KANDUNGAN ATOM ATAU UNSUR KANDUNGANNYA Baja Baja adalah adalah logam logam aloy aloy yang komponen komponen utaman utamanya ya adalah adalah besi, besi, dengan dengan karbon sebagai material pengaloy utama. Baja mengandung elemen utama Fe dan C. Baja karbon karbon merupakan salah satu jenis logam paduan besi karbon terpenting dengan dengan prosen prosentase tase berat berat karbon karbon hingga hingga 2,11% 2,11%.. Baja Baja karbon karbon memilik memilikii kadar kadar C hingga hingga 1.2% 1.2% dengan dengan Mn 0.30% 0.30%-0.9 -0.95%. 5%. Elemen Elemen-ele -elemen men prosen prosentase tase maksim maksimum um selain bajanya sebagai berikut: 0.60% Silicon, 0.60% Copper. Karbon adalah unsur kimia dengan nomor atom 6, tingkat oksidasi 4.2 dan Mangan Mangan adalah adalah unsur unsur kimia kimia dengan dengan nomor nomor atom 25, tingkat tingkat oksidas oksidasii 7.6423 7.6423.. Karbon dan Manganese adalah bahan pokok untuk meninggikan tegangan (strength) dari baja murni. Karbon (C) adalah komponen komponen kimia pokok pokok yang menentukan menentukan sifat baja. Semakin Semakin tinggi tinggi kadar karbon di dalam baja, semakin semakin tinggi tinggi kuat tarik serta tegangan leleh, tetapi koefisien muai bahan turun, dan baja semaikn getas. Karbon mempunyai pengaruh yang paling dominan terhadap sifat mampu las. Semakin tinggi kadar karbon menjadikan sifat mampu las turun. Fasa-fasa padat yang ada didalam baja : a. Ferit (alpha) : merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan teratur) teratur) berupa berupa Body Body Center Centered ed Cubic Cubic (BCC=k (BCC=kubu ubuss pusat pusat badan), badan), Ferit Ferit ini mempunyai sifat : magnetis, agak ulet, agak kuat, dll. b. Autenit : merupakan merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC =kubus =kubus pusat muka), muka), Austenit Austenit ini mempunya mempunyaii sifat : Non Non magnetis magnetis,, ulet, dll. dll. c. Sementi Sementid d (besi (besi karbida karbida)) : merupa merupakan kan sel satuan satuan yang yang berupa berupa orthoro orthorombi mbik, k, Semented ini mempunyai sifat : keras dan getas. d. Perlit : merupakan campuran fasa ferit dan sementid sehingga mempunyai sifat Kuat. e. Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan). badan).
1
STRUKTUR MIKRO BAJA KARBON Baja karbon rendah atau sangat rendah, banyak digunakan untuk proses pembentukan logam lembaran, misalnya untuk badan dan rangka kendaraan serta komponen-komponen otomotif lainnya. Baja jenis ini dibuat dan diaplikasikan dengan mengeksploitasi sifat-sifat ferrite. Ferrite adalah salah satu fasa penting di dalam baja yang bersifat lunak dan ulet. Baja karbon rendah umumnya memiliki kadar karbon di bawah komposisi eutectoid dan memiliki struktur mikro hampir seluruhnya ferrite. Pada lembaran baja kadar karbon sangat rendah atau ultra rendah, jumlah atom karbon-nya bahkan masih berada dalam batas kelarutannya pada larutan padat sehingga struktur mikronya adalah ferrite seluruhnya
Struktur Mikro Baja Karbon Ultra Rendah. Seluruhnya Ferrite.
Pada kadar karbon lebih dari 0,05% akan terbentuk endapan karbon dalam bentuk hard intermetallic stoichiometric compound (Fe3C) yang dikenal sebagai cementite
atau carbide. Selain larutan
padat
alpha-ferrite
yang dalam
kesetimbangan dapat ditemukan pada temperatur ruang terdapat fase-fase penting lainnya,
yaitu
delta-ferrite
dan
gamma-austenite.
Logam
Fe
bersifat
polymorphism yaitu memiliki struktur kristal berbeda pada temperatur berbeda. Pada Fe murni, misalnya, alpha-ferrite akan berubah menjadi gamma-austenite saat dipanaskan melewati temperature 910oC. Pada temperatur yang lebih tinggi, mendekati 1400oC gamma-austenite akan kembali berubah menjadi delta-ferrite.
1
(Alpha dan Delta) Ferrite dalam hal ini memiliki struktur kristal BCC sedangkan (Gamma) Austenite memiliki struktur kristal FCC. Pada kadar karbon lebih tinggi akan mulai terbentuk endapan cementite atau fase pearlite pada batas butirnya
Struktur Mikro Baja Karbon Rendah
Sifat cementite atau carbide yang keras dan getas berperan penting di dalam meningkatkan sifat-sifat mekanik baja. Salah satu parameter penting yang menunjukkan hal tersebut, sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya adalah a mean ferrite path. A mean ferrite path menunjukkan jarak antar cementite, baik pada pearlite maupun sphreodite. Jarak antar carbide di dalam pearlite secara khusus dikenal sebagai interlamellar spacing atau spasi antar lamel atau lembaran.
CARA PEMBUATAN BAJA Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja antara lain : 1.
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) Kembali ditegakkan.
1
• •
Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor. Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.
Proses konverter terdiri dari:
Proses Bassemer (asam) Lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang mengandung kwarsa asam atau aksid asam (SiO 2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO 2, SiO2 + CaO
CaSiO3
Proses Thomas (basa) 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)
Proses Siemens Martin Menggunakan sistem regenerator (± 3000 0C.). Fungsi dari regenerator adalah: 2.
•
• • •
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 % MgCO 3 + 60 % CaCO3) 3. 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. ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S. • Keuntungan dari BOF adalah: •
• • • •
BOF menggunakan O 2 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
1
4.
Proses dapur listrik
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 • •
5.
Proses dapur kopel
mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang. Proses
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: •
CaCO3
→
CaO + CO2
CO2 akan bereaksi dengan karbon: CO2
+
C
→
2CO
Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit mesin-mesin lain. 6.
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-baja istimewa • dengan menambahkan unsur-unsur paduan yang diperlukan. •
1
Bagan proses pembuatan baja Proses pembuatan baja dimulai dengan proses ekstraksi bijih besi. Proses reduksi umumnya terjadi di dalam tanur tiup (blast furnace) di mana di dalamnya bijih besi (iron ore) dan batu gamping (limestone) yang telah mengalami pemanggangan (sintering) diproses bersama-sama dengan kokas (cokes) yang berasal dari batubara. Serangkaian reaksi terjadi di dalam tanur pada waktu dan lokasi yang berbeda-beda, tetapi reaksi penting yang mereduksi bijih besi menjadi logam besi adalah sebagai berikut: Fe2O3 + 3CO
2Fe + 3CO2
Luaran utama dari proses ini adalah lelehan besi mentah (molten pig iron) dengan kandungan karbon yang cukup tinggi (4%C) beserta pengotor-pengotor lain seperti silkon, mangan, sulfur, dan fosfor . Besi mentah ini belum dapat dimanfaatkan secara langsung untuk aplikasi rekayasa karena sifat-sifat (mekanis)nya belum sesuai dengan yang dibutuhkan karena pengotorpengotor tersebut. Besi mentah berupa lelehan atau coran selanjutnya dikirim menuju converter yang akan mengkonversinya menjadi baja. Proses pembuatan baja umumnya berlangsung di tungku oksigen-basa (basic-oxygen furnace) . Di dalam tungku ini besi mentah cair dicampur dengan hingga 30% besi tua (scrap) yang terlebih dahulu dimasukkan ke dalam tanur. Selanjutnya, oksigen murni ditiupkan dari bagian atas ke dalam leburan, bereaksi
1
dengan Fe membentuk oksida besi FeO. Beberapa saat sebelum reaksi dengan oksigen mulai berlangsung, fluks pembentuk slag dimasukkan dalam jumlah tertentu. Oksida besi atau FeO selanjutnya akan bereaksi dengan karbon di dalam besi mentah sehingga diperoleh Fe dengan kadar karbon lebih rendah dan gas karbon monoksida. Reaksi penting yang terjadi di dalam tungku adalah sebagai berikut: FeO + C Fe + CO Selama proses berlangsung (sekitar 22 menit), terjadi penurunan kadar karbon dan unsur-unsur pengotor lain seperti P, S, Mn, dalam jumlah yang signifikan.
Klasifikasi Baja Karbon Baja karbon (carbon steel ), dibagi menjadi tiga yaitu;
A. •
Baja karbon rendah (low carbon steel ) machine, machinery dan
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 steel ) tool steel
- Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % - 1,50
%C Penggunaan
1
-
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.
σp = kekuatan patah, σu = kekuatan tarik maksimum, σy = kekuatan luluh, ef = regangan sebelum patah, x = titik patah, YP = titik luluh
STANDARISASI dan PENGKODEAN DARI BAJA KARBON Standardisasi adalah proses merumuskan, merevisi, menetapkan, dan menerapkan standar, dilaksanakan secara tertib dan kerjasama dengan semua pihak. Standar Nasional Indonesia adalah standar yang ditetapkan oleh instansi teknis setelah mendapat persetujuan dari Dewan Standardisasi Nasional, dan berlaku secara nasional di Indonesia. Struktur penomoran SNI terdiri atas serangkaian kode dengan arti tertentu yaitu berupa kode SNI, nomor unik, nomor bagian dan nomor seksi, serta tahun penetapan. Kode SNI menyatakan bahwa dokumen tersebut adalah Standar Nasional Indonesia. Sedangkan nomor unik adalah identifikasi dari suatu standar tertentu yang jumlah digitnya sesuai kebutuhan, minimal 4 digit dan diawali dengan angka 0. Nomor bagian merupakan identifikasi yang menunjukan nomor urutbagian dari suatu standar yang mempunyai bagian. Nomor seksi merupakan identifikasi yang menunjukan nomor urut seksi dari suatu standar bagian tertentu.
1
Selain standarisasi nasional ada pula standarisasi dari Jepang yang biasa di singkat dengan JIS( Japan Industrial Standart ) dan dari Amerika seperti ASTM ( American Society for Testing Materials ), AISI (Americal Iron and Steel Institute) dan dari berbagai Negara lain. Ada beberapa tipe standarisasi yang umumnya digunakan pada baja, termasuk baja karbon, diantaranya adalah : •
AISI (American Iron Steel Institute).
•
SAE (Society for Automotive Engineering).
•
JIS (Japanese Industrial Standard).
•
SNI (Standar Nasional Indonesia).
A. AISI-SAE
Standarisasi dengan sistem AISI dan juga SAE merupakan tipe standarisasi dengan berdasarkan pada susunan atau komposisi kimia yang ada dalam suatu baja. Ada beberapa ketentuan dalam Standarisasi baja berdasarkan AISI atau SAE, yaitu :
Dinyatakan dengan 4 atau 5 angka:
1.
Angka pertama menunjukkan jenis baja.
2.
Angka kedua menunjukkan: a. Kadar unsur paduan untuk baja paduan sederhana. b. Modifikasi jenis baja paduan untuk baja paduan yang kompleks.
3.
Dua angka atau tiga angka terakhir menunjukkan kadar karbon perseratus persen.
4.
Bila terdapat huruf di depan angka maka huruf tersebut menunjukkan proses pembuatan bajanya.
Contoh standarisasi Baja karbon dengan AISI-SAE : SAE 1045, berarti : Angka 1 : Baja Karbon Angka 0 : Persentase bahan alloy (tidak ada) Angka 45 : Kadar karbon (0.45% Karbon)
1
B. JIS (Japanese Industrial Standard)
Standarisasi dengan sistem JIS merupakan salah satu tipe standarisasi atas dasar aplikasi produksi dan grade (kualifikasi untuk aplikasi tertentu). JIS standard dikembangkan oleh Japanese Industrial Standards Comitee yang merupakan bagian dari Kementrian Industri dan Perdagangan Internasional di Tokyo. Sama halnya dengan standarisasi AISI-SAE, standarisasi JIS juga mempunyai beberapa ketentuan, diantaranya : 1.
Diawali dengan SS atau G dan diikuti dengan bilangan yang menunjukkan kekuatan tarik minimum dalam kg/mm2
2.
Diawali dengan S dan diikuti dengan bilangan yang menunjukkan komposisi kimianya.
3.
Untuk golongan Stainless Steel biasanya menggunakan grade dari ASTM dengan menggunakan kode huruf SUS diikuti dengan kode angka sesuai dengan AISI atau SAE.
*) Contoh standarisasi baja karbon dengan JIS :
JIS G 5101 (Baja karbon cor).
JIS G 3201 (Baja karbon tempa).
JIS G 3102 (Baja karbon untuk konstruksi mesin).
JIS G 3101 (Baja karbon untuk konstruksi biasa).
C. SNI (Standar Nasional Indonesia)
Standarisasi SNI ini merupakan tipe standarisasi yang sama dengan JIS, yaitu berdasarkan aplikasi produksi. Ada beberapa contoh standarisasi SNI pada baja karbon yang umumnya terdapat di pasaran, diantaranya :
SNI 07-0040-2006 (Kawat baja karbon rendah).
SNI 07-0053-2006 (Batang kawat baja karbon rendah).
SNI 07-2052-2002 (Baja karbon untuk tulang beton).
SNI 07-0601-2006 (baja karbon dalam bentuk plat).
Mengenai struktur mesin baja karbon . logam campuran Nomor
JIS
ISO
AISI
BS
DIN
NF
ГOCT
1
ukuran.
SAE
Nama Mengen ai
S10C
C10
CK10· 1010 040A10·045A1 C10 0·045M10
struktur S12C 1012 C15E4·C15 mesin S15C 1015 M2 baja S17C 1017 karbon . logam S20C campur an
S22C S25C
C25·C25E4·
C25M2 S28C C30·C30E4· S30C C30M2 S33C S35C S38C S40C S43C S45C
C35·C35E4· C35M2 C40·C40E4· C40M2 C45·C45E4· C45M2
S48C
-
S50C
C50·C50E4· C50M2
S53C C55·C55E4· C55M2 C60·C60E4· S58C C60M2 S09C S55C
040A12 055M15
CK15·
XC10
-
XC12
-
C15 XC18·XC18S CK22· 1020 070M20 C22 CK22· 1023 C22 CK25· 1025 070M26 XC25 C25 1029 080A30·080M3 CK30· 1030 0 C30 060A32·080A3 XC32 2 1035. 080A35·080M3 CK35· 1037 6 C35 XC38·XC38H1 1038 080A37 ·XC38H2 1039. 060A40·080A4 CK40· 1040 0·080M40 C40 1042. XC42H1·XC42 080A42 1043 H2 1045. 060A45·080M4 CK45· XC45 1046 6 C45 060A47·080A4 XC48·XC48H1 7 ·XD48H2 CK50· 1049 080M50 XC50 C50 1050. 080M52 XC54 1053 CK55· XC55H1·XC55 1055 070M55 C55 H2 060A57·080A5 CK60· 1060 XC60 7 C60 - 045A10·045M1 CK10 XC10
25T 30T 30T 35T 35T 40T 40T 45T 45T 50T 50T 60T -
1
K 0 S15C CK15 C12 K S20C CK22 XC18 K SCM 415 SCM 18CrMo4·18 18CD4 20XM 418 CrMoS4 SCM 708M20 20XM 420 SCM 421 JIS SCM 30XM·30 4130 708A30 30CD4 G4105 430 XMA baja SCM chrome 432 molybd SCM 34CrMo4·34 4135. 708A37·709A3 34Cr 34CD4·38CD4 35XM enum 435 CrMoS4 4137 7 Mo4 708A40·708M4 SCM 42CrMo4·42 4140. 0·709M40 42Cr 42CD4 440 CrMoS4 4142 708A42·709A4 Mo4 2 SCM 4145. 708A47 445 4147 SCM 822
Penggunaan Baja Karbon Dalam Teknik Pertanian 1.
Baja karbon rendah/ low carbon steel / mild stell :
Kandungan C = 0.1 – 0.2%
Penggunaan untuk bahan konstruksi, seperti : •
Besi plat
1
•
Besi strip
•
Besi siku
•
Besi beton, dll
Kandungan C = 0.2 -0.3%
Digunakan untuk bahan pembuatan :
2.
•
Mur
•
Baut
•
Paku keling
•
Baja tempa, dll
Baja karbon sedang/ medium steel :
Kandungan C = 0.3 – 0.5%
Digunakan untuk bahan pembuatan : •
Pipa
•
Kawat
•
Baja tempa, dll
Kandungan C = 0.5 – 0.7%
Digunakan untuk bahan pembuatan :
3.
•
Per (pegas)
•
Tambang baja
•
Kepala martil, dll
Baja karbon tinggi / high carbon steel :
Kandungan C = 0.7 – 0.9%
Digunakan untuk bahan pembuatan : •
Per (pegas)
•
Mata pahat kayu
•
Mata gergaji kayu
•
Mata serutan kayu, dll
Kandungan C = 0.9 – 1.1%
Digunakan untuk bahan pembuatan : •
Mata pahat besi
1
•
Pelubang (pumcher)
•
Tap
•
Snei
•
Bahan pembuat poros, dll
Kandungan C = 1.1 – 1.4%
Digunakan untuk bahan pembuatan : •
Silet
•
Gergaji besi
•
Kikir
•
Tap
•
Snei, dll
BENTUK DAN HARGA YANG TERSEDIA DI PASAR Kisaran harga di pasaran adalah sebagai berikut:
1
Baja Karbon dalam bentuk pipa Panjang pipa : 6 meter Diameter (inch)
Harga / buah
6
Rp 30.000
8
Rp 38.000
10
Rp 68.000
12
Rp 91.000
16
Rp 162.000
19
Rp 228.000
22
Rp 305.000
25
Rp 392.000
Baja Karbon dalam bentuk besi beton Panjang besi beton : 12 meter
Sumber : Toko Amazon Jaya, Bogor
Diameter (inch)
Harga / batang
0.5
Rp 150.000
0.75
Rp 175.000
1
Rp 250.000
1.25
Rp 300.000
1.5
Rp 375.000
2
Rp 450.000
DAFTAR PUSTAKA
Surdia, Tata & Shindroku Saito. 1999. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta :
1
PT. Pradnya Paramita. Syuaib, M. Faiz. 2006. Kuliah Perbengkelan Modul Penuntun. Bogor: IPB http://img.alibaba.com/photo/233416762/High_strength [26 November 2009 ; 19.05 WIB] http://www.emeraldinsight.com/fig [27 November 2009 ; 14.00 WIB ] http://www.enican.com/LightSteelMicrostructure [27 November 2009 ; 14.05 WIB]
1
