KARAKTERISTIK TERMAL PROSES PEMBUATAN BESI

KARAKTERISTIK TERMAL KARAKTERISTIK TERMAL KARAKTERISTIK TERMAL KARAKTERISTIK TERMAL

• Kapasitas panas

• Panas jenis (spesifik heat)

• Panas peleburan (heat at fusion)

• Muai panas (thermal expansion)

∆

= ∆ Koef. Muai linier

∆

= ∆ Koef. Muai volume = 3 Thermal conductivity

Kemampuan transfer panas konduksi = koef. Transfer panas konduksi, k

= ^∆

∆

PROSES PEMBUATAN BESI PROSES PEMBUATAN BESI PROSES PEMBUATAN BESI PROSES PEMBUATAN BESI

• Bahan baku : bijih besi (oksida, karbonat dan sulfide besi)

MACAM MACAM MACAM

MACAM---- MACAM BIJIH BESI MACAM BIJIH BESI MACAM BIJIH BESI MACAM BIJIH BESI

1. Bijih besi oksida

• Bijih besi magnet (hematif) dengan kadar 50% bersifat magnetis

• Bijih besi nematic dengan kadar40-65%, berwarna sawo matang

2. Bijih besi hidrat

• lemonit(2 3) coklat

• hidrat hematif( 3) sawo matang

• kadar20-55%

3. Bijih besi karbonat

• Siderit( )kadar30% berbentuk pasir

• Karbon adalah adiktif (bumbu) utama

BAHAN BAKAR

• Arang kayu

• Arang batu (antrasit)

• Kokas (nilai kalor±8000kal/kg) dengan kemurnian tinggi, keras, berpori dan berbongkah besar

BATU KAPUR

• Pembentuk terak (bahan pengotor yang diikat oleh kapur yang mengapung di atas cairan besi)

UDARA PANAS

• Pembakaran kokas untuk membentuk panas yang tinggi (dalam bentuk gas dan CO)

• Udara panas dihasilkan dari pemanasan udara dingin dalam dapur (bata panas) 800-900 ⁰C

+ 3 −→ 2 + 3 > 1000 + 3 −→ 2 + 3

+ −→ 2 + 3 !+ −→ 3 + 4

_!+ −→ 3 + 4

TANUR TINGGI (BLAST FURNACE)

• Dapur / tanur baja yang dilapisi bata tahan api dengan ketinggian±30m dan diameter 6m

• Pemasukkan bahan (bijih, besi, kukas, kapur) dari atas

• Udara panas dari lubang-lubang bagian bawah. Suhu bagian bawah dapur 1200⁰C

• Pengeluaran besi cair di bagian bawah (2 lubang) besi kasar

BAJA DAN PADUANNYA

• Baja campuran besi dan karbon dengan unsur-unsur

%. '. (). %*(terbatas). Unsur karbon : 0,1 - 1,7%

• Karbon

Kegunaan : pembentuk baja Bentuk-bentuk campuran karbon :

1. LARUTAN PADAT FERIT

• Kandungan0,006% padakamar

• Lunak, kenyal, kurang kuat 2. SEMANTIT()

• Kandungan karbon 6,67%

• Keras dan rapuh

• Semantit larut dalam besi membentuk perlit

• Bila baja dipanasi dan didinginkan dengan cepat kesetimbangan rusak ( larut dalam bentuk lain) sifat bahan berubah

Bahan campuran lain : 1. Phospor

Membentuk larutan besi fosfida (sehingga perlu ditambahkan Mn)

Titik cair rendah, keras, rapuh Kandungan'dalam baja 0,05%

2. Belerang

Membentuk besi sulfide Titik cair rendah, rapuh Kandungan%max 0,05%

3. Silica

Membuat baja tidak stabil dan tidak kuat Kandungan%*dalam baja 0,1-0,3%

4. Mangan

() bercampur dengan % ()% yang diikuti dengan pembentukan%

()%dalam baja mampu mengimbangi sifat buruk dari% Kandungan()dalam baja karbon > 1%

PROSES PEMBUATAN BAJA

PROSES ASAM

• Untuk memurnikan besi kasar dengan kandungan P dan% <

• Besi kasar diperoleh dari bijih besi dengan kadar %* >

membentuk terak asam

• Lapisan dinding tanur terlihat dari bata silica (%*) yang mempunyai sifat samadengan terak mencegah ,-. ' dengan dapur

PROSES BASA

• Untuk memurnikan besi kasar yang kadar' ≫

• Kapur ditambahkanterak yang/0. '

• Lapisan dinding terbuat dari batu kapur mencengah ,-. %*dengan dinding dapur

CARA MODERN PEMBUATAN BAJA CARA MODERN PEMBUATAN BAJA CARA MODERN PEMBUATAN BAJA CARA MODERN PEMBUATAN BAJA

Menggunakan Konverter

• konverter berbentuk periuk dari plat baja berlapis bata tahan api, dan bagian atas terbuka sehingga dapat dimiringkan untuk pengeluaran isinya.

• Udara dihembuskan lewat bagian bawah yang berlubang- lubang dengan diameter 15-17mm. tekanan udara

± 1,4kg/cm

• Udara mengoksidasi dan impuritas, kemudian ditambahkan besi kasar dengan kadar() >

• Produk dituang ke dalam cetakan menjadi batangan baja

• Kapasitas konverter 25-60 ton dengan waktu proses 25 menit proses

Macam-Macam Konverter : 1. Proses Bessemer

• Dinding dari bata tahan api jenis%*

• Proses asam

• Besi kasar/0. ' < 7) %* >

2. Proses Thomas

• Dinding dari bata tahan api7+ (0(dolomit)

• Proses basa

• Mengolah besi kasar putih dengan ' > (1,7-2%) dan

%* <(0,6-0,8 %)

3. Proses Siemens-Marthin (tungku terbuka)

• Menghasilkan baja karbon sedang dan rendah

• Kapasitas 150-300 ton

• Bahan bakar gas dari pembakaran kokas

• Suhu proses 900-1200⁰C

• Terak mengapung di atas cairan baja sehingga dapat dipisahkan sewaktu pengeluaran isi

PROSES TANUR LISTRIK

Baja yang diperoleh kualitas tinggi bila suhu peleburan terkontrol dengan baik dan impuritas serendah mungkin.

Macam-Macam Tanur Listrik : 1. Tanur busur listrik

• Kapasitas 25-100 ton

• Elektroda grafit()yang dipasang di bagian atas dapur dan diatur dengan ditambahkan busur .. yang langsung ..

mencairkan logam

• Proses asam/basa sesuai bata tahan apinya 2. Tanur induksi

• Dapur berupa perak dengan lilitan kumparan kawat beraliran listrik frekuensi tinggi

• Baja dalam tanur panas dan mencair karena pengaruh induksi listrik

• Kapasitas 350 kg-6 ton

BESI TEMPA (WROUGHT IRON)

• Logam besi dengan campuran besi silikat (slag) .slag merupakan fasa terpisah yang berada dalam bentuk fiber (serat silica). Serat ini menunjang sifat tangguh dan lentur serta tahan terhadap pengaruh mekanik dari luar, mudah bengkok

• Dapat mengalami pengerjaan dengan pembentukan dingin/panas, serta pengelasan dengan berbagai teknik

• Lebih tahan korosi dibanding carbon steel. Tahan terhadap korosi atmosfir, tanah dan pitting corrosion akibat serat silica yang menyertainnya. Tahan terhadap larutan basa, tetapi tidak tahan larutan asam

• Penggunaan : koil pemanas, pipa gas buang dan lain-lain pada suhu± 350

BESI COR (CAST IRON)

Paduan logam dengan 2% atau lebih dan campuran

%*, (), '. % dan lain-lain Menonjol dari sisi kuat tariknya

Dibuat untuk peralatan yang agak rumit, mudah sekali patah. Jenis :

• Coran cill

Mempunyai komponen yang cocok untuk dituang ke dalam cetakan di mana bagian yang mengenai cetakan terdinginkan secara cepat besi warna putih dan bagian lain besi cor kelabu untuk roda, rol dan lain-lain

• Besi cor maleabel

Kandungan grafit di dalamnya berbentuk bongkahan agar kekuatan >

besar

• Besi cor nodular

Grafit ditambah Mg 7) 9 sehingga berbentuk bulatan agar kekuatan > tinggi

• Besi cor paduan

Kekuatan tinggiN*, ,, (90,5-1,5 % untuk silinder motor, rol dll.

Tahan terhadap asam10% %*, :*, ,dan lain-lain

BAJA KARBON (CARBON STEEL)

• Logam yang paling banyak digunakan di industry karena paling murah dan cocok untuk berbagai keperluan, serta paling mudah di las. Berat karbon steel 3x berat almunium dan 2/3 berat timbal

• Baja yang di anil (annealed steel) dengan kadarrendah (0,2% C) tensile strength 55000 psi kadar tinggi (0,4% C)tensile strength 100000 psi. pengerjaan dingin dapat meningkatkan kekuatan menjadi

≥180000 psi

• Sifat tahan korosinya tergantung pada pembentukan lapisan film oksida di permukaan logam tidak tahan terhadap larutan asam (misal %_!< 90%)

Kons. 90-98% ---> penggunaan < b.p 80-90% ---> penggunaan pada T kamar

>102% ---> penggunaan < 60⁰C

• Tidak digunakan untuk:, '_!, ℓ

• Dapat digunakan untuk:7 < 75%

• Air larut dan larutan garam memberikan karat secara lambat, yang menyebabkan korosi adalah ion^@yang mengurai^Aadalah air

JENIS-JENIS BAJA

Baja karbon rendah bentuk plat

• Produk utama dalam produksi besi dan baja

Plat tipis : untuk bahan peralatan dapur Plat tebal : untuk jembatan dan baja konstruksi Baja plat yang dirol panas dan baja kekuatan tinggi

• Pengerolan plat merupakan proses yang sangat efisien dan ekonomis

• Mempunyai sifat-sifat mudah dibentuk dan mudah dilas

• Baja cetakan, pipa

Unsur-unsur yang penting dalam baja :

penguat baja (dikontrol sampai kadarBB,B)Bu) , ', (9, D menurunkan keuletan

:*, ()memperbaiki keuletan pada T rendah

Baja untuk kekuatan dan keuletan

• Baja yang sengaja dikeraskan dan ditemper agar kuat tetapi tetap ulet

Penggunaan : baja paduan untuk konstruksi mekanik Unsur paduannya :

Ni − Cr Mn Ni − Cr − M_K Mn Cr Cr

Cr − M_K

• Kelebihan baja paduan Mampu keras yang lebih baik Kekuatan lebih tinggi

Keuletan lebih tinggi

Dengan mampu keras yang lebih baikpendinginan tidak perlu cepat untuk pengerasannyategangan sisa rendah

Baja mempunyai kekerasan tinggi sebagai sifat utama Baja pegas

• Kandungan Karbon: 0,5- 1% (baja karbon rendah dengan campuran : %*, () 7) , hingga 1%, (_L 7) Dhingga 0,25% dan kadang : Mhingga 0,0005%)

• Mempunyai modulus elastisitas tetap dengan batas elastis >

Baja bantalan mgd. 1%dan 1%,

• mempunyai sifat mampu keras dan mampu mesin yang baik dengan umur lama

• untuk bantalan peluru dan rol

• untuk bantalan yang besar dipakai lama > 1% () atau , atau(_L

Jenisnya :

• Diperkuat dengan, mampu keras >

• Diperkuat dengan Moulet

• Diperkuat dengan Vmampu keras <

Baja Kecepatan Tinggi

• Kekerasan panas dan ketahanan … yang baik sifat mekanik baik

• Untuk bahan perkakas pemotong …

• Unsur paduan :

bila < pengerasan kurang > titik cair

, memperbaiki mampu keras N ketahanan arus, mampu keras D membuat karbida sangat keras _L memperbaiki kekerasan Baja Kekuatan Sangat Tinggi

• Mempunyai kekuatan mulur > 1000('7dan kuat tarik > 2000 ('7

• Perbandingan kekuatan/berat >> :

Pesawat terbang, kendaraan ruang angkasa dan lain-lain

C. Baja perkakas dingin

• Umumnya mempunyai kadar >

• Macamnya :

Baja perkakas karbon pemotong kayu/daging, pisau cukur, kikir

Baja perkakas paduan rendah (dengan unsur ,, D, O) pemotong, cetakan penarikan kawat

Baja perkakas paduan medium (dengan unsur, ,, O, _L, D) alatpengetrim, pengukur, pengerol draft dan lain-lain.

D. Baja perkakas panas

Dipakai untuk proses pengerjaan panas seperti pada pengecoran cetak, bilah penggunting dan lain-lain.

Sifat yang diperlukan :

Mudah dimesin dan dibentuk menjadi cetakan Mampu keras yang baik

Bersifat homogen

Ketahanan tinggi terhadap pelunakan temper Kekerasan panas tinggi dan ulet

Ketahanan aus tinggi

Kuat terhadap kejutan termal, kelelahan termal dan lain- lain.

Jenisnya :

Baja martensit(:* − ,, :* − , − (_L)

Baja austenit (5 , & 1,5 (_L− D ; 3 , & 1,5 :* ; :* − ,, _L, 13 ,)

Baja maraging

(, 18% :* )07) S7T7) (_L, _L, *, UV VV)

BAJA TAHAN KARAT

Baja paduan dengan:* 7) ,untuk memperbaiki ketahanan korosi

Pemilihan baja tahan karat : 1. Martensit

• 12-13% ,dan 0,1-0,3% Batas minimal ketahanan asam

• Ketahanan panas yang baik sifat mekanik yang baik

• Untuk pemotong, perkakas dan lain-lain 2. Ferit

• mengandung ,16-18% atau lebih

• pada lingkungan korosi ringan tak berkarat pada air/larut netralpitting/crevice corrossion bila adaZ**B V

• tanpa paduan:*sulit terjadi korosi tegangan

BAJA TAHAN KARAT 3. Austenit

• mengandung 18% Cr − 8% Ni

• Lebih baik dari sisi ketahanan korosi, mampu bentuk dan mampu las

• Untuk bahan konstruksi, perabot dapur, turbin, mesin jet dan lain-lain.

Kekurangan :

• Korosi antar butir

• Korosi pitting dan crevice

• Retakan korosi tegangan

LOGAM DAN PADUAN LOGAM LOGAM DAN PADUAN LOGAM LOGAM DAN PADUAN LOGAM LOGAM DAN PADUAN LOGAM

PADUAN LOGAM (ALLOY)

Adalah kombinasi dari 2 atau lebih jenis logam, dapat berupa campuran 2 struktur kristalin (besiS,dandalam bajakonstruksi) atau larutan padat (misal : kuningan)

Paduan logam sengaja dibuat dengan komposisi tertentu agar berubah sifat, sesuai yang dikehendaki.

Contoh :

• Perak sterling 7,5% Tdan 92,5% U0menjadi perak lebih keras, kuat, ulet dan murah

• KuninganT 7) [)dengan maksimail 40%[) menjadikan kuningan lebih keras, kuat, ulet dengan konduksivitas listrik < T

Paduan logam mudah terbentuk bila pelarut dan atom yang terlarut mempunyai ukuran dan strukturℯyang sama

Contoh :

• T −→ ,_#= 0,1278 )/

[) −→ ,= 0,139 )/

Keduanya sama mempunyai28 elektron subulansi dengan bilangan koordinasi 12

[)akan menggantikan kedudukanTdalam strukturSZhingga max 40%

Larutan padat subtitusi

• T & :*(membentuk monel dengan komposisi 0-100%)

SZ

• T & %)(membentuk perunggu dengan daya larut terbatas) SZ

Larutan padat dapat terjadi bila :

Macam-Macam Larutan Padat : 1. Subtitusi tertata

• Tidak pernah terjadi pada suhu tinggi, karena agitasi termal cenderung mengacaukan tatanan atom

2. Subtitusi acak

• Kemungkinan suatu unsur menggantikan atom lain adalah sebanding dengan persentase atom unsur dalam paduan

3. Interstisi

• Dapat etrjadi bila ada atom-atom kecil yang dikelilingi atom-atom besar Contoh :

dalam

Pada > 912strukturSZmemungkinkan adanya lubang sisipan yang agak besar dan dapat ditempati atom Pada < 912strukturSZakan menurunkan daya larutdalamkarena sisipan yang ada lebih kecil

FASA

Bagian dari bahan yang memiliki struktur dan atau komposisi tersendiri Contoh :

• es-air

Eskristal padat Air cairan

Batas fasa antara keduanya merupakan diskontinuitas dalam struktur dan merupakan fasa terpisah

• tembaga yang dilapisi perak

T dan U0sama-sama berstrukturSZ, tetapi jari-jari atom U0 > T sehingga batas fasanya hampir sempurna pada suhu ruang

Umumnya dua fasa bahan memiliki perbedaan yang menonjol dalam struktur maupun komposisi Contoh : Polimer yang diperkuat dengan fiberglass

Namun adapula yang telah kehilangan perbedaan antar fasa tersebut bahkan membentuk larutan Contoh : gula yang larut dalam kopi

• [) (^BS)yang larut dalamT(kuningan)

• larutan padat berfasa tunggal

larutan (cair/padat) suatu fasa dengan lebih dari 1 komponen Campuran bahan dengan < fasa

Komposisinya sama

PADUAN LOGAM :

• fasa tunggal contoh :

kawat listrik dari tembaga alat rumah tangga dari alumunium sifat-sifat paduan fasa tunggal :

mengalami peningkatan kekuatan dan kekerasan karena adanya atom-atom terlarut yang menghambat pergerakan dislokasi kristal sewaktu terjadideformasi plastik.

Dislokasi tidak dapat bergerak bebas dalam atom-atom paduan

sewaktu campuran/impuritas dapat mengurangi daya hantar listrik pada logam, karena adanya atom asing akan mengganggu keseragaman medan listrik dalam kisi kristal daya panas hantar setara dengan daya hantar listrik (penghantanya sama-sama elektron) bila logam murni ditambahkan logam/komponen lain secara sengaja untuk memperbaiki sifat, maka akan terbentuk apduan bila daya larutnya tidak melampaui

bila daya larutnya dilampaui paduanya disebut …

• Paduan fasa ganda

• Contoh : baja secara umum

PEMROSESAN PADUAN FASA TUNGGAL

• Pengecoran

Dialami sebagian besar logam

• Pemurnian secara kimiawi

• Pembentukan larutan padat dalam kondisi cair

• Pembentukan

Pencetakan sesuai bentuk akhir

Pengerjaan mekanik (batang, kawat, pipa, plat dll) dilakukan pada ≫karena bahan lebih lunak, ulet, tidak mudah patah dan energi deformasi yang dibutuhkan <<

PADUAN LOGAM NON BESI

Pembuatan paduan logam diarahkan untuk memenuhi beberapa sifat berikut, tergantung pada pemakaiannya :

• Ketahanan korosi

• Kemampuan dilas, dibentuk dan diberlakukan dengan mesin

• Kesesuaian dengan spesifikasi desain

• Kompatibel dengan peralatan yang ada

Faktor yang dipertimbangkan dalam pemilihan bahan konstruksi :

• Kemudahan pengiriman dan waktu yang diperlukan

• Biaya fabrikasi dan pemeliharaan

• Harga bahan dibandingkan dengan R.O.I(Reurn of Investment) Alumunium dan paduannya

Sifat fisis alumunium :

• BM 26,97

• Densitas (g/cc) 2,7

• Titik leleh (99,66%) 658⁰C

• Elastic limit 3-4 ton/in²

• Max. stress 5-10 ton/in²

• Kekuatan (stregth)

Menurun drastis pada suhu > 150⁰C, sehingga suhu maksimal yang diijinkan untuk pemrosesan dingin 200⁰C

• Banyak digunakan karena sifatnya yang ringan, kuat dan tahan pengaruh bahan-bahan kimia

• Diproduksi secara komersil dengan kemurnian sangat tinggi dalam bentuk silinder batangan, pipa, lembaran

• Konduktivitas termalUℓ = 60% _T

Banyak digunakan untuk alat-alat perpindahan panas dan listrik Paduan alumunium mempunyai karakteristik mekanik yang lebih baik, misal :

• Paduan yang ditempa dengan panas tensile strength 16000- 33000 SZ*

• Paduan yang dianil(annealed) 83000 SZ*

Ketahanan korosinya :

• Uℓrelatif tahan korosi pada kondisi atmosferik (udara bersih maupun yang menjadi buangan industri)

• Meskipun tahan terhadap:pekat (> 82%) dan%_!99%, beberapa asam mineral lain dapat mengkorosiUℓ

• Uℓ tidak tahan terhadap:7pekat, tetapi relatif tahan terhadap:7encer

• Garam dari asam kuat dan basa lemah hanya sedikit berpengaruh

• Uℓtahan terhadap asam asetat pekat, semua asam lemak (kecuali asam formiat), fenol, naftol, alkohol,, :encer dan uap nitrat (kecuali bila >)

• S7T7) Uℓlebih tidak tahan korosi dibandingUℓ murni

TEMBAGA DAN PADUANNYA Sifat fisis tembaga :

BM 63,55

Densitas (g/ml) 8,93

Titik leleh 1062⁰C

Konduktivitas termal 0,918 cgs unit Elastic limit 10-19 ton/in² Max. stress 15-24 ton/in² Elongation (regangan) 5-50 pada 2 in

Tembaga diproduksi komersial dalam bentuk lembaran, batang, pipa, silinder. Penyambungan dilakuka degan las dan pematrian

• Tembaga untuk konstruksi mempunyai kemurnian 99,3% dengan sedikit impuritasUZ0,3-0,5%

• Banyak digunakan utuk alat penukar panas. Nilai ` (kondisi termal) T = 2- Uℓ

Ketahanan Korosi :

• Tahan terhadap pengaruh%_! 7) encer tanpa adanya

PaduanT ∶

• Kuningan(T − [))dengan max 15% [) bersifat liat. Dengan kadar [) < 20%memiliki ketahanan korosi yang sama denganTtetapi tensile strength-nya > . dengan kadar[)20-40% ketahanan korosinya

<, cenderung mudah terkena karat ringan dan dezincfication (terutama bila ada:)

• Perunggu(T − %))

Sifat mekanis mirip denga kuningan

Sifat korosinya mirip dengan kuningan denga kadar Z)> (kecuali bahwa perunggu tahan terhadap regagan)

• Perunggu dengan paduan Uℓ 7) %* banyak digunakan di Indonesia karena kuat dan tahan korosi

• Cupronickel (T − :*) Mengandung 10-30% :*

Mempunyai ketahanan korosi paling besar dibanding paduanT yang lain

Tahan terhadap pengaruh air larut Banyak digunakan untuk pipab