MATERIAL BESI DAN
BAJA
Dosen Pengampu :
Dr. Eng. Alex Kurniawan, M.T
Disusun Oleh : Farel Putra Iriandi
2107112808
Besi adalah unsur murni yang ada dengan sendirinya sedangkan Baja adalah paduan besi (Fe) dan elemen lainnya termasuk karbon (C).
Besi murni mempunyai sifat yang kurang kuat dan mudah berkarat, namun memiliki tingkat keuletan yang tinggi.
Logam besi pada baja dipadukan dengan beberapa elemen lainnya, termasuk unsur karbon untuk memodifikasi
karakteristiknya. Dalam pekerjaan Teknik Sipil, baja banyak digunakan dalam konstruksi jembatan dan konstruksi gedung.
PENDAHULUAN
KONSEP
ELASTISITAS
Elastisitas
merupakan suatu sifat bahan yang dapat berubah baik
dalam ukuran
maupun bentuk setelah mendapat gaya luar, tetapi benda itu akan kembali ke ukuran dan bentuk semula setelah gaya luar itu dihilangkan.
1 1
Tegangan (Stress)Perbandingan antara gaya
dengan luasan mendapat gaya
Regangan (Strain)
1 2
Perbandingan antara perubahan Panjang dengan Panjang semula
Modulus Elastisitas (Modulus Young)
1 3
Perbandingan antara tegangan dan regangan.
KONSEP
ELASTISITAS
Ketahanan suatu bahan untuk mengalami perubahan dapat dilihat dari nilai modulus elastisitasnya. Semakin besar nilai modulus young maka makin sulit benda tersebut mengalami perubahan
Apabila suatu jenis tegangan digambarkan pada suatu diagram, maka dapat diperoleh kurva yang bentuknya berbeda-beda sesuai dengan bahan yang diuji tegangannya. Berikut bentuk umum kurva tegangan dari suatu benda
PEMBUATAN BESI
Pembersih (Washing)an
Pemecahan
Bijih Besi Pembentuk an Pellet
Pembentuk an Besi
Kasar Bahan Material
Pembersih (Washing)an
Bijih besi umumnya didapatkan dari kerak bumi yang diambil dengan cara menambangnya. Setelah didapatkan kemudian dilakukan proses pembersihan (washing)
dibantu dengan
menggunakan alat berat tromme screen. Alat trommel screen berfungsi sebagai ayakan berbentuk drum raksasa, kemudian bijih besi dimasukkan ke dalam tersebut dan diputar hingga seluruh bagian bersih dari berbagai kotoran.
Pemecaha n Bijih
Besi
Proses pemecahan ini dilakukan hingga biji besi menjadi serbuk halus. Proses pemecahan bijih besih dilakukan dengan bantuan alat mesin bernama hammer mill, kemudian proses penghancuran (crushing) dengan bantuan mesin gyratory mill, dan penghalusan (grinding) dengan mesin ball mill. Setelah bijih besi tersebut halus, dilakukan pemfilteran untuk memisahkan antara logam dan nonlogam. Lalu, serbuk besi tersebut dilakukan proses pemurnian besi dan nantinya akan dilakukan pencetakan sesuai kebutuhan.
Pembentuk an Pellet
Serbuk bijih besi dimasukkan ke dalam mesin pan palletizer. Kemudian, bijih besi tersebut akan dicampurkan dengan batubara dan bentonit sebagai perekatnya. Proses tersebut dilakukan untuk
membuat gumpalan
konsentrat bijih besih yang sangat halus menjadi sebuah butiran. Setelah itu, proses selanjutnya ialah pemanasan (indurasi). Dengan bersuhu 13000C hingga keras, kuat, dan tidak mudah hancur.
Pembentuk an Besi
Kasar Bahan Material
Pellet yang telah keras tersebu lalu diproses dengan dileburkan ke dalam tungku blast furnace dengan bersuhu hingga 18000C. Proses peleburan (smelting) tersebut akan menghasilkan logam besi cair dengan bersuhu tinggi. Untuk menghasilkan besi yang lebih murni kemudian ditambahkan dengan zat batubara kokas dan kapur sehingga kemurnian besi dapat mencapai 95%
untuk dibentuk menjadi besi kasar bahan material. Tahapan proses terakhir, besi tersebut dicetak dan dibentuk sesuai cetakan besi kasar (pig iron). Setelah dingin, besi tersebut pun siap untuk dikomersialkan dan digunakan sebagai bahan material.
PEMBUATAN BAJA
BASIC OXYGEN FURNACE
SIEMENS
MARTIN THOMAS
KONVERT OR
DAPUR KOPEL DAPUR
LISTRIK
BASSEME R
DAPUR CAWAN
Mekanisme dalam proses pembuatannya yaitu masukkan kokas ke dalam konvertor untuk dipanaskan hingga suhunya mencapai 1.500 derajat celcius.
Lalu konvertor dimiringkan kembali untuk memasukkan bijih besi dan bahan alloy sampai volumenya 1/8 dari kapasitas konvertor. Kemudian udara bertekanan sekitar 1,5- 2 atm dihembuskan dari kompresor ke konvertor selama 20-30 menit.
KONVERTO R
Proses ini menggunakan material tahan api yang mengandung kuarsa asam atau aksid asam (SiO2). Sedangkan bahan dasar yang dipakai berupa besi kasar kelabu dengan wujud cair.
Metode bassemer sama sekali tidak menggunakan kalsium oksida (CaO) supaya menghindari terbentuknya kalsium silikat (CaSiO3), di mana percampuran SiO2 ditambah Cao menghasilkan CaSiO3.
BASSEMER
Proses pembuatan baja memakai prinsip basic oxygen furnace dimulai dengan memasukkan logam cair ke ruang bakar.
Setelah itu, oksigen bertekanan lebih dari 1.000 kN/m2 dihembuskan melalui Oxygen Lance menuju ke ruang bakar dengan kecepatan tinggi.
Terakhir, tambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar fosfor dan belerangnya.
Kelebihan dari metode ini yaitu prosesnya yang relatif lebih singkat cuma berkisar 50 menit, tak diperlukan lagi tuyer di bagian bawah, hanya menggunakan oksigen murni, dan biaya pembuatannya pun terbilang lebih murah.
BASIC OXYGEN FURNACE
Metode siemens martin ini tidak terikat dengan bahan dasar sehingga bisa menggunakan besi kelabu maupun besi putih. Agar menghasilkan baja dengan kualitas yang sesuai standar, bahan baku besi kelabu tadi harus dilapisi dengan batu silika (SiO2) di dinding bagian dalamnya.
Begitu pula dengan besi putih wajib dilapisi dengan batu dolomit berupa magnesium karbonat (MgCO3) dan kalsium karbonat (CaCO3) dengan perbandingan 60:40.
SIEMENS MARTIN
THOMAS
Wujud besi yang digunakan sebagai bahan dasar adalah besi kasar putih yang mengandung fosfor sekitar 1,7- 2 persen, magnesium sekitar 1- 2 persen, dan silikon sekitar 0,6-0,8 persen. Jadi ketika unsur magnesium dan silikon terbakar, fosfor pun lantas akan bereaksi membentuk phospor oksida (P2O5). Pengeluaran besi cair selanjutnya bisa dilakukan dengan menambah zat kapur (CaO). Sehingga terjadilah reaksi kimia yaitu 3 (CaO) ditambah P2O5 menghasilkan Ca3(PO4)2 dibaca terak cair.
DAPUR LISTRIK
Metode dapur listrik ini memanfaatkan temperatur yang tinggi dengan memakai busur cahaya electrode dan induksi listrik. Hal ini memungkinkan pencapaian suhu maksimal hanya membutuhkan waktu yang singkat dan temperaturnya pun dapat diatur dengan mudah sehingga kerugian akibat proses penguapan di sini bisa diminimalisir. Di samping itu, tingkat efisiensi termis dapur pada teknik ini pun terbilang lebih tinggi dengan perlindungan maksimal terhadap cairan besi.
DAPUR KOPEL
Metode ini dilakukan dengan memanaskan bahan pembentuk baja terlebih dahulu supaya terbebas dari uap air selama kurang lebih 15 jam lamanya.
Perhatikan udara yang dihembuskan dengan kecepatan rendah sampai kokas mencapai 700-800 mm dari dasar tungku.
Setelah itu, masukkanlah besi kasar dan baja bekas secara bertahap dengan kapasitas 10-15 persen setiap jam. Setelah terbentuk baja cair, pengeluaran baja cair tersebut baru boleh dilaksanakan setelah 15 menit kemudian.
DAPUR CAWAN
Pertama-tama, masukkanlah besi kasar dan baja bekas ke dalam dapur cawan, lalu tutup dengan rapat. Kemudian masukkan gas-gas panas yang mengelilingi cawan ini sehingga membuat muatan cawan akan mencair. Lantas cairan baja tersebut pun siap dituang untuk diolah menjadi baja tulangan.
Apabila ingin membentuk baja dengan karakteristik tertentu, tambahkan bahan alloy sesuai sifat dan karakteristik baja yang ingin dimunculkan.
KLASIFIKASI BAJA
1
KOMPOSI SI
2
BENTUK
3
KEKUATA N
BAJA KARBON RENDAH
( < 0.2 % Carbon )
BAJA KARBON MENENGAH
( 0.2 - 0.5 % Carbon )
BAJA KARBON TINGGI ( > 0.5 % Carbon )
Baja low carbon biasanya digunakan untuk automobile body panels, tin plate, dan wire product yang membutuhkan keuletan yang tinggi.
Baja medium carbon biasanya digunakan dalam kondisi hasil quench dan tempered dan banyak digunakan sebagai shaft, axle, gear, crankshaft, coupling, dan forging.
Baja high carbon banyak
digunakan pada spring material dan high-strength wire.
BAJA KARBON
Penggunaan baja karbon banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari untuk kepentingan umum.
1
KOMPOSI
SI
1
KOMPOSI SI
BAJA PADUAN
Baja paduan adalah baja yang menjadi paduan dengan berbagai elemen seperti silikon, kromium, molibdenum, boron, vanadium, nikel, aluminium, dll dalam jumlah total antara 1.0% dan 50% dari berat total yang bertujuan untuk meningkatkan sifat mekanik baja.BAJA PADUAN RENDAH (LOW
ALLOY STEEL)
( < 8 % Alloying Element)
BAJA PADUAN TINGGI (HIGH ALLOY STEEL)
( > 8 % Alloying Element)
• Kadar karbon sama seperti baja karbon, namun unsur paduan rendah
• Kekuatan dan ketangguhan lebih tinggi daripada baja Karbon,
mempunyai keuletan lebih tinggi daripada baja karbon dengan
kekuatan yang sama.
• Kandungan unsur paduan tinggi
• Mempunyai sifat khusus tertentu, baja tahan karat (stainless steel), baja perkakas (tool steel,
misalnya High Speed Steel, HSS), baja tahan panas (heat resisting steel) dan lain-lain.
2
BENTU K
BAJA PELAT BAJA BALOK BAJA PROFIL
3
KEKUATA
ST 37, ST 42, ST 50,
N
dst.
Standart DIN (Jerman) ST X, X kekuatan dalam kg/mm2 steel (baja).
SIFAT FISIK BAJA
Dalam mengetahui berat jenis baja, perlu mengetahui juga diameter dan luas penampang.
Seperti pada baja berdiameter 4.5 mm dengan luas penampang 0.159 cm2, memiliki berat sekitar 0.125 kg/m, dan perlu diketahui bahwa banyak sekali jenis baja yang bisa ditemukan.
Jenis logam ini cukup beragam, membuat sifat fisik baja juga berbeda-beda meskipun akan ada kesamaan diantaranya.
Pada umumnya material ini memiliki berat mulai 168 kg/m3, tapi tidak bisa disamakan dengan jenis lainnya, karena tentu terdapat perbedaan di masing-masing jenis.
BERAT JENIS
BERAT
SIFAT FISIK BAJA
DAYA HANTAR
PANAS KONDUKTIVIT
AS LISTRIK
Jenis logam ini terbuat dari campuran karbon. Material ini memang dianggap memiliki daya hantar panas yang baik, sehingga banyak digunakan sebagai penghantar transmisi yaitu ACSR. Dimana fungsi bahan ini banyak dimanfaatkan untuk memperkuat konduktor alumunium secara mekanis,
dan menghemat
penggunakan alumunium.
Karena jenis logam ini terbuat dari campuran besi dan krom, tingkat konduktivitas listrik yang dimilikinya cukup baik.
Maka dari itu material tersebut juga banyak digunakan sebagai material pengganti, apabila material sebelumnya memiliki daya hantar yang rendah.
SIFAT MEKANIS BAJA
KEKAKUAN
(STIFFNESS) KEKUATAN
(STRENGTH) Yaitu sifat suatu material yang
dapat renggang pada saat menerima tegangan yang tinggi tanpa diikuti oleh regangan yang besar. Sifat ini merupakan kemampuan material dalam menahan deformasi. Kekakuan bahan yaitu berupa modulus elastisitas (E), sebuah material yang mempunyai modulus elastisitas yang tinggi dapat berdeformasi lebih kecil pada saat menerima beban, baja sendiri memiliki modulus elastisitas (E) sebesar E = 207.000 MPa.
Sifat suatu bahan yang ditentukan oleh tegangan pada material dapat merenggang sebelum mengalami kegagalan (failure). Kekuatan didefinisikan sebagai batas proporsional, titik lentur atau tegangan maksimum.
ELASTISITAS
Elastisitas adalah suatu sifat material yang dapat kembali pada bentuk awal setelah diberikan beban.
