“LOGAM SEBAGAI BAHAN KONSTRUKSI”
A. Pengertian Logam
Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, liat, keras, penghantar listrik dan panas, serta mempunyai titik cair tinggi. Logam juga merupakan bahan yang dapat ditempa, mengkilat, magnetis, dan dapat dicampur secara homogen dalam berbagai kadar.
B.
Jenis Logam
Kelebihan logam sebagai bahan konstuksi adalah memiliki sifat yang di suatu pihak lebih baik karena ia : memiliki kuat tarik tinggi, dapat di rubah – rubah bentuknya, mudah di sambung / di las. Sifat lainnya adalah : memiliki harga konduktivitas listrik yang tinggi, konduktivitas panas tinggi dan dapat di haluskan sehingga berkilau permukaanya. Kelemahan sebagian besar logam, khususnya baja, ialah tidak tahan korosi karena kelembapan maupun oleh pengaruh udara sekeliling dan terjadi perubahan bentuk bila terkena suhu/panas tinggi Di dalam pemakaian, logam selain juga memiliki kuat tarik yang tinggi, tahan tekanan atau korosi, kadang-kadang juga harus tahan terhadap beban kejut, suhu rendah, gaya yang berubah-ubah atau kombinasi, dan beberapa keadaan yang lain.
Logam dibagi menjadi dua yaitu logam murni yang hanya terdiri dari satu jenis atom, seperti besi (Fe) murni, tembaga (Cu) murni dan logam paduan (metal alloy) yang terdiri dari dua atau lebih jenis atom dan merupakan campuran dari dua macam logam atau lebih yang dicampur satu sama lain dalam keadaan cair.
Logam murni adalah suatu logam yang memiliki sifat-sifat:
- kadar kemurnian 99,9%
- kekuatan tarik rendah - titik lebur tinggi
- daya hantar listrik baik
- daya tahan terhadap karat baik
Contoh-contoh logam murni adalah emas, timah, seng, dan aluminum. Biasanya kaleng menggunakan aluminium murni
Aluminium Emas
Timah Seng
Logam paduan (metal alloy) sering digunakan sebagai pengganti logam murni karena pada logam paduan memiliki sifat yang dapat memberikan keuntungan dan kemudahan sebagai material pabrikasi seperti kekerasan pada logam paduan dapat ditingkatkan dari kekerasan logam asalnya, kekuatan tarik dapat diperbesar, daya pemuaian dapat dikurangkan, titik lebur dapat diturunkan atau dinaikkan dibanding logam-logam asalnya. Sifat-sifat tersebut itulah yang tidak dimiliki logam murni sehingga dapat tambahkan unsur logam lainnya untuk
mengeluarkan kelebihan-kelebihan dari sifat-sifat tersebut. Material logam dikelompokan menjadi dua yaitu :
1. Logam Besi (ferrous)
Logam ferro adalah logam besi (Fe). Besi merupakan logam yang penting dalam bidang teknik, tetapi besi murni terlalu lunak dan rapuh sebagai bahan kerja,
bahan konstruksi dan lain-lain. Oleh karena itu besi selalu bercampur dengan unsur lain, terutama zat arang atau karbon (C). Logam ferro juga disebut besi karbon atau baja karbon. Bahan dasarnya adalah unsur besi (Fe) dan karbon (C), tetapi sebenarnya juga mengandung unsur lain seperti: silisium, mangan, fosfor, belerang dan sebagainya yang kadarnya relatif rendah. Unsur-unsur dalam campuran itulah yang mempengaruhi sifat-sifat besi atau baja pada umumnya, tetapi unsur zat arang (karbon) yang paling besar pengaruhnya terhadap besi atau baja terutama kekerasannya.
Pembuatan besi atau baja dilakukan dengan mengolah bijih besi di dalam dapur tinggi yang akan menghasilkan besi kasar atau besi mentah. Besi kasar belum dapat digunakan sebagai bahan untuk membuat benda jadi maupun setengah jadi, oleh karena itu, besi kasar itu masih harus diolah kembali di dalam dapur- dapur baja. Logam yang dihasilkan oleh dapur baja itulah yang dikatakan sebagai besi atau baja karbon, yaitu bahan untuk membuat benda jadi maupun setengah jadi. Logam Besi (ferrous) juga terdiri menjadi dua yaitu:
a. Baja (steel)
Baja adalah logam paduan antara besi (Fe) dan karbon (C), dimana besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya.
Kandungan karbon dalam baja kurang dari 1,4% berat sesuai grade-nya.
Berikut merupakan klasifikasi baja berdasarkan komposisi kimianya :
Baja Karbon (Carbon Steel)
Baja paduan rendah terdiri dari dari besi dan karbon. Karbon merupakan unsur pengeras besi yang efektif dan murah. Berdasarkan kandungan karbon, baja paduan rendah dibagi menjadi tiga macam, yaitu:
● Baja karbon rendah (Low Carbon Steel)
Baja karbon rendah adalah baja yang mengandung karbon kurang dari 0,25% C, serta struktur mikronya terdiri atas ferit dan perlit. Sehingga pada
penggunaannya, baja jenis ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan komponen bodi mobil, struktur bangunan, pipa gedung, jembatan, kaleng, pagar, dan lain-lain.
● Baja karbon menengah (Medium Carbon Steel)
Baja karbon menengah adalah baja yang mengandung karbon 0,25% C-0,6% C.
● Baja karbon tinggi (High Carbon Steel)
Baja karbon tinggi adalah baja yang mengandung karbon 0,6% C-1,4% C dan memiliki tahan panas yang tinggi, kekerasan tinggi, namun keuletannya lebih rendah.
● Baja Paduan (Alloy Steel)
Menurut Amanto, 1999, baja paduan didefinisikan sebagai suatu baja yang dicampur dengan satu atau lebih unsur campuran seperti nikel, mangan,
molibdenum, kromium, vanadium, dan wolfram yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat baja yang dikehendaki seperti sifat kekuatan, kekerasan, dan
keuletannya. Berdasarkan kadar paduannya baja paduan dibagi menjadi tiga macam, yaitu:
- Baja paduan rendah (Low Alloy Steel)
- Baja paduan menengah (Medium Alloy Steel) - Baja paduan tinggi (High Alloy Steel)
Menurut Amstead, 1993 secara umumnya, baja paduan memiliki sifat yang unggul daripada baja karbon biasa, diantaranya:
- Keuletan yang tinggi tanpa pengurangan kekuatan tarik.
- Tahan terhadap korosi dan keausan yang tergantung dari jenis paduannya.
- Tahan terhadap perubahan suhu, ini berarti bahwa sifat fisisnya tidak banyak berubah.
- Memiliki butiran halus dan homogen.
b. Besi Cor (cast iron)
Besi cor merupakan paduan Besi-Karbon dengan kandungan C 3-4,5%.
Paduan ini memiliki sifat mampu cor yang sangat baik namun memiliki elongasi yang relatif rendah.
2. Logam Non Besi (Non Ferrous)
Logam non ferro atau logam bukan besi adalah logam yang tidak mengandung unsur besi (Fe). Logam non ferro murni kebanyakan tidak digunakan begitu saja tanpa dipadukan dengan logam lain, karena biasanya sifat-sifatnya belum memenuhi syarat yang diinginkan.
Logam non fero juga digunakan untuk campuran besi atau baja dengan tujuan memperbaiki sifat-sifat baja. Dari jenis logam non ferro berat yang sering digunakan uintuk paduan baja antara lain, nikel, kromium,
molebdenum, wollfram dan sebagainya. Sedangkan dari logam non ferro ringan antara lain: magnesium, titanium, kalsium dan sebagainya.
Logam yang digunakan sebagai bahan konstruksi memiliki sifat-sifat yang di satu pihak lebih baik karena tahan terhadap tarik (kuat tariknya lebih tinggi), bentuknya dapat diubah-ubah, mudah disambung/dilas, memiliki
konduktivitas listrik dan panas yang tinggi, dan dapat dihaluskan sehingga berkilau permukaannya.
adapun kelemahan dari bahan logam khususnya baja adalah tidak tahan terhadap korosi yang disebabkan oleh kelembaban maupun udara
sekelilingnya, fikir secara umum penggunaan logam di bidang teknik sipil biasanya digunakan sebagai struktur utama, penguat ataupun dekorasi.
perilaku bahan baja secara mudah dapat diketahui dengan mengamati
hubungan tegangan-regangan potongan baja yang ditarik secara perlahan hingga putus.
modulus elastisitas baja (E) adalah 200.000 MPa dan hal ini merupakan harga / besaran karakteristik bahan. secara umum tegangan leleh baja Fy didefinisikan sebagai tegangan yang terjadi pada saat regangan baja mencapai 0,2% atau 0,002. pada baja karbon-rendah, tegangan leleh biasanya dianggap sama dengan batas proporsional, sedangkan besar
regangan plastis nya dapat mencapai >100 kali regangan leleh (sifat daktilitas tinggi).
Akibat peningkatan suhu yang diantisipasi akibat pengelasan dan kebakaran dapat menyebabkan terjadinya penurunan harga-harga berikut:
- Modulus Elastistas (E) - Tegangan Leleh, dan - Kekuatan Tarik
adapun contoh baja yang digunakan untuk bahan konstruksi adalah sebagai berikut:
a. Baja Profil (profil IWF, profil HWF, profil C, baja siku, dan lain-lain)
b. Baja Tulangan (Rebar) yang biasa digunakan untuk penguat pada beton.
c. dll
C. Produksi Logam
Secara umum menurut cara yang di lakukan pada waktu ini , ada 4 (empat) tahap pengerjaan untuk menghasilkan sebagian besar jenis logam yaitu : ● penggalian bijih logam
● penyiapan bijih, untuk diambil logam dari bijih.
● Ektraksi atau mengeluarkan / memisahkan logam dari bijih.
● Pemurnian dan pengolahan logam.
D. Proses Pembuatan Baja
Baja merupakan paduan antara besi dengan elemen lain sehingga dicapai sifat-sifat yang diinginkan. Yang dimaksud dengan paduan adalah larutan
padat yang homogen antara besi dengan elemen-elemen lain yang dibutuhkan.
Baja dapat diolah dan dibentuk secara mekanis menjadi pelat, pipa,batangan, profil, dll.
Proses pembuatan baja dapat dilakukan dengan cara : a. Proses Bessemer
b. Proses Thomas c. Proses Martin.
Perbandingan/perbedaan antara proses Martin dan Bessemer adalah :
E. Logam Paduan
Baja merupakan besi dengan kadar karbon kurang dari 2 %. Baja dapat dibentuk menjadi berbagai macam bentuk sesuai dengan keperluan. Secara garis
besar ada 2 jenis baja, yaitu : a. Baja karbon
b. Baja Paduan a. Baja Karbon
Baja karbon disebut juga plain karbon steel, mengandung terutama unsure karbon dan sedikit silicon, belerang dan pospor. Berdasarkan kandungan karbonnya, baja karbon dibagi menjadi :
- baja dengan kadar karbon rendah ( < 0,2 % C) - Baja dengan kadar karbon sedang ( 0,1%-0,5 % C) - Baja dengan kadar karbon tinggi ( >0,5 % C)
Kadar karbon yang terdapat di dalam baja akan mempengaruhi kuat tarik, kekerasan dan keuletan baja. Semakin tinggi kadar karbonnya, maka kuat tarik dan kekerasan baja semakin meningkat tetapi keuletannya cenderung turun.
Penggunaan baja di bidang teknik sipil pada umumnya berupa baja
konstruksi atau baja profil, baja tulangan untuk beton dengan kadar karbon 0,10% - 0,50 %. Selain itu baja karbon juga digunakan untuk baja/kawat pra tekan dengan kadar karbon s/d 0,90 %. Pada bidang teknik sipil sifat yang paling penting adalah kuat tarik dari baja itu sendiri.
b. Baja Paduan
Baja dikatakan di padu jika komposisi unsur-unsur paduannya secara khusus ,
bukan baja karbon biasa yang terdiri dari unsure silisium dan mangan. Baja paduan semakin banyak di gunakan.Unsur yang paling banyak di gunakan untuk baja paduan , yaitu : Cr, Mn, Si, Ni, W, Mo, Ti, Al, Cu, Nb, Zr.
F. Klasifikasi Baja
Baja paduan dapat di klasifikasikan sesuai dengan : - Komposisi
- Struktur - Penggunaan
Komposisi
Berdasarkan komposisi baja paduan di bagi menjadi :
● Baja tiga komponen : terdiri satu unsure pemandu dalam penambahan Fe dan C.
● Baja empat komponen : terdiri dari dua unsure pemandu dst. Struktur Baja di klasifikasikan berdasarkan :
● Baja pearlit
● Baja martensit
● Baja austensit
● Baja ferrit
● Baja karbit / ledeburit
Baja pearlit (sorbit dan trostit), di dapat jika unsur-unsur paduan relative kecil maximum 5 %, baja ini mampu di mesin, sifat mekaniknya meningkat oleh heat treatmen (hardening &tempering) Baja martensit, unsure
pemandunya lebih dari 5 % sangat keras dan sukar di mesin. Baja autensit, terdiri dari 10 – 30 % unsure pemadu tertentu (Mi, Mn, atau Co) misalnya : baja tahan karat (stainlees steel), non magnetic dan baja tahan panas (heat resistant steel). Baja ferrit, terdiri dari sejumlah besar unsure pemadu (Cr, W atau Si) tetapi karbonnya rendah. Tidak dapat di keraskan. Baja karbit
(ledeburit), terdiri sejumlah karbon dan unsure- unsur pembentuk karbit (Cr, W, Mn, Ti, Zr)
Penggunaan
Berdasarkan penggunaan dan sifat-sifatnya, baja paduan diklasifikasikan :
● Baja konstruksi (structural steel)
● Baja perkakas (tool steel)
● Baja dengan sifat fisik khusus
● Baja konstruksi, di bedakan lagi menjadi yiga golongan tergantung persentaseunsure pemadunya, yaitu :
● Baja paduan rendah (maximum 2 %)
● Baja paduan menengah (2 – 5 %)
● Baja paduan tinggi ( lebih dari 5 %)
Setelah di heat treatmen baja jenis ini sifat – sifat mekaniknya lebih baik dari baja karbon biasa. Baja perkakas, di pakai untuk alat pemotong, komposisinya tergantung bahan dan tebal benda yang di potong / di sayat pada kecepatan potong, suhu kerja. Baja paduan rendah, kekerasannya tidak berubah hingga pada suhu 250 c. Baja paduan tinggi, kekerasannya tidak berubah hingga pada suhu 600 c. Baja dengan sifat – sifat fisik khusus, dapat di bedakan sebagai berikut :
● Baja tahan karat : 0,1 – 0,45 % C ; 12 – 14 % Cr.
● Baja tahan panas :12 – 14 % Cr tahan hinggga suhu 750 – 800 c 15 – 17
% Cr tahan hingga suhu 850 – 1000 c
● Baja tahan pakai pada suhu tinggi . 23 % Cr, 18 – 21 % Ni, 2 – 3 % Si 13 % - 15 % Cr, 13 – 15 % Ni
2 % - 5 % W, 0,25 – 0,4 % Mo, 0,4 – 0,5 % C
G. Sifat-sifat Fisik dan Mekanis Baja
Sifat baja pada umumnya terdiri dari sifat fisik dan sifat mekanis. Sifat fisik meliputi : berat, berat jenis, daya hantar panas dan konduktivitas listrik. Baja dapat berubah sifatnya karena adanya pengaruh beban dan panas.
Sifat mekanis
Sifat mekanis suatu bahan adalah kemampuan bahan tersebut
memberikan perlawanan apabila diberikan beban pada bahan tersebut.
Atau dapat dikatakan sifat mekanis adalah kekuatan bahan didalam memikul beban yang berasal dari luar. Sifat mekanis pada baja meliputi :
a. Kekuatan. Sifat penting pada baja adalah kuat tarik. Pada saat baja diberi beban, maka baja akan cenderung mengalami
deformasi/perubahan bentuk. Perubahan bentuk ini akan
menimbulkan regangan/strain, yaitu sebesar terjadinya deformasi tiap satuan panjangnya . Akibat regangan tersebut, didalam baja terjadi tegangan/stress sebesar, dimana P = beban yang membebani baja, A = luas penampang baja. Pada waktu baja diberi beban, maka terjadi regangan. Pada waktu terjadi regangan awal, dimana baja belum sampai berubah bentuknya dan bila beban yang menyababkan regangan tadi dilepas, maka baja akan kembali ke bentuk semula.
Regangan ini disebut dengan regangan elastis karena sifat bahan masih elastis. Perbandingan antara tegangan dengan regangan dalam keadaan elastis disebut dengan “Modulus Elastisitas/Modulus Young”
b. jenis tegangan yang terjadi pada baja, yaitu :
- tegangan , dimana baja masih dalam keadaan elastis - tegangan leleh, dimana baja mulai rusak/leleh
- tegangan plastis, tegangan maksimum baja, dimana baja mencapai kekuatan maksimum.
c. Keuletan (ductility), Kemampuan baja untuk berdeformasi sebelum baja putus.
Keuletan ini berhubungan dengan besarnya regangan/strain yang permanen sebelum baja putus. Keuletan ini juga berhubungan dengan sifat dapat dikerjakan pada baja. Cara ujinya berupa uji tarik.
d. Kekerasan, adalah ketahanan baja terhadap besarnya gaya yang dapat menembus permukaan baja. Cara ujinya dengan kekerasan Brinell, Rockwell, ultrasonic, dll
e. Ketangguhan (toughness), adalah hubungan antara jumlah energi yang dapat diserap oleh baja sampai baja tersebut putus. Semakin kecil energi yang diserap oleh baja, maka baja tersebut makin rapuh dan makin kecil ketangguhannya. Cara ujinya dengan cara memeberi pukulan mendadak (impact/pukul takik).
H.
Penggunaan Bahan Logam
Dalam penggunaan serta pemakaiannya, logam pada umumnya tidak merupakan logam murni tetapi merupakan senyawa logam atau merupakan paduan yaitu senyawa antara logam dengan logam dan senyawa antara logam dengan meteloid yang mempunyai sifat-sifat logam.
Logam-logam dan paduannya merupakan bahan teknik yang penting, umpamanya dipakai untuk konstruksi mesin, kendaraan, jembatan, bangunan, pesawat
terbang, dan peralatan rumah tangga.
Bahan logam ( logam teknik ) yang sering dipakai adalah:
1. baja.
2. aluminium dan paduannya.
3. tembaga dan paduannya.
4. nikel dan paduannya.
5. timah putih dan paduannya.
I.
Pengaruh dari beberapa unsur paduan terhadap sifat baja
C : Karbon dengan unsur-unsur lain umumnya membentuk karbid kecuali dengan Ni dan Mn. Oleh karena itu dengan unsur pembentuk karbid menentukan banyak karbid dalam baja. Karbid-karbid ini keras tapi getas, tahan goresan dan tahan suhu
Cr : Khrom menambah kekuatan tarik dan keplastisan, menambah mampu keras, meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan tahan suhu tinggi.
W : Membentuk karbid yang keras dan tahan suhu tinggi, banyak digunakan dalam baja perkakas dan baja potong cepat (HSS).
Mo dan W : Menambah kekerasan dan kekuatan terutama pada suhu tinggi, menambah mampu keras.
Mn : Menambah kekuatan, kekerasan dan keuletan.
Si : Menambah kekuatan dan elastisitas, menambah ketahanan terhadap asam pada suhu tinggi dan memperbaiki tahanan listrik.
Ni : Meningkatkan sifat mekanis, keliatan dan mampu keras, mengurangi sifat magnet, tahan asam dan menurunkan koefisien muai.
Dalam pemilihan baja yang ekonomis, baja karbon dapat diambil sebagai bahan pilihan pertama, selama memenuhi persyaratan penggunaan. Baja karbon rendah
diperdagangkan dalam bentuk plat, strip, batang atau profil. Baja plat untuk badan kendaraan biasanya diambil yang mengandung 0,05%C. Baja untuk konstruksi jembatan, bangunan dan lain-lain, mengandung 0,15—0,25% C. Baut dan paku keling untuk
konstruksi tersebut dan SAE 1020 dan 1035.
Baja karbon medium dipakai untuk bahan alat-alat dan bagian-bagian mesin : baut, poros engkol, batang torak, poros, terbuat dari C 1040 sedangkan roda-roda gigi dan baja yang mengandung karbon 0,55 - 0,83%. Baja karbon tinggi C 1095 banyak dipakai untuk pegas dan perkakas, pahat, bubut, palu, gergaji. Sedang kikir, gergaji, pisau cukur, peluru-peluru dan bantalan peluru terbuat dan baja dengan kadar karbon lebih tinggi lagi (1 — l,5%C).
Baja tahan karat banyak digunakan sehubungan dengan sifatnya tahan terhadap korosi dan reaksi kimia atau reaksi dengan Iingkungan dan tahan terhadap panas.
Ketahanan ini tergantung dan unsur Cr dan unsur-unsur lainnya seperti Ni, V, Mo, Ti dan sebagainya. Baja tahan karat banyak dipakai untuk tangki zat kimia yang korosif,
pendingin dan pemanas, turbin, ketel, tungku pemanas, bagian-bagian dalam motor bakar dan alat-alat yang dipakai pada suhu-suhu yang lebih tinggi.
Baja yang mengandung mangan terutama baja mangan banyak dipakai karena sifatnya yang keras dan ulet, karena itu dipakai antara lain untuk mata pemecah pada mesin pernecah batu dan gilingan. Baja ini susah dibubut karena kerasnya, karenanya harus dibentuk dengan pengecoran.
J.
Klasifikasi dan Standardisasi Baja
Ada bermacarn-macam klasifikasi dari baja paduan, diantaranya adalah DIN (Deutsche Industrie Norm) Jerman, BS (British Standard) Inggris, ASTM (American Society for Testing and Materials) Amerika, SAE (Society of Automotive Engineers) Amerika, AISI (American Iron and Steel Institute) Amerika dan JIS (Japan Industrial Standard).
Angka-angka pada klasifikasi baja menurut SAE dan AISI sebagian menunjukkan macam dan komposisinya. Angka pertama menunjukkan tipe baja, umpamanya angka 1 menunjukkan baja karbon, 2 menunjukkan baja nikel, 3 menunjukkan baja nikel khrom, dan sebagainya.
Untuk paduan sederhana angka kedua menunjukkan sub-tipe atau prosentase kandungan unsur paduan utarna, umpamanya 0 (nol) menunjukkan unsur karbon yang utama. tak ada unsur paduan lain yang penting (baja karbon biasa), 1
menunjukkan unsur belerang yang utama, 2 menunjukkan unsur pospor yang utama, 3 menunjukkan unsur mangan yang utama, 4 menunjukkan unsur silikon yang utama, dan sebagainya. Dua angka terakhir menunjukkan prosentase karbon rata-rata dalam 1/100%.
Di depan keempat angka tersebut ada huruf yang menyatakan proses pembuatan baja tersebut, yaitu A adalah baja yang dibuat pada tanur perapian terbuka basa, B adàlah baja yang dibuat pada dapur konvertor (Bessemer) asam, C adalah baja yang dibuat pada dapur konvertor (Thomas) basa, D adalah baja yang dibuat pada tanur perapian terbuka asam dan E adalah baja yang dibuat pada tanur listrik.
Selain itu dipakai huruf TS yaitu baja yang masih dalam penentuan pilihan.
Sebagai contoh C 1008 adalah tipe baja karbon dengan subtipe baja karbon biasa yang dibuat pada tanur konvertor basa yang mengandung rata-rata 0,08% C.
Ada kalanya huruf B atau BV disisipkan, yaitu untuk menunjukkan golongan baja boron (51 B 60) atau baja boron vanadium (TS43BV12, TS43BV14).
K. Bahan Baku
Secara umum logam bisa dibedakan atas dua yaitu : logam- logam besi (ferous) dan logam-logam bukan besi (non feorus). Sesuai dengan namanya logam-logam besi adalah logam atau paduan yang mengandung besi sebagai unsur utamanya, sedangkan logam-logam bukan besi adalah logam yang tidak atau sedikit sekali mengandung besi. Logam-logam besi terdiri atas :
- besi tuang (cast iron) - baja karbon (carbon steel) - baja paduan (alloy steel) - baja spesial (specialty steel)
Keempat kelompok besi diatas terbagi lagi atas pengelompokan yang lebih kecil yang diperlihatkan pada tabel 1. Untuk logam bukan besi contohnya adalah logam dan paduan seperti : aluminium, tembaga, timah, emas, magnesium dsb.
Tabel 1: Pembagian Paduan Besi dan Baja Menurut Komposisinya.
__________________________________________________________________
____ No. Paduan besi dan Baja Komposisi kimia (dalam
%)
__________________________________________________________________
__
1. Besi tuang 2-4 %C, 1-3 %Si, 0,80 %Mn (maks) 0,10 %P (maks), 0,05% S (maks).
- Besi tuang kelabu Disamping terdapat perbedaan yang kecil - Besi tuang putih dari segi komposisi, perbedaan sifat-sifat - Besi tuang noduler besi tuang ditentukan oleh struktur mikro karena proses pembuatan atau karena proses perlakuan panas.
- Besi tuang paduan Unsur-unsur pemadu : Cr, Ni, Mo, Al atau logam-logam lainnya.
2. Baja karbon :
- Baja karbon rendah 0,08-0,35 %C | 0,25-1,50 %Mn - Baja karbon sedang 0,35-0,50 %C plus | 0,25-0,30 %Si
- Baja karbon tinggi 0,55-1,7 %C | 0,04 %P (maks) | 0,05 %S (maks)
3. Baja paduan :
- Baja paduan rendah - Seperti pada baja karbon rendah + unsur-unsur pemadu kurang dari 4 % seperti :
Cr, Ni, Mo, Cu, Al, Ti, V, Nb, B, W dll.
- Baja paduan medium - Seperti pada baja paduan rendah tetapi jumlah unsur-unsur pemadu diatas 4%.
4. Baja Spesial :
- Baja stainless : a. Feritik (12-30 %Cr dan kadar karbon rendah) b. Martensitik (12-17 %Cr dan 0,1-1,0 % C) c. Austenitik (17-25 %Cr dan 8-20% Ni)
d. Duplek (23-30 %Cr, 2,5-7 %Ni, plus unsur Ti dan Mo)
e. Presipitasi (seperti pada austenitik, plus elemen pemadu seperti : Cu, Ti, Al, Mo, Nb atau N)
- Baja perkakas General purpose steels Die steels
High speed steels (0,85-1,25 %C, 1,50-20%W, 4-9,5
%Mo, 3-4,5 %Cr, 1-4 %V, 5-12 %Co)
L. Cara Mendapatkan
Bahan baku awal dalam pembuatan besi dan baja adalah biji besi (iron core). Biji besi yang didapatkan dari alam umumnya merupakan senyawa besi dengan oksigen seperti hematite (Fe2 O 3 ); magnetite (Fe 3 O 4 ); limonite (Fe 2 O 3 );
atau siderite (Fe 2 CO 3 ). Pembentukan senyawa besi oksida tersebut sebagai proses alam yang terjadi selama beribu-ribu tahun. Kandungan senyawa besi dibumi ini mencapai 5 % dari seluruh kerak bumi ini. Penambangan biji besi tergantung keadaan dimana biji besi tersebut ditemukan. Jika biji besi ada di permukaan bumi maka penambangan dilakukan dipermukaan bumi (open-pit mining), dan jika biji besi berada didalam tanah maka penambangan dilakukan dibawah tanah (underground mining). Karena biji besi didapatkan dalam bentuk senyawa dan bercampur dengan kotoran-kotoran lainnya maka sebelum
dilakukan peleburan biji besi tersebut terlebih dahulu harus dilakukan pemurnian untuk mendapatkan konsentrasi biji yang lebih tinggi (25 - 40%). Proses
pemurnian ini dilakukan dengan metode : crushing, screening, dan washing (pencucian). Untuk meningkatkan kemurnian menjadi lebih tinggi (60 - 65%) serta memudahkan dalam penanganan berikutnya, dilakukan proses agglomerasi dengan langkah-langkah sebagai berikut :
- Biji besi dihancurkan menjadi partikel-partikel halus (serbuk).
- Partikel-partikel biji besi kemudian dipisahkan dari kotoran- kotoran dengan cara pemisahan magnet (magnetic separator) atau metode lainnya.
- Serbuk biji besi selanjutnya dibentuk menjadi pellet berupa bola-bola kecil berdiameter antara 12,5 - 20 mm.
- Terakhir, pellet biji besi dipanaskan melalui proses sinter/pemanasan hingga temperatur 1300 C agar pellet tersebut menjadi keras dan kuat sehingga tidak mudah rontok.
M.
Reaksi
Proses Reduksi
Tujuan proses reduksi adalah untuk menghilangkan ikatan oksigen dari biji besi.
Proses reduksi ini memerlukan gas reduktor seperti hidrogen atau gas karbon monoksida (CO). Proses reduksi ini ada 2 macam yaitu proses reduksi langsung dan proses reduksi tidak langsung.
a. Proses Reduksi Langsung
Proses ini biasanya digunakan untuk merubah pellet menjadi besi spons (sponge iron) atau sering disebut: besi hasil reduksi langsung (direct reduced iron). Gas reduktor yang dipakai biasanya berupa gas hidrogen atau gas CO yang dapat dihasilkan melalui pemanasan gas alam cair (LNG) dengan uap air didalam suatu reaktor yaitu melalui reaksi kimia berikut :
CH4 + H 2 O CO + 3H 2 (gas hidro (uap air- (gas reduktor) karbon) panas)
Dengan menggunakan gas CO atau hidrogen dari persamaan diatas maka proses reduksi terhadap pellet biji besi dapat dicapai melalui reaksi kimia berikut ini : Fe2 O 3 + 3H 2 2Fe + 3H 2 O
(pellet) (gas hidrogen) (Besi- (uap air) spons)
atau
Fe2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2 b. Proses Reduksi Tidak Langsung
Proses ini dilakukan dengan menggunakan tungku pelebur yang disebut juga tanur tinggi (blast furnace). Sketsa tanur tinggi diperlihatkan pada gambar 4. Biji besi hasil penambangan dimasukkan ke dalam tanur tinggi tersebut dan didalam tanur tinggi dilakukan proses reduksi tidak langsung yang cara kerjanya sebagai berikut : Bahan bakar yang digunakan untuk tanur tinggi ini adalah batu bara yang telah dikeringkan (kokas).
Kokas dengan kandungan karbon (C) diatas 80%, tidak hanya berfungsi sebagai bahan bakar, tetapi juga berfungis sebagai pembentuk gas CO yang berfungsi sebagai reduktor.
Untuk menimbulkan proses pembakaran maka ke dalam tanur tersebut ditiupkan udara dengan menggunakan blower sehingga terjadi proses oksidasi sebagai berikut :
2C + O2 2CO + Reaksi kimia
- Besi(III) klorida merupakan asam Lewis yang relatif kuat, dan bereaksi membentuk adduct dengan basa-basa Lewis. Contohnya adalah reaksi dengan trifenilfosfin oksida, membentuk adduct FeCl3(OPPh3)2 dimana Ph = fenil.
- Besi(III) klorida bereaksi dengan garam klorida lainnya membentuk ion tetrahedral FeCl4− yang berwarna kuning. Garam-garam dari FeCl4− dalam asam klorida dapat diekstraksikan ke dietil eter.
- Jika dipanaskan bersama besi(III) oksida pada temperature 350 °C, besi (III) klorida membentuk besi oksiklorida, sebuah padatan berlapis.
FeCl3 + Fe2O3 → 3 FeOCl
- Dalam suasana basa, alkoksida dari logam alkali bereaksi membentuk kompleks dimer
2 FeCl3 + 6 C2H5OH + 6 NH3 → (Fe(OC2H5)3)2 + 6 NH4Cl
- Besi(III) klorida bereaksi dengan cepat terhadap oksalat membentuk
kompleks [Fe(C2O4)3]3−. Garam-garam karboksilat lainnya juga membentuk kompleks, seperti sitrat dan tartarat
- Besi(III) klorida adalah agen oksidator yang sedang, mampu mengoksidasi tembaga(I) klorida to menjadi tembaga(II) klorida. Agen pereduksi seperti hidrazin dapat mengubah besi(III) klorida menjadi kompleks dari besi(II)
N. Proses / Diagram Air
Teknologi Pengolahan Logam
Proses pengolahan logam secara garis besar diperlihatkan pada gambar diagram.
Dari gambar tersebut proses pengolahan logam dibagi atas 3 bagian pokok yaitu : 1. Industri hulu : industri yang mengolah bahan tambang berupa biji logam menjadi logam dasar melalui proses pemurnian dan proses reduksi/peleburan.
2. Industri antara : industri yang mengolah logam dasar baik yang berbentuk ingot primer atau masih berupa logam cair menjadi produk antara seperti billet, slab, bloom, rod atau ingot paduan untuk industri pengecoran.
3. Industri hilir : industri yang mengolah lebih lanjut produk industri antara menjadi produk setengah jadi dan selanjutnya melalui proses pabrikasi dan pengerjaan akhir menjadi produk jadi.
KEGUNAAN
Besi merupakan logam paling biasa digunakan di antara semua logam, iaitu merangkumi sebanyak 95 peratus daripada semua tan logam yang dihasilkan di seluruh dunia. Gabungan harganya yang murah dengan kekuatannya menjadikan ia amat diperlukan, terutamanya dalam penggunaan seperti kereta, badan kapal bagi kapal besar, dan komponen struktur bagi bangunan. Besi waja merupakan aloi besi paling dikenali, dan sebahagian dari bentuk yang dibentuk oleh besi termasuk:
Besi mentah atau Pig iron yang mengandungi 4% – 5% karbon dengan sejumlah bendasing seperti belerang, silikon dan fosforus. Kepentingannya adalah ia merupakan perantaraan daripada bijih besi kepada besi tuang dan besi waja.
Besi tuang (Cast iron) mengandungi 2% – 3.5% karbon dan sejumlah kecil
mangan. Bendasing yang terdapat di dalam besi mentah yang dapat memberikan kesan buruk kepada sifat bahan, seperti belerang dan fosforus, telah dikurangkan kepada tahap boleh diterima. Ia mempunyai takat lebur pada julat 1420–1470 K, yang lebih rendah berbanding dua komponen utamanya, dan menjadikannya hasil pertama yang melebur apabila karbon dan besi dipanaskan serentak. Sifat
mekanikalnya berubah-ubah, bergantung kepada bentuk karbon yang diterap ke dalam aloi. Besi tuang 'putih' mengandungi karbon dalam bentuk cementite, atau besi karbida. Sebatian keras dan rapuh ini mendominasi sifat-sifat utama besi tuang 'putih', menyebabkannya keras, tetapi tidak tahan kejutan. Dalam besi tuang 'kelabu', karbon hadir dalam bentuk serpihan halus grafit, dan ini juga menyebabkan bahan menjadi rapuh kerana ciri-ciri grafit yang mempunyai pinggir-pinggir tajam yang merupakan kawasan tegasan tinggi. Jenis besi kelabu yang baru, yang dinamakan 'besi mulur', adalah dicampur dengan kandungan surih magnesium untuk mengubah bentuk grafit menjadi sferoid, atau nodul, lantas meningkatkan ketegaran dan kekuatan besi.
Besi karbon mengandungi antara 0.5% dan 1.5% karbon, dengan sejumlah kecil mangan, belerang, fosforus, dan silikon.
Besi tempa (Wrought iron) mengandungi kurang daripada 0.5% karbon. Ia keras, mudah lentur, dan tidak mudah dilakurkan berbanding dengan besi mentah. Ia mempunyai sejumlah kecil karbon, beberapa persepuluh peratus. Jika ditajamkan menjadi tirus, ia cepat kehilangan ketajamannya.
Besi aloi (Alloy steel) mengandungi kandungan karbon yang berubah-ubah dan juga logam-logam lain, seperti kromium, vanadium, molibdenum, nikel, tungsten dsb.
Besi oksida (III) digunakan dalam penghasilan storan magnetik dalam komputer. Ia sering dicampurkan dengan bahan lain, dan mengekalkan ciri-ciri mereka dalam larutan.
KESIMPULAN :
- Kelebihan logam sebagai bahan konstuksi adalah memiliki kuat tarik tinggi, dapat di rubah – rubah bentuknya, mudah di sambung / di las.
- Empat tahap pengerjaan untuk menghasilkan logam yaitu :
penggalian bijih logam, penyiapan bijih, untuk diambil logam dari bijih, Ektraksi atau mengeluarkan / memisahkan logam dari bijih, Pemurnian dan pengolahan logam.
- Kadar karbon yang terdapat di dalam baja akan mempengaruhi kuat tarik, kekerasan dan keuletan baja. Semakin tinggi kadar karbonnya, maka kuat tarik dan kekerasan baja semakin meningkat tetapi keuletannya cenderung turun.
- Penggunaan baja di bidang teknik sipil pada umumnya berupa baja
konstruksi atau baja profil, baja tulangan untuk beton dengan kadar karbon 0,10% - 0,50 %. Selain itu baja karbon juga digunakan untuk baja/kawat pra tekan dengan kadar karbon s/d 0,90 %.
- Sifat fisik baja meliputi : berat, berat jenis, daya hantar panas dan konduktivitas listrik.
- Sifat mekanis pada baja meliputi : Kekuatan, Keuletan (ductility), Kekerasan, Ketangguhan (toughness).
