Makalah Pengetahuan Bahan
BAJA
Oleh :
Kelompok 2
Anggota
: Hasmalinar
Nurul Syahputri Sulaiman
Cut
Yosi Anggraini
Tursina
Hasnah
Cut
Nazila Fitri
Setia
Maghfirah
Reza
Sholicin M.Nst
M.
Nazir Shadiq
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SYIAH KUALA
DARUSSALAM BANDA ACEH
2015
Baja adalah
logam aloy yang komponen utamanya adalah besi, dengan karbon sebagai material
pengaloy utama. Karbon bekerja sebagai agen pengeras, mencegah atom besi, yang
secara alami teratu dalam lattice, begereser melalui satu sama lain.
Memvariasikan jumlah karbon dan penyebaran alloy dapat mengontrol kualitas
baja. Baja dengan peningkatan jumlah karbon dapat memperkeras dan memperkuat
besi, tetapi juga lebih rapuh. Definisi klasik, baja adalah besi-karbon aloy
dengan kadar karbon sampai 5,1 %. Ironisnya, aloy dengan kadar karbon lebih
tinggi dari ini dikenal dengan besi. Sekarang ini ada beberapa kelas baja di
mana karbon diganti dengan material aloy lainnya, dan karbon, bila ada, tidak
diinginkan. Definisi yang lebih baru, baja adalah aloy berdasar-besi yang dapat
dibentuk seccara plastik. Dan umumnya baja juga menjadi bahan pelapis rompi
anti peluru, yang dimana baja menjadi bahan pelapis bahan inti rompi tersebut,
yaitu bahan milik Kevlar.
2. Sejarah
Baja
Besi
ditemukan digunakan pertama kali pada sekitar 1500 SM. Pada tahun 1100 SM,
Bangsa hittites yang merahasiakan pembuatan tersebut selama 400 tahun dikuasai
oleh bangsa asia barat, pada tahun tersebut proses peleburan besi
mulai diketahui secara luas. Di tahun 1000 SM, bangsa yunani, mesir, jews,
roma, carhaginians dan asiria juga mempelajari peleburan dan menggunakan besi
dalam kehidupannya. Pada tahun 800 SM, bangsawan india berhasil
membuat besi setelah di invansi oleh bangsa arya. Pada tahun 700 – 600 SM, Cina
belajar membuat besi dan ditahun 400 – 500 SM, edukasi pembauatan baja sudah
memasuki kawasan eropa. Baja dengan campuran unsur lain ditemukan pertama
kali pada 1000 M pada kekaisaran fatim yang disebut dengan baja damascus. bijih
besi antara lain :
· Hematite -
Fe2O3 - 70 % iron
· Magnetite -
Fe3O4 - 72 % iron
· Limonite -
Fe2O3 + H2O - 50 % to 66 % iron
· Siderite -
FeCO3 - 48 % iron
3. Proses
pembuatan baja
Baja diproduksi
didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair,
besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Adabeberapa proses
pembuatan baja antara lain :
a) Proses
konvertor
Terdiri
dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping. Sistem
kerja dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0C, dimiringkan untuk
memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor) dan kembali
ditegakkan. Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor. Setelah
20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.
b) Proses
Bessemer (asam)
Ditemukan oleh orang Inggris Sir Henry Bessemer dapur ini terdiri dari satu tabung yang
berbentuk bulat lonjong dan menghadap ke samping. Lapisan
bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang mengandung kwarsa asam atau aksid
asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak
ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO2, SiO2 +
CaO CaSiO3.
c) Proses
Thomas (baja)
Ditemukan oleh Thomas, dapur ini hampir sama dengan dapur
Bessemer hanya saja proses Thomas phospor terbakar setelah zat arangnya terbakar.
Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau
dolomit (kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)),
besi yang diolah besi kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2
% dan Si 0,6-0,8 %. Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida
phospor (P2O5), untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan
zat kapur (CaO), 3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak
cair)
d) Proses
Siemens Martin
Ditemukan oleh Siemens Martin pada tahun 1865, dapur ini
terdiri atas tungku untuk bahan yang dicairkan dan biasanya menggunakan empat ruangan
sebagai pemanas gas dan udara. Pada proses ini digunakan muatan besi bekas dicampur dengan besi kasar.
Menggunakan
sistem regenerator (± 3000 0C.) fungsi dari regenerator adalah :
-
Memanaskan gas dan udara atau menambah
temperatur dapur sebagai Fundamen/ landasan dapur
-
Menghemat pemakaian tempat bisa
digunakan baik besi kelabu maupun putih, besi kelabu dinding dalamnya dilapisi
batu silika (SiO2), besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 %
MgCO3 + 60 % CaCO3)
e) Proses
Basic Oxygen Furnace
Logam
cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan) ,oksigen (± 1000)
ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan kecepatan tinggi.
(55 m3 (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m2. Kemudian
ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.
Keuntungan
dari BOF adalah:
-
BOF menggunakan O2 murni tanpa
Nitrogen
-
Proses hanya lebih-kurang 50 menit.
-
Tidak perlu tuyer di bagian bawah
-
Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu
daripada karbon
-
Biaya operasi murah
f) Proses
dapur listrik
Menggunakan temperatur tinggi dari busur cahaya elektrode dan
induksi listrik dengan sumber
tenaga
listik untuk melelehkan besi kasar. Temperatur tinggi dengan
menggunkan busur cahaya electrode dan induksi listrik.
Keuntungan
:
-
Mudah mencapai temperatur tinggi dalam
waktu singkat
-
Temperatur dapat diatur
-
Efisiensi termis dapur tinggi
-
Cairan besi terlindungi dari kotoran dan
pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik
-
Kerugian akibat penguapan sangat kecil
g) Proses
dapur kupola
Mengolah
besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang.
Prosesnya
:
-
Pemanasan pendahuluan agar bebas dari
uap cair.
-
Bahan bakar(arang kayu dan kokas)
dinyalakan selama ± 15 jam.
-
Kokas dan udara dihembuskan dengan
kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 – 800 mm dari dasar tungku.
-
Besi kasar dan baja bekas
kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan. 15 menit baja cair
dikeluarkan dari lubang pengeluaran.
Untuk
membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur (CaCO3) dan
akan terurai menjadi akan bereaksi dengan karbon Gas CO yang
dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit
mesin-mesin lain.
h) Proses
dapur Cawan
Proses
kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar
dalam cawan,
kemudian
dapur ditutup rapat. kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan
sekeliling cawan dan muatan dalam cawan akan mencair. Baja cair tersebut
siap dituang untuk dijadikan baja-bajaistimewa dengan menambahkan unsur-unsur
paduan yang diperlukan.
4. Klasifikasi baja
Menurut
komposisi kimianya:
a) Baja karbon
(carbon steel), dibagi menjadi tiga yaitu;
-
Baja karbon rendah (low carbon
steelè)
machine,
-
machinery
-
mild steel
0,05 % - 0,30% C.
Sifatnya
mudah ditempa dan mudah di mesin.
Penggunaannya:
0,05
% - 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets,
screws, nails.
0,20
% - 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings.
§ Baja karbon
menengah (medium carbon steel)
Kekuatan
lebih tinggi daripada baja karbon rendah.
Sifatnya
sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong. Penggunaan:
0,30
% - 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles.
0,40
% - 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits,
screwdrivers.
0,50
% - 0,60 % C : hammers dan sledges.
§ Baja karbon
tinggi (high carbon steelè) tool steel
Sifatnya
sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % - 1,50 %
Penggunaannya dapat untuk screw drivers,
blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers, vise jaws, knives,
drills. tools for turning brass and wood, reamers,tools for turning hard
metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters.
b) Baja paduan
(alloy steel)
Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:
§ Untuk
menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan
sebagainya)
§ Untuk
menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah
§ Untuk
meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)
§ Untuk
membuat sifat-sifat spesial
Baja paduan
yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:
§ Low
alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
§ Medium
alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
§ High
alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %
Selain
itu baja paduan dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran
khusus (special alloy steel) dan high speed steel.
1. Baja Paduan
Khusus (special alloy steel)
Baja jenis
ini mengandung satu atau lebih logam-logam seperti nikel, chromium, manganese,
molybdenum, tungsten dan vanadium. Dengan menambahkan logam tersebut ke dalam baja maka baja paduan
tersebut akan merubah sifat-sifat mekanik dan kimianya seperti menjadi lebih
keras, kuat dan ulet bila dibandingkan terhadap baja karbon (carbon
steel).
2. High
Speed Steel è(HSS) Self Hardening Steel
Kandungan
karbon : 0,70 % - 1,50 %. Penggunaan membuat alat-alat potong seperti drills,
reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling cutters. Disebut High
Speed Steel karena alat potong yang dibuat dengan material tersebut dapat
dioperasikan dua kali lebih cepat dibanding dengancarbon steel. Sedangkan harga
dari HSS besarnya dua sampai empat kali daripada carbon steel.
Baja Paduan
dengan Sifat Khusus
-
Baja Tahan Karat (Stainless Steel)
Sifatnya
antara lain:
a. Memiliki
daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekan
b. Tahan
temperature rendah maupun tinggi
c. Memiliki
kekuatan besar dengan massa yang kecil
d. Keras,
liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus
e. Tahan
terhadap oksidasi
f. Kuat
dan dapat ditempa
g. Mudah
dibersihkan
h.
Mengkilat dan tampak menarik
- -
High Strength Low Alloy Steel (HSLS)
Sifat
dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor,
tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu
mesin yang baik dan sifat mampu las yang tinggi (weldability). Untuk
mendapatkan sifat-sifat di atas maka baja ini diproses secara khusus
dengan menambahkan unsur-unsur seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni), Chromium
(Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium.
-
Baja Perkakas (Tool Steel)
Sifat-sifat
yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam atau
mudah diasah, tahan panas, kuat dan ulet. Kelompok dari tool steel berdasarkan
unsur paduan dan proses pengerjaan panas yang diberikan antara lain Later
hardening atau carbon tool steel (ditandai dengan tipe W oleh
AISI), Shock resisting (Tipe S), memiliki sifat kuat dan ulet dan
tahan terhadap beban kejut dan repeat loading. Banyak dipakai untuk pahat, palu
dan pisau. Cool work tool steel, diperoleh dengan proses hardening dengan
pendinginan yang berbeda-beda. Tipe O dijelaskan dengan mendinginkan pada
minyak sedangkan tipe A dan D didinginkan di udara. Hot Work Steel (tipe
H), mula-mula dipanaskan hingga (300 – 500) ºC dan didinginkan perlahan-lahan,
karena baja ini banyak mengandung tungsten dan molybdenum sehingga
sifatnya keras. High speed steel (tipe T dan M), merupakan hasil paduan bajadengan
tungsten dan molybdenum tanpa dilunakkan. Dengan sifatnya yang tidak mudah
tumpul dan tahan panas tetapi tidak tahan kejut. Campuran carbon-tungsten (tipe
F), sifatnya adalah keras tapi tidak tahan aus dan tidak cocok untuk beban
dinamis serta untuk pemakaian pada temperatur tinggi.