BAJA
Dari sudut pandang metalurgi, maka baja dan besi hanya dibedakan oleh % karbon nya, dimana baja dapat dibentuk melalui proses pengecoran atau pun penempaan.
Pembuatan baja, pada hakekat nya adalah proses pemurnian besi kasar hasil Tanur Tinggi yang persentase Karbon nya masih sangat tinggi, di iringi oleh perpaduan sedemikian rupa, sehingga memenuhi persyaratan kimia tertentu.
Baja, merupakan paduan antara:
- besi
- karbon digunakan untuk menaikkan kekerasan dan kekuatan
- unsur lain
Berdasarkan paduan nya, klasifikasi baja mengikuti kriteria SAE dan AISI.
Contoh: S.A.E. C.1020, maka material ini dibuat pada “dapur open heart basa” (initial “C”)
Untuk setiap negara, standarisasi/klasifikasi ini ber beda-beda, contoh nya: untuk di Jerman, dipakai: DIN, di Jepang, dipakai JIS, di Indonesia, dipakai: SNI, dll.
Dapur-Dapur Untuk Membuat Baja
Karena secara umum, % karbon baja lebih kecil dari % karbon besi, maka dapur yang digunakan untuk membuat baja adalah khusus. Baja, biasa nya dibuat dengan menggunakan:
- Open heart furnace
- Electric furnace
- Basic Oxigen Furnace (BOF)
- dll.
Catatan:
Bahan baku utama untuk membuat baja adalah pig iron hasil Tanur Tinggi, kemudian di proses di dalam dapur-dapur tersebut untuk menurunkan persentase carbon dll.
Pengelompokan Baja
Baja dapat di golong kan menjadi 2 (dua) kelompok besar, yakni:
a). Baja Karbon, yang terdiri dari:
- Baja karbon rendah untuk membuat: kawat baja, baja profil, sekrup, baut, dll
- Baja karbon sedang untuk membuat: rel KA, as, roda gigi, dll
- Baja karbon tinggi untuk membuat: pisau, gurdi, tap, pahat, dll
b). Baja Paduan, yang terdiri dari:
- Baja paduan rendah (paduan khusus nya 8 %)
- Baja paduan tinggi (paduan khusus nya 8 %)
Sifat-Sifat Baja Paduan:
Baja paduan mempunyai beberapa sifat yang unggul dibandingkan dengan material lain, sepert baja karbon, keunggulan yang dimaksud adalah:
- Ke uletan dan kekuatan tarik nya tinggi
- Mampu terhadap proses heat treatment (tidak menjadi retak-retak)
- Relatif tahan terhadap korosi dan ke aus an
- Tahan terhadap perubahan suhu (sifat fisis tidak banyak berubah)
- Dari sudut pandang metalurgi, maka butir-butir kristal nya sangat halus.
Contoh Pembuatan Baja Batangan (ingot)
Umum nya, setelah baja cair dituang (lihat gambar ilustrasi: Cetakan Ingot Baja), maka proses pendinginan (pembekuan) nya berlangsung secara bertahap, yakni dimulai dari permukaan cetakan menuju ke bagian tengah nya.
Pada peristiwa pendinginan baja cair, akan bisa terjadi penyusutan yang cukup signifikan. Volume logam mengecil, akibat nya akan terbentuk rongga susut, yang disebut “pipe”.
Laju pendinginan baja cair, akan sangat menentukan mutu (kualitas) ingot, untuk itu harus selalu disiapkan baja cair (stand-by) di bagian atas cetakan, sehingga dengan demikian diharapkan mampu mengisi rongga-rongga kosong (pipe) akibat penyusutan tersebut.
Struktur baja ingot yang berbeda dapat diperoleh dengan cara meniadakan atau pun mengendalikan terbentuk nya gas, selama proses pembekuan berlangsung, artinga lingkungan dimana cetakan baja ingot berada, dikondisikan sedemikian rupa sehingga selama proses solidifikasi berlangsung,tidak terjadi reaksi dengan lingkungan yang dapat menimbulkan/terbentuk nya gas.
Sebagai gambaran: baja killed, adalah jenis baja yang telah mengalami deoxidasi, dimana selama proses pembekuan nya, dijaga sehingga tidak terjadi pelepasan gas. Sementara itu, untuk pembuatan baja calmed, adalah cukup rumit, dimana bahan baku yang digunakan memiliki kadar karbon yang lebih tinggi daripada yang dipersyarat kan. Namun demikian, kadar karbon ini akan turun sampai persentase nya memenuhi kriteria standard baja, penurunan ini terjadi akibat peristiwa reduksi oksidasi. Umum nya setelah di reduksi, maka baja kemudian di deoksidasi didalam dapur atau di dalam ladle, yakni dengan cara menambahkan besi kasar berkadar silikon tinggi, ataupun menambahkan suatu paduan yang berkadar silikon tinggi. Suatu baja dengan kadar karbon lebih besar dari 0,3 % haruslah “ditenangkan”, agar bisa memiliki struktur kristal yang baik dan memiliki sifat-sifat yang unggul.
Struktur baja ingot yang lain adalah: baja rimmed, jenis baja ini sama sekali tidak mengalami de-oksidasi selama proses solidifikasi, atau kalau pun ada, sangat sedikit sekali. Ketika baja cair jenis rimmed ini dituang, ada terjadi pelepasan gas karbon monoksida (CO), sehingga logam cair tampak seolah-olah mendidih. Hasilnya mempunyai struktur yang mirip sarang tawon (honey comb), dimana renik-renik atau rongga pori-pori tersebut tidak akan berakibat buruk, asal saja tidak bersentuhan langsung (terkontaminasi) dengan udara luar, umumnya, renik-renik tersebut akan bisa tertutup sendiri akibat teknan-tekanan ketika mengalami proses pengerjaan panas.
Keunggulan baja rimmed ini adalah, permukaan yang halus/mulus dan logam cair nya lebih lancar mengalir untuk mengisi rongga-rongga cetakan, sehingga hanya sedikit kemungkinan untuk terbentuknya rongga-rongga penyusutan atau “pipe”.
Pada baja killed, biasanya mempunyai struktur kristal dendritik, tetapi sebagai efek dari pengerjaan panas, maka struktur krisal dendritik ini akan dapat ditiadakan. Umum nya akan ada muncul ketidakmurnian dan hal ini cendrung ber-segregasi (terakumulasi) dibagian ujung atas dari ingot, oleh karena itu, sebelum dilakukan pengerjaan panas misal nya: proses rolling terhadap baja killed ingot ini, maka bagian atas ujung nya harus terlabih dahulu dipotong, karena bagian ini mempunyai kecendrungan kristal-kristal yang tidak stabil.
Selain kegiatan proses pembentukan baja ingot diatas, dikenal juga proses pengolahan baja yang dilakukan secara kontinu.
Pada proses kontinu ini, logam cair langsung dibentuk menjadi slab hanya dalam waktu sekitar 45 menit saja (bandingkan dengan proses pembentukan ingot yang memerlukan waktu sekitar 12 jam). Di pabrik besi dan baja PT. Krakatau Steel, terdapat proses pengolahan billet dengan 4 unit dapur listrik, yang masing-masing berkapasitas 65 ton dengan 2 mesin tuang kontinu berjalur 4. Sedangkan untuk pembuatan slab, terdapat 4 dapur listrik, yang masing-masing berkapasitas 120 ton dengan 2 unit mesin tuang kontinu yang dapat menghasilkan 1000.000 juta ton per tahun.
Secara umum ada terdapat 5 (lima) jenis dapur yang dapat digunakan untuk membuat atau memproses (mengecor) baja, yakni:
- tanur terbuka
- tanur busur listrik
- dapur induksi
- dapur oksigen basa
- kowi
Mengingat baja akan mencair (suhu tuang baja cair) berkisar antara 1590 °C samapai dengan 1760 °C, maka diperlukan konstruksi dari struktur tanur atau dapur yang khusus, artinya diperlukan bahan yang tahan api dan pasir yang tahan temperatur tinggi untuk cetakan nya.
Cetakan yang digunakan untuk benda cor berukuran sedang dan besar, biasanya dipanaskan atau dikeringkan terlebih dahulu, hal ini dimaksudkan untuk mencegah pelepasan gas ketika logam cair berada didalam cetakan pasir, namun demikian, untuk benda-benda cor yang kecil dan ringan, termasuk yang mempunyai bentuk rumit, dapat menggunakan pasir mentah, sebab pasir mentah, dapat dengan mudah mengikuti bentuk penyusutan dari benda cor. Karena temperatur peleburan baja yang sangat tinggi, maka penyusutan yang terjadi pun akan sangat besar, oleh karena itu cetakan untuk membuat benda cor baja, harus mempunyai saluran penambah yang relatif besar, sebagai langkah antisipasi terhadap penyusutan tersebut.
Benda cor baja, biasanya mempunyai kadar karbon sedang, benda ini banyak digunakan pada industri transportasi, mesin dan konstruksi. Keuletan nya baik dan kekuatan tarik nya setelah mendapatkan proses perlakuan panas (heat treatment) dapat mencapai 400 s/d 690 MPa.
Komposisi baja coran berkadar karbon sedang adalah:
- C = (0,21 s/d 0,46) %
- Mn = (0,55 s/d 0,73) %
- Si = (0,28 s/d 0,45) %
- P dan S = kurang dari 0,1 %
- Fe = sisanya.
BESI.
Besi Cor
Besi cor dihasilkan dari paduan antara: besi (Fe) dengan karbon (C) dan silikon (Si), serta unsur-unsur tambahan lain nya. Karena persentase karbon nya tinggi, maka besi cor bersifat rapuh dan tidak dapat ditempa (terlalu keras). Unsur paduan, berupa karbon, silikon, mangan, fosfor dan belerang, dapat mempengaruhi sifat fisis maupun sifat mekanis dari besi cor. Kekerasan, kekuatan, ke mampuan mesin (machinability), ketahanan aus dan lain sebagainya, dapat diperbaiki dengan cara melebur besi cor ke dalam Dapur Kupola atau dapur lain nya yang dapat menurunkan kadar karbon besi cor tersebut.
Macam-Macam Besi Cor
Macam dan jenis besi cor terdiri dari:
a). Besi Cor Kelabu
Disebut kelabu, karena warna patahan logam ini berwarna keabu-abu an, dengan karbon nya berbentuk serpihan grafit. Kekuatan tarik besi cor kelabu berkisar antara 140 MPa sampai 415 MPa, namun keuletan (ductility) nya sangat rendah.
Komposisi kimia besi cor adalah:
- C = (3 s/d 3,5) %
- Si = (1 s/d 2,75) %
- Mn = ( 0,4 s/d 1) %
- P = (0,15 s/d 1) %
- S = (0,02 s/d0,15) %
- Fe = sisa nya
b). Besi Cor Putih
Disebut putih, karena bidang patahan nya berwarna putih, unsur karbon nya terikat sebagai karbida atau disebut juga: karbida bersifat keras, sehingga dikatakan besi cor putih adalah logam yang kurang machinability.
Besi cor putihdibuat dengan cara menuangkan besi cair ke dalam cetakan logam dan dengan mengatur komposisi kimia nya. Misalnya: bila dibutuhkan suatu permukaan yang tahan aus (roda KA, rol untuk menggerus dan pelat untuk Stone Crusher), maka dilakukan pendinginan cepat atau chilled.
c). Besi Cor Mampu Tempa
Besi cor mampu tempa, dibuat dari besi cor putih yang mempunyai komposisi kimia sebagai berikut: - C = (1,75 s/d 2,3) %
- Si = (0,85 s/d 1,2) %
- Mn = (kurang dari 0,4 %)
- P = (kurang dari 0,2 %)
- S = (kurang dari 0,12 %)
- Fe = sisa nya
Pembuatan nya dapat dilakukan pada Dapur Kupola atau Tanur Udara atau ke-2 tanur tersebut sekaligus, sehingga proses nya disebut: duplexs. Hasil nya (benda cor) di simpan didalam pot dan diletakkan didalam dapur anil (annelling/pelunakan) dengan sirkulasi panas yang cukup. Lama nya waktu yang dibutuhkan untuk anil, sekitar 3 s/d 4 hari dengan suhu antara 815 °C s/d 1010 °C. Setelah proses ini selesai, maka karbida besi yang keras akan berubah menjadi nodul grafit temper.
Kekuatan tarik nya sekitar 380 MPa dengan pertambahan panjang maksimum 18 % sebelum putus, daya tahan terhadap beban kejut baik dan cukup machinability, banyak digunakan pada industri KA, otomotif, sambungan pipa dan industri pertanian.
d). Besi Cor Nodular
Besi cor nodular adalah logam yang kuat dan ulet serta machinability. Karbon nya berbentuk nodular grafit yang diperoleh dengan cara menambahkan bahan yang mengandung magnesium, (jumlah nya tergantung pada kadar belerang yang ada) seperti: Ni-Mg, dll kedalam besi cor kelabu cair. Mula-mula kadar belerang diturunkan dengan cara merubah nya menjadi sulfida magnesium, sedangkan sisa magnesium yang ada dapat merubah grafit menjadi bentuk nodular.
Besi cor nodular biasanya digunakan dalam kondisi tuang (as cast), untuk meningkatkan mutu nya, maka diperlukan proses anil (tidak terlalu lama).
Karena mutu besi cor nodular jauh lebih baik dibandingkan dengan jenis-jenis besi cor lain nya, maka bahan ini dapat digunakan untuk membuat poros engkol meisn dan berbagai suku cadang lain nya.
Pengaruh Berbagai Unsur Pada Besi Cor
Ada 5 (lima) unsur kimia yang sangat berpengaruh terhadap besi cor, yaitu:
a). Karbon (C).
Hampir semua besi, termasuk kelompok besi cor, mengandung unsur karbon ñ 2 %, sedang kan besi cor kelabu, mengandung 3 s/d 4 % karbon. Jumlah karbon, sangat tergantung kepada bahan baku dapur (besi kasar dan besi bekas) serta kokas selama proses peleburan. Sifat fisis suatu logam, tidak saja dipengaruhi oleh jumlah unsur karbon, tapi juga oleh bentuk nya. Sementara itu, morfologi grafit tergantung kepada laju pendinginan dan kadar silikon, dimana bila jumlah silikon banyak, dapat memperbesar kemungkinan pembentukan grafit, sedangkan grafit, meningkatkan machinability.
b). Silikon (Si).
Bila kadar Si sampai 3,25 %, akan dapat menurunksn kekerasan besi, sebab Si menetukan berapa bagian dari C yang terikat dengan Fe dan berapa bagian berbentuk grafit (karbon bebas) setelah keadaan seimbang (balance). Bila kadar Si diatas 3,25 % akan meningkatkan kekerasan.
Untuk membuat suku cadang yang kecil, dianjurkan menggunakan kadar Si yang tinggi, sebalik nya untuk yang besar, kadar Si nya di perkecil. Sementara itu, agar suku cadang bisa tahan terhadap asam dan korosi, sebaiknya menggunakan Si antara 13 % s/d 17 %. Perlu diketahui bahwa selama proses peleburan, jumlah Si yang hilang bisa mencapai 10 %.
c). Mangan (Mn).
Bila jumlah Mn diatas 0,5 %, mangan bereaksi dengan belerang yang akan membentuk sulfid mangan, dimana paduan ini mempunyai massa jenis dan dapat larut dalam terak cair. Mn ini adalah unsur deoksida, pemurni, sekaligus meningkatkan fluiditas, kekuatan dan kekerasan besi. Kalau Mn dinaikkan, maka akan terbentuk ikatan yang kompleks dengan C, sehingga besi cor lebih keras.
Selam proses peleburan, jumlah Mn yang hilang bisa mencapai antara 10 % s/d 20 %.
d). Belerang (S).
Unsur S ini sebenarnya sangat merugikan (logam bisa berlubang-lubang/blow holes), oleh karena itu selama proses peleburan, perlu ditambahkan unsur ferro-mangan, untuk mengikat S ini.
Selama proses peleburan, unsur S akan meningkat sebesar 0,03 % yang berasal dari bahan bakar.
e). Fosfor (P).
Untuk suku cadang kecil, unsur P digunakan sampai 1 %, untuk meningkatkan fluiditas logam dan menurunkan titik didih nya, sementara untuk yang besar, kadar P cukup kecil saja, karena tidak memerlukan fliditas tambahan. Selama proses peleburan, P akan meningkat sebesar 0,02 % dan untuk mengendalikan kadar P, perlu memilih grade besi bekas sebagai bahan baku dapur peleburan.
Fosfor membentuk ikatan steadit (campuran besi dan fosfida) yang mengandung unsur P 10 %.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar