapa baja dengan semprotan udara. Peningkatan kemampuan regang pada baja paduan adalah yang paling penting. Walaupun baja karbon yang kekuatannya sama bisa dibuat sekuat baja paduan, baja karbon tidak akan memiliki kemampuan regang yang sama dan tidak memberikan servis yang sama dengan baja paduan yang kekuatannya sama.

Baja Paduan

Sifat-sifat penting dari baja paduan.

  • Kemampuan dikeraskan. Keberadaan satu atau lebih elemen-elemen paduan dapat mempertinggi kemampuan baja untuk bisa lebih mudah dikeraskan dan dengan ketebalan / kedalaman yang lebih tinggi / dalam.
  • Stabilitas pada pengerasan. Untuk tujuan tertentu seperti stempel gerakan pada pengerasan dapat dikurangi hingga sekecil mungkin. Baja stempel paduan tertentu memiliki sifat stabil pada proses pengerasan dalam tingkat yang tinggi.
  • Daya tahan terhadap aus. Kekerasan akan mempertinggi daya tahan terhadap aus. Apabila khrom dan tungsten yang dipadukan ke baja, maka daya tahan baja terhadap aus akan bertambah.
  • Kekuatan. Sifat ini secara umum berhubungan dengan baja karbon. Namun demikian , untuk aplikasi tertentu pada alat kerja seperti misalnya stempel uang logam, baja yang digunakan harus tahan terhadap hentakan/pukulan. Lebih jauh lagi, semua alat pemotong harus cukup kuat untuk dipakai memotong. Tingkat kekuatan yang diperlukan dicapai dengan proses tempa. Alat-alat dari baja paduan dan baja stempel yang bisa dikeraskan dan ditempa biasanya lebih kuat dari pada baja karbon biasa.
  •  Ukuran grain. Grain adalah hal yang penting . Baja perkakas yang ideal dihaluskan dengan baik. Pemanasan yang terlalu tinggi akan mengasarkan struktur baja dan ukuran grain akan semakin besar. Hal ini akan mengurangi nilai kekerasan dan oleh karena itu harus selalu dijaga agar tidak terjadi overheating. Vanadium digunakan untuk menghambat pertumbuhan grain.
  • Daya tahan terhadap penghalusan pada penempaan. Sifat yang penting ini diperlukan pada baja perkakas berkecepatan tinggi dan baja stempel untuk pekerjaan panas. Tungsten dan molybdenum akan memberikan sifat ini pada baja jenis ini.
  • Daya tahan terhadap korosi. Baja yang mengandung khrom lebih dari 11,5 % adalah tahan karat yang disebabkan oleh selaput kenyal oksida khrom yang ada dipermukaan baja. Jika selaputnya putus (misalnya akibat dari penghalusan) selaput tersebut akan terbentuk kembali. Bila khrom digabungkan dengan nikel, hasilnya akan membentuk baja yang sangat tahan terhadap korosi dan pengaruh panas.

Baja tahan karat ferit

Baja tahan karat ferit adalah baja yang terutama mengandung Cr sekitar 16 – 18% atau lebih. Kebanyakan komponen dibuat dari pelat tipis, sebagai bahan untuk bagian dalam dari suatu konstruksi. Untuk peralatan dapur, untuk komponen trim mobil bagian dalam, dsb. Perlu diperhatikan bahwa pada lingkungan korosi yang ringan tidak terjadi karat, tetapi berada pada air larutan yang netral, dapat terjadi korosi lubang atau krevis kalau terdapat sedikit ion klor, atau kalau ada struktur berbentuk krevis. Pelat tipis pada baja ini menyebabkan tanda regangan spesifik yang disebut ridging disebabkan oleh tarikan atau penarikan dalam, hal ini memberikan permasalahan pada pembuatan peralatan dapur tetapi sekarang sebagai hasil dari berbagai studi permasalahan tersebut mungkin dapat dipecahkan.

Screenshot_118

Diagram Schaeffler

Sifat yang sangat menguntungkan dari baja tahan karat ferit adalah bahwa tanpa kandungan Ni sukar untuk terjadi retakan korosi tegangan. Yaitu bahwa kalau ketahanan korosi baja tahan karat ferit dibuat sama atau lebih baik daripada baja tahan karat austenit, akan lebih menguntungkan apabila dipakai baja tahan karat ferit daripada baja tahan karat austenit, yang lebih mudah terjadi retakan korosi tegangan. Selanjutnya ketahanan korosi lubang bertambah kalau Cr dan Mo ditambahkan lebih banyak jadi sebagai pengganti Ni yang mahal maka dipakai baja 18% Cr – 1% Mo, 18 – 19%Cr – 2% Mo, dsb. Untuk komponen trim bagian luar mobil atau komponen pemanas air. Untuk permintaan dengan persyaratan yang lebih tinggi dapat dipakai baja 26% Cr – 1% Mo,

Selanjutnya baja tahan karat ferit yang mengandung lebih dari 18% Cr adalah getas tetapi keuletannya tergantung kepada jumlah kadar C dan N. Sekarang berkat kemajuan teknik pembuatan baja dapat dibuat dengan mudah baja 18 – 19% Cr dengan kadar C + N <0,02%, perkembangan permintaan yang akan baja ini dimasa datang telah pasti. Seperti ditunjukkan pada gambar 3.40, baja tahan karat ferit mengandung 15% Cr atau lebih, getas pada 457ºC karena pemanasan yang lama pada 400 – 500ºC, dan kalau dipanaskan agak lama pada 600 – 650ºC terjadi kegetasan fasa σ sehingga perlu menghindari daerah temperatur ini.

3 Aspek Pengelompokan dan standarisasi baja

1. Pelayanan dan ketersediaan (Service requirement)
Pelayanan dan ketersediaan jenis bahan yang diperlukan menjadi syarat utama dalam mempertimbangkan pemakaian suatu jenis bahan yang akan digunakan. Peryaratan mutu produk yang direncanakan akan dipenuhi dan mudah untuk diperoleh karena ketersediaan cukup. Baja sebagai bahan baku produk sebagaimana yang telah disebutkan memiliki ketersediaan yang cukup, jika kita melihat diagram ketersediaan unsur mineral didalam perut bumi pada gambar 2.2 halaman 3, Besi memiliki urutan kedua setelah alumunium yakni 5 % dan paling besar ialah alumunium 8,13 % ini merupakan salah satu bukti bahwa baja memiliki persediaan yang cukup.

2. Kemudahan dalam pengolahan (Fabrication Requirement)
Diagram ketersediaan unsur mineral di dalam perut bumi, alumunium merupakan unsur mineral yang paling banyak terdapat pada perut bumi yakni 8,13 %, akan tetapi penerapannya tidak sebesar baja. Proses fabrikasi yang relatif lebih mahal pada alumunium, sebagai contoh dalam proses penyambungan dengan pengelasan, hal ini menjadi salah satu alasannya disamping sifat mekaniknya yang juga relatif lebih rendah, pada alumunium non-paduan tegangannya hanya mencapai 60 N/mm2 (lihat logam non-ferro) sedangkan baja non paduan adalah sebesar 1000 N/mm2, kendati banyak keunggulan alumunium yang tidak dimiliki oleh baja.

3. Ekonomis (Economic Requirement)
Sifat mekanik yang rendah dari alumunium, menjadikan alumunium tidak digunakan dalam keadaan murni, oleh karena itu sifat yang baik dari alumunium, seperti ketahanan terhadap korosi atmospheric serta dapat bersenyawa dengan unsur lain menghasilkan alumunium paduan (alumunium alloy) sebagai bahan teknik yang bermutu tinggi, namun demikian tentu saja menjadi sangat mahal. Hal ini merupakan salah satu contoh pertimbangan ekonomis dalam pemilihan bahan teknik, sehingga pemilihan alumunium tidak menguntungkan secara ekonomi.

sejarah pembuatan baja

Penggunaan baja sebagai bahan teknik sudah lama dilakukan dan upaya meningkatkan kualitas baja itu sendiri sudah dilakukan jauh sebelum perang dunia kedua. Sedemikian tinggi pengetahuan mereka terhadap pengaruh persenyawaan kimia dari berbagai bahan mineral serta pengaruhnya terhadap sifat baja yang hingga sekarang teori tersebut digunakan sebagai dasar pengembangan bahan-bahan teknik.

Benjamin Huntman (1740), tertulis sebagai pembuat jam (clockmaker), melakukan proses pembuatan baja untuk memenuhi kebutuhannya akan bahan baku pegas, antara lain dengan menambah unsur Karbon kedalam besi cair. Kesuksesan proses ini menjadikannya sebagai awal mula dari proses perbaikan sifat mekanik baja dan kemudian dikembangkan dalam memenuhi kebutuhan alat potong atau sebagai baja perkakas. Selanjutnya proses ini dikembangkan dengan menambah berbagai unsur paduan melalui proses induksi (Induction processes) yang dikenal dengan Crucible processes yakni proses sementasi (Cementation processes) yang dilakukan pada besi tuang dimana semua unsur bahan inti maupun bahan paduan dilebur bersama dengan tanah liat didalam sebuah cawan hingga tanah liat tersebut membentuk lemak yang kemudian dimasukan kedalam cetakan. Hasilnya sangat memuaskan dimana dari proses ini menghasilkan baja bermutu tinggi dan hingga kini dikenal sebagai baja “Swiden”. Dengan produksi yang sangat terbatas.

produksibaja1

Sir Henry Bessemer (1856), melakukan proses pemurnian besi mentah (pig Iron) dengan metoda oxidasi yakni meniupkan udara kedalam besi mentah cair yang ditempatkan didalam bejana (Vessel) sebagai Convertor melalui proses ini ternyata berbagai unsur yang terdapat pada besi mentah bergerak keluar. Proses ini mendapat sambutan dari masyarakat industri dimana pada saat itu kebutuhan baja sangat besar terutama dalam pemenuhan kebutuhan transfortasi khususnya sistem perkeretaapian, urgensi kebutuhan baja dan proses pengolahan baja dengan metoda yang relatif sederhana ini menjadi sangat potensial untuk dikembangkan. Bessemer melakukan proses pemurnian ini memilih bahan dari besi kasar yang bermutu tinggi yakni besi kasar rendah phosphor (low phosphorus pig iron). Namun demikian proses Bessemer ini dikembangkan di Inggeris dimana eksplorasi bijih besi dengan kadar phosphor tinggi yang dikenal dengan British Ores dan ternayata unsur phosphor ini tidak dapat dihilangkan dengan metoda bessemer ini.

Sydney Gilchrist Thomas (1878) bersama dengan keponakannya Percy Gilchrist berhasil mengatasi kelebihan Phosphor pada besi kasar yakni dengan menambah batu kapur dalam proses peleburan besi kasar ini yang dikenal dengan Basic linning Sistem dengan menghasilkan baja basa. Proses-proses pemurnian besi mentah inilah yang merupakan awal dari pengembangan industri baja di Britain hingga usai perang dunia kedua.

William Kelly (1856), yakni pada saat yang hampir bersamaan dengan Sir Henry Bessemer di Amerika Serikat dikembangkan pula metoda penggunaan Convertor ini kendati tidak dipatenkan, namun setelah mempelajari sistem Bessemer William Kelly menyatakan telah memperbaharui sistem Bessemer dan mendaftarkan hak patennya di Amerika, akan tetapi mengalami kebangkrutan.

Piere Martin (1867, memperkenalkan penemuannya yang kemudian dikembangkan oleh William Siemen, yakni pemakaian dapur basa disamping untuk pemurnian besi kasar (pig Iron) juga dilakukan pada besi bekas (rongsokan), metoda ini dikenal dengan “open-hearth sistem” dan hingga kini menjadi Industri Baja terbesar di Britain.

Berbagai metoda yang dilakukan dalam proses pengolahan besi kasar kedalam bentuk baja sebagai bahan baku produk pemesinan yang dikembangkan pada saat ini merupakan pengembangan dari proses-proses sebagaimana disebutkan diatas, dimana Industri baja secara terus menerus melakukan pengembangan hingga diperoleh suatu bahan baku yang bermutu tinggi sesuai dengan perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi.

Proses pembuatan baja dengan sistem Thomas dan Bessemer

Thomas dan Bessemer melakukan proses pemurnian besi kasar dalam pembuatan baja ini pada prinsipnya sama yakni menggunakan Converter, namun Bessemer menggunakan Converter dengan dinding yang dilapisi dengan Flourite dan Kwarsa sehingga dinding Converter menjadi sangat keras kuat dan tahan terhadap temperature tinggi, akan tetapi dinding converter ini menjadi bersifat asam sehingga tidak dapat mereduksi unsur Posphor, oleh karena itu dapur Bessemer hanya cocok digunakan dalam proses pemurnian besi kasar dari bijih besi yang rendah Posphor (Low-Posphorus Iron Ores). Sedangkan Thomas menyempurnakannya dengan memberikan lapisan batu kapur (limestone) atau Dolomite sehingga dinding converter menjadi basa dan mampu mereduksi kelebihan unsur Posphor dengan mengeluarkannya bersama terak

Linz-Donawitz (LD-Processes), salah satu proses pemurnian besi dengan sistem converter ini pertama dikembangkan di austria, proses dengan hembusan udara bertekanan hingga 12 bar di atas convertor dengan posisi vertical, setelah besi mentah (pig iron) bersama dengan sekrap dimasukan yang kemudian dibakar, udara yang dihembuskan menghasilkan pembakaran dengan unsur
karbon, belerang dan posphor yang terkandung didalam besi mentah tersebut, hal ini terjadi pada saat converter dalam posisi miring.
Screenshot_151

Proses pembakaran ini terlihat pada nyala api dibagian converter. Baja dengan kadar karbon 0,2 % akan tercapai dengan pembakaran hingga 20 menit, namun jika diinginkan kadar karbon yang lebih tinggi dari 0,2 %, maka hembusan udara dapat dihentikan sehingga proses pembakaran akan terhenti. komposisi unsur yang terdapat pada besi ini dapat dianalisis dengan mengambil contoh dari besi cair sebelum terjadi pembekuan dan jika komposisi yang dikehendaki telah tercapai maka besi dapat dikeluarkan dari converter dan membiarkan slag (terak) tertinggal didalam converter yang akan dikeluarkan melalui lubang terak. lihat gambar diatas.

Dari proses pemurnian besi dengan menggunakan metoda ini akan dihasilkan baja yang memiliki sifat mekanik yang baik untuk
diproses menjadi baja paduan (Alloy Steel) maupun sebagai baja karbon (non paduan) karena tingkat kemurniannya serta bebas dari unsur nitrogen (N) atau zat lemas yang merugikan. Bahan ini juga sangat baik digunakan sebagai baja lembaran (Sheet metals) yang banyak digunakan sebagai bahan baku karoseri kendaraan, tangki serta baja-baja konstruksi. Paberik Baja Austria “VöEST” (Vereignite Osterreischische Eisen Und Stahlwerke Aktiengesselschaft) menghasilkan baja dunia di tahun 1974.

Rotor Processes, Converter dengan posisi mendatar (Horizontal) merupakan converter dimana terdapat dua buah pipa oksigen, masingmasing pipa ini salah satunya diarahkan pada bagian dasar converter didalam besi cair dan akan terbakar bersama peleburan besi kasar (pig Iron) bersama baja rongsokan, proses pembakaran ini akan menghasilkan gas karbonmonoksida (CO) yang juga akan terbakar dan menghasilkan karbon dioksida (CO2) untuk meratakan proses pemurnian. Selama proses pembakaran ini converter berputar dengan kecepatan 0,5 sampai 2 put/mt. Kemudian undara ditiupkan melalui salah satu pipa yang berada pada permukaan logam cair, dengan demikian unsur-unsur yang terkandung

Proses pembuatan baja dengan menggunakan sistem converter

Converter ialah sebuah tabung baja dengan dinding berlapis dan tahan terhadap temperatur tinggi serta ditempatkan pada sebuah dudukan yang dibentuk sedemikian rupa agar posisinya dapat diubah secara vertikal mapun secara horizontal dengan posisi mulut berada disamping atau diatas bahkan dibawah. Posisiposisi ini diperlukan untuk pengisian,penghembusan karbon dioksida dan penuangan hasil pemurnian




 

Proses pemurnian ini dilakukan dengan terlebih dahulu mencairkan besi mentah ke dalam converter yang berada pada posisi horizontal kemudian converter diubah posisinya pada posisi vertikal dan pada posisi ini udara bertekanan 140 KN/m2 dihembuskan melalui dasar converter kedalam besi mentah cair, dengan demikian maka unsur karbon akan bersenyawa dengan oksigen menjadi karbon dioxida (CO2) dan mengikat unsur-unsur lainnya.
 
Dengan tekanan udara sedemikian itu unsur-unsur tersebut akan terbawa keluar dari converter, proses ini dilakukan dalam waktu 20 menit,dari proses ini besi mentah memiliki unsur-unsur paduan tidak lebih dari 0,05 % dan 0,006 % diantaranya adalah unsur karbon dan dianggap sebagai besi murni atau Ferrite (Fe), selanjutnya ditambahkan unsure karbon ke dalam converter ini dengan jumlah tertentu sesuai dengan jenis baja yang dikehendaki hingga 2,06%, coverter ini berkapasitas antara 25 ton sampai 60 ton.
Pada dasarnya berbagai metoda dalam proses pembuatan baja ini ialah proses pemurnian unsur besi dari berbagai unsur yang merugikan sebagaimana telah dikemukakan terdahulu, oleh karena itu dalam proses pembuatan baja dengan menggunakan sistem converter ini ialah salah satu proses pemurnian atau pemisahan besi dengan menggunakan bejana sebagai alat pemanasan (peleburan) besi kasar tersebut. Lihat gambar dibawah yang merupakan bagian dari bentuk pemurnian besi kasar dengan dapur basa dari sistem converter.