Tentang Baja

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

1.      Pengertian Baja

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.