MODUL PERKULIAHAN
PENGETAHUAN
BAHAN TEKNIK
BESI DAN BAJA
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Teknik Teknik Industri
06
Selamet Riadi, ST,MTAbstract
Kompetensi
Besi dan baja paling banyak dipakai sebagai bahan industri yang merupakan sumber sangat besar, dimana sebagian ditentukan oleh nilai ekonominya, tetapi yang paling penting karena sifat-sifatnya yang bervariasi. Yaitu bahwa bahan tersebut mempunyai berbagai sifat dan yang paling lunak dan mudah dibuat sampai yang paling keras dan tajampun untuk pisau pemotong dapat dibuat. Dari unsur besi berbagai bentuk struktur logam dapat dibuat, itulah sebabnya mengapa besi dan baja disebut bahan yang kaya dengan sifat-sifat.
BAB VI
BESI DAN BAJA
Pendahuluan.
Besi dan baja paling banyak dipakai sebagai bahan industri yang merupakan sumber sangat besar, dimana sebagian ditentukan oleh nilai ekonominya, tetapi yang paling penting karena sifat-sifatnya yang bervariasi. Yaitu bahwa bahan tersebut mempunyai berbagai sifat dan yang paling lunak dan mudah dibuat sampai yang paling keras dan tajampun untuk pisau pemotong dapat dibuat, atau apa saja dengan bentuk apapun dapat dibuat dengan pengecoran. Dari unsur besi berbagai bentuk struktur logam dapat dibuat, itulah sebabnya mengapa besi dan baja disebut bahan yang kaya dengan sifat-sifat.
Struktur mikro Besi dan Baja (Logam Ferro)
Logam Ferro adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon dengan besi. Untuk menghasilkan suatu logam paduan yang mempunyai sifat yang berbeda dengan besi dan karbon maka dicampur dengan bermacam logam lainnya. Logam Ferro terdiri dari komposisi kimia yang sederhana antara besi dan karbon. Masuknya unsur karbon ke dalam besi dengan berbagai cara.
Jenis logam ferro adalah sebagai berikut;
1. Besi Tuang
Komposisinya yaitu besi dan karbon. Kadar karbon sekitar 4 %, sifatnya rapuh tidak dapat ditempa, baik untuk dituang, liat dalam pemadatan, lemah dalam tegangan. Digunakan untuk membuat alas mesin, meja perata, badan ragum, bagian-bagian mesin bubut, blok silinder dan cincin torak.
2. Besi Tempa
Komposisi besi tempa terdiri dari 99 % besi murni, sifat dapat ditempa, liat, dan tidak dapat dituang. Besi tempa antara lain dapat digunakan untuk membuat rantai jangkar, kait keran dan landasan kerjapelat.
Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,1 % - 0,3 %, mempunyai sifat dapat ditempa dan liat. Digunakan untuk membuat mur, sekrup, pipa dan keperluan umum dalam pembangunan
4. Baja Karbon Sedang
Komposisi campuran besi dan karbon, kadar 0,4 % - 0,6 %. Sifat lebih kenyal dari yang keras. Digunakan untuk membuat benda kerja tempa berat, poros, dan rel baja.
5. Baja Karbon Tinggi
Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,7 % - 1,5 %. Sifat dapat ditempa, dapat disepuh keras, dan dimudakan. Digunaka nuntuk membuat kikir, pahat, gergaji, tap, stempel dan alat mesin bubut.
6. Baja Karbon Tinggi Dengan Campuran
Gambar 6.1 Diagram keseimbangan besi-karbon.
Besi dan baja diharapkan mempunyai kekuatan statik dan dinamik, ulet, mudah diolah, tahan korosi dan mempunyai sifat elektromagnet agar dapat dipakai sebagai bahan untuk konstruksi dan mesin-mesin. Dilihat dari transformasi ada tiga macam baja yaitu:
1) Baja dengan titik transformasi A1, berupa ferit di bawah A1, dan austenit pada A3 atau di atas A1.
2) Baja dengan titik transformasi A1 di bawah temperatur kamar, berupa austenit pada temperatur kamar.
3) Baja dengan daerah austenit yang kecil, berupa ferit sampai temperatur tinggi pada daerah komposisi tertentu.
Baja yang tergolong macam 1) berupa ferit pada temperatur kamar (dalam keseimbangan), dapat diproses menjadi berbagai struktur dengan jalan perlakuan panas. Struktur tersebut diikhtisarkan pada Table 6.1. Fasa-fasa tersebut memiliki sifat-sifat khas. Ferit mempunyai sel satuan kubus pusat badan atau body centered cubic (bcc), menunjukkan titik mulur yang jelas dan menjadi getas pada temperatur rendah. Austenit mempunyai sel satuan kubus pusat muka atau face centered cubic (fcc) menunjukkan titik mulur yang jelas tanpa kegetasan pada keadaan dingin. Akan tetapi kalau berupa fasa metastabil bisa berubah menjadi a’ pada temperatur rendah dengan pengerjaan. Martensit adalah fasa larutan padat lewat jenuh dan karbon dalam sel satuan tetragonal pusat badan atau body centered tetragonal (bct). Makin tinggi derajat kelewat jenuhan karbon, makin besar perbandingan satuan sumbu sel satuannya dan makin keras serta makin getas mertensit tersebut. Bainit mempunyai sifat-sifat antara martensit dan ferit.
Sesuai dengan keaneka-ragaman strukturnya, maka dapat diperoleh berbagai sifat baja termasuk kekuatan dan keuletan. Faktor-faktor yang menentukan sifat-sifat mekanik adalah macam fasa, kadar unsur áduan dalam fasa, banyak fasa, ukuran dan bèntuk senyawa. Untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik yang diinginkan perlu mendapat struktur yang cocok dengan komposisi kimia dan perlakuan panas yang tepat.
Penggunaan baja untuk kekuatan dan keuletan
Sebagai petunjuk pertama dalam pemilihan baja yang akan dipakai sebagai bahan konstruksi ialah kekuatan dan keuletan yang memadai. Satu dan sekian sifat-sifat baja yang paling penting ialah kekuatan, tetapi karena pada umumnya apabila kekuatan ditingkatkan, keuletannya menurun, maka kekuatan yang berlebihan menyebabkan kerusakan karena benturan, dsb. Pada umumnya baja yang telah dikeraskan dan ditemper dipakai untuk keperluan tersebut.
Baja paduan untuk konstruksi mekanik
Sebagai unsur paduan untuk baja paduan yang dipergunakan bagi konstruksi mekanik adalah Ni-Cr, Ni-Cr-Mo, Cr, Cr-Mo, Mn, dan Mn-Cr.
Baja paduan mempunyai kelebihan sebagai berikut:
1) Mempunyai mampu keras yang baik meskipun berukuran besar dapat dikeraskan sampai ke dalam, jadi dengan penemperan dapat diperoleh struktur yang lebih uniform. Di samping itu kekuatan yang lebih tinggi dan keuletan yang lebih baik dapat diperoleh. 2) Karena mempunyai mampu keras yang lebih baik tidak perlu pendinginan yang cepat
Gambar 6.2 Pengaruh temperatur penemperan pada sifat-sifat mekanik dan baja martensit yang ditemper. (Japan Industrial Standard Association; Manual for JIS machine structural carbon steel and structural alloy steel (1962), 33).
Gb. 6.2. menunjukkan contoh perubahan pada sifat mekanik untuk baja yang ditemper dan dikeraskam. Kekerasan, kekuatan tank dan kekuatan mulur menurun kalau temperatur tempering meningkat dan harga impak meningkat kecuali di antara daerah 200—300°C.
Baja Ni—Cr-Mo sangat baik kekuatan dan keuletannya, tetapi Ni mahal; hal mi merupakan suatu pembatas, usaha dilakukan dalam teknik produksi mi untuk mencoba menggantikannya dengan baja Cr-Mo atau baja Cr. Untuk maksud yang sama B dipakai karena pengaruhnya dapat memperbaiki mampu keras dengan penambahan yang sedikit saja.
Baja kekuatan sangat tinggi
Baja yang mempunyai kekuatan mulur di atas 1000 MPa, dan mempunyai kekuatan tank di atas 2000 MPa dinamakan baja berkekuatan sangat tinggi, yang dikembangkan sebagai bahan untuk memenuhi permintaan perbandingan kekuatan/berat yang tinggi, yang diperlukan untuk pesawat terbang, bahan konstruksi untuk kendaraan ruang angkasa, baut kekuatan tinggi, konstruksi kedap tekanan, dsb. Kekuatannya harus lebih baik tanpa mengurangi keliatan dan keuletannya, oleh karena itu berbagai usaha dikembangkan dalam pemaduan unsur dan perlakuan panasnya.
Baja tahan karat
Salah satu cacat pada penggunaan baja adalah terjadinya karat, yang biasanya dicegah dengan mempergunakan pelapisan dan pengecatan. Baja tahan karat adalah semua baja yang tidak dapat berkarat. Banyak di antara baja mi yang digolongkan secara metalurgi menjadi baja tahan karat austenit, baja tahan karat ferit, baja tahan karat martensit dan baja tahan karat tipe pengasan presipitasi.
1. Pengaruh unsur-unsur paduan pada ketahanan karat dan besi
Kalau Cr dipadukan pada besi di atas 12—13%, karat yang berwarna merah tidak terbentuk, karena oleh adanya oksigen di udara terjadi permukaan yang stabil (permukaan pasif). Oleh karena itu baja yang mengandung unsur tersebut dinamakan baja tahan karat. Kalau baja mengandung lebih dan 17% Cr akan terbentuk suatu lapisan yang stabil. Karat pada lasan dan baja tahan karat 17% Cr sering terjadi disebabkan karena presipitasi karbida Cr pada batas butir dan oksidasi Cr dan permukaan karenanya lapisan permukaan menjadi kekurangan Cr yang mengurangi ketahanan karatnya.
Kalau Ni dipadukan pada besi, kehilangan berat yang disebabkan korosi di dalam asam berkurang dan ketahanan korosi bisa diperbaiki.
pertama termasuk baja tahan karat martensit dan ferit dan yang terakhir baja tahan karat austenit. Biasanya Mo, Cu, dsb. ditambahkan kepada baja mi untuk memenuhi maksud tertentu pada penggunaan.
2. Struktur baja tahan karat
Memperhatikan unsur Cr, yang menjadi komponen utama pada baja tahanan karat, diagram fasa Fe—Cr ditunjukkan dalam Gb. 2.28. Cr dapat larut dalam besi memperluas daerah a (ferit). Dalam baja dengan 12%Cr pada temperatur di atas 900°C terjadi fasa y (austenit). Dalam paduan yang nyata, C dan N juga terkandung, jadi fasa y diperluas ke daerah yang mempunyai konsentrasi Cr lebih tinggi. Baja tahan karat 12%Cr biasa dipakai, diaustenitkan dan 900 sampai 1000°C tergantung kadar C nya, dan dicelup dingin pada minyak. Sehingga mempunyai struktur marten- sit ia menjadi baja tahan karat.
Baja tahan panas dan paduan tahan panas yang super
Penggunaan baja tahan panas sangat luas termasuk pada ketel uap untuk pernbangkit tenaga listnik, turbin uap dan turbin gas, berbagai reaktor untuk industri kimia dan reaktor untuk tenaga atom, terutama penting untuk bahan konstruksi pem bangkit tenaga. Karena bahan-bahan ini cenderung dipakai dalam temperatur tinggi dan tekanan tinggi dalam skala besar, atau dipakai dalam lingkungan yang khusus, umpamanya dalam pembangkit tenaga nuklir, dsb, banyak diminta bahan yang mem punyai persyaratan tertentu dalam lingkup yang luas, jadi penyempurnaan dan pengembangan bahan tersebut maju pesat. Pada umumnya sifat-sifat yang diminta bagi bahan yang tahan panas adalah sebagai berikut: 1) Sifat-sifat mekanis, yaitu kekuatan panas yang tinggi (kekuatan melar) untuk bisa
bertahan temperattur tinggi dalam waktu yang lama, keuletan dan keliatan yang libih baik, mempunyai ketahanan yang kuat untuk kelelahan pada temperatur tinggi dan ketahanan terhadap kejutan termal dan mempunyai sensitivitas yang kurang terhadap takikan.
2) Sifat-sifat kimia, yaitu mempunyai ketahanan yang baik terhadap korosi dan oksidasi pada temperatur tinggi dan mempunyai stabilitas yang baik di dalam Iingkungan di mana bahan mi dipergunakan.
3) Sifat-sifat fisik, koefisien pemuaian panas yang rendah dan berat jenis yang ren dah, dan mempunyai konduktivitas termal yang besar.
4) Mudah dicairkan, mudah dicor, mudah ditempa dan juga lebih mudah dilas, dibengkokkan dsb.
Daftar Pustaka
Begeman, Myron L., Manufacturing Processes, John Wiler & Sons, New York.
Budinski, K.G. dan Budinski M.K., 2010, Engineering Materials, Properties and Selection, Pearson Prentice Hall
Geng, Hwaiyu, 2004, Manufacturing Engineering Handbook, McGraw-Hill
Maisiregar.blogspot.com:
Indiyanto, Rus, tanpa tahun, Pengantar Pengetahuan Bahan Teknik, FTI, UVN Veteran, Surabaya.
Schey.Jhon.A, 2009, Proses Manufaktur : Introduction to Manufacturing Process, Andi, Yogyakarta.
Surdia, Tata dan Saito, Shinroku, 1992, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta
Wargadinata, Arijanto S., 2002, Pengetahuan Bahan, Penerbit Universitas Trisakti
William,, J.C. (2003). Progress in Structural Materials for Aerospace Systems (edisi ke-51st). Acta Materialia.. hlm. 5775-5799.
