65391885 materi proses perlakuan logam dasar

Bahan Ajar Proses Perlakuan Logam Dasar 2011

[Type the company name] | KKN – PPL UNY 2011

1. Pembuatan Besi Kasar dan Baja

A. Tujuan Pembelajaran

Siswa dapat memahami, menjelaskan & mengidentifikasi proses pembuatan besi kasar dan

baja.

Langkah kerja :

Siswa memahami tentang teori proses pembuatan besi kasar

Siswa dapat menjelaskan proses pembuatan besi kasar

Siswa dapat mengidentifikasi proses pembuatan besi kasar

B. Proses Pengolahan Biji Besi Dan Persiapan Dalam Tanur Tinggi.

Didalam perut bumi tempat kita tinggal ternyata banyak sekali mengandung zat-

zat yang berguna untuk keperluan hidup kita sehari-hari, misalnya minyak tanah, bensin,

solar dan lain-lainnya yang disebut minyak bumi. Disamping itu juga terdapat unsur-

unsur kimia yang berguna bagi manusia seperti bijih besi, nikel, tembaga, uranium,

titanium, timah dan masih banyak lagi, beserta mineral dan batu-batuan. Salah satu zat

yang terdapat di dalam bumi yang sangat berguna bagi manusia ialah air dengan rumus

kimianya H2O, sebab tanpa air manusia sukar sekali mempertahankan kehidupannya.

Mineral adalah suatu bahan yang banyak terdapat di dalam bumi, yang

mempunyai bentuk dan ciri-ciri khusus serta mempunyai susunan kimia yang tetap.

Sedangkan batu-batuan merupakan gabungan antara dua macam atau lebih mineral-

mineral dan tidak mempunyai susunan kimia yang tetap.

Bijih ialah mineral atau batu-batuan yang mengandung satu macam atau

beberapa macam logam dalam prosentase yang cukup banyak untuk dijadikan bahan

tambang. Banyaknya logam yang terkandung dalam bijih itu berbeda-beda. Logam

dalam keadaan murni jarang sekali terdapat di dalam bumi, kebanyakan merupakan

senyawa-senyawa oksida, sulfida, karbonat, dan sulfat yang merupakan bijih logam

yang perlu diproses menjadi bahan logam yang bermanfaat bagi manusia.

a) Macam-macam bijih besi.

1) Oksida-oksida besi, contoh nya:

Ferri Oksida ( 32OFe ) atau disebut: “hematit”.

Kandungan Besi nya = 69,94 %, Oksigen nya = 30,06 %

Warna nya: merah dan tidak mengandung air

Ferro Oksida 43OFe atau disebut: “magnetit”

Kandungan Besi nya = 72,4 %, Oksigen nya = 27,6 %

Warna nya abu-abu sampai dengan ke cokelat-cokelat an, Mempunyai

sifat kemagnitan.

32OFOHOF ee disebut juga: “limanit”

Limanit ini disebut juga Ferro Oksida yang ada mengandung air.

Kandungan Besi nya = (60 65) %, Oksigen nya = (8 20) %, Sisa

nya =



air ( OH 2 ), Warna: cokelat

2OHFe disebut juga: “goethite”

Kandungan Besi nya = 62,9 %, Oksigen nya = 27, 0 %, Sisa

nya = air, Bentuk nya kristal atau seperti jarum. Warna: kuning,

merah atau cokelat.

OHOFe disebut juga: “lepidoerosite”

Bijih besi ini merupakan bentuk lain atau variasi dari goethite.

22 OHOFe disebut juga: “turgite”

Bijih besi ini merupakan bentuk lain atau variasi dari limanite

2) Karbonat-karbonat besi, contoh nya:

3COFe disebut juga: “sederit”

Kandungan Besi nya = 48,2 %, Karbonat nya = 50,8 %

Bentuk nya seperti kristal dan berlumpur. Mengandung unsur-unsur lain,

seperti: gM , nM , aC , oC

3) Sulfida-sulfida besi, contoh nya:

Magnetik pyrite

Kandungan Besi nya = 69,4 %, Sulfur nya = 30,6 %

Marcasite, atau disebut bijih besi bersifat putih

Kandungan Besi nya = 46,6 %, Sulfur nya = 39,4 %

Macam bijih besi ini, biasanya merupakan hasil sampingan dari

penambangan: uiun ANCZ ,,, , perak atau sulfur (belerang).

“Pyrite lythos”

Kandungan Besi nya = 46,6 %, Sulfur nya = 53,4 % , warna nya:

kuning.

b) Terjadinya bijih besi

Secara umum dapat dikatakan, bijih besi terjadi akibat fraksinasi kristalisasi yang

kemudian mengalami periode pendinginan, atau juga sedimentasi yang terbentuk

karena adanya proses erosi, desintegrasi, transportasi, dll. Atau bahkan karena

oksidasi pada cairan kimia (solvent). Namun secara ringkas, dapat dikatakan:

Karena proses geologi dan terjadi akibat pembagian geografis

Terjadi sekitar 25 juta tahun yang lalu

Hanya terdapat di beberapa tempat di dunia, seperti: India, Australia dan

Amerika

Deposit nya mempunyai kedalaman yang ber-variasi, dari beberapa meter

hingga beberapa ratus meter di bawah permukaan tanah.



Gambar 1. Proses produksi biji besi hingga menjadi besi siap pakai

c) Cara pengolahan bijih besi.

Teknologi pengolahan bijih besi disini adalah pengolahan bijih besi dari hasil

tambang yang masih kotor dan tidak teratur bentuk nya, hingga menjadi bersih dan

teratur, sehingga siap untuk di olah lebih lanjut.

Teknik-teknik pengolahan bijih besi tersebut adalah sbb:

- Pemecahan (Crushing)

- Gerinda (Grinding)

- Pencucian (Washing)

- Gaya berat (Gravity method)

- Pemisahan secara magnetik (Magnetic Separation)

- Pembuihan dan pengapungan (Froth floatation)

- Pemisahan secara elektrostatik ber tegangan tinggi (Electroststic/high tension

separation)

- Pemisahan secara magnetis dengan temperatur rendah (Low temperature

magnetizing separation)

- Menghilangkan zat cair dan dikeringkan (Dewatering and drying)

- Pengumpulan/penggumpalan.

d) Penjelasan Cara-Cara Pengolahan Bijih Besi

1) Pemecahan (Crushing)



- bijih besi hasil tambang, biasanya masih berbentuk bonglahan-bongkahan

besar, yakni antara 300 400 2mm

- untuk keperluan ―tanur tinggi”di perlukan ukuran bijih besi antara 10 30

s/d 50 2mm , oleh sebab itu bongkahan-bongkahan tadi perlu di pecah-

pecah sehingga mempunyai ukuran yang kecil dan seragam. Mesin nya:

Jaw Crusher dan atau Gyratory Crusher.

- agar ukuran nya seragam, maka digunakan ayakan (saringan).

2) Grinda (Grinding)

- adakalanya, bijih besi magnetit masih mengandung tanah, ada yang basah

ada pula yang kering dan sedikit bercampur dengan kotoran-kotoran lain

nya.

- guna memisahkan antara bijih besi dan kotoran-kotoran tersebut,

digunakan mesin: Ball mill dan atau Rod mill

3) Pencucian (Washing)

- bijih besi yang mengandung tanah liat dan kotoran-kotoran lain nya, dicuci

dengan menggunakan mesin pencuci berbentuk silindris maupun konis,

yang dilengkapi oleh alat pengangkat.

- kotoran-kotoran halus akan tertinggal dan yang telah tercuci disaring dalam

keadaan basah menggunakan saringan susun yang bergetar, maka akan

diperoleh bijih besi yang bersih.

4) Gaya berat (Gravity method)

- dengan memanfaatkan beda berat jenis dari bahan-bahan hasil tambang,

maka akan dapat diperoleh bijih besi yang bersih

- pralatan-peralatan yang sering dipakai adalah:

jigging; untuk bijih besi dengan ukuran 0,5 25 mm

hampherey spiral; untuk bijih besi dengan ukuran 0,1 0,5 mm

shaking tabel; untuk bijih besi dengan ukuran 0,1 1,5 mm

cyclone; untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang sangat halus.

5) Pemisahan secara magnetik (Magnetic separation)

- mineral-mineral dengan kemagnitan yang besar (contoh: bijih besi

magnetit), dapat dipisahkan dengan ―mineral non-magnetic separation‖

- Untuk kemagnitan yang lemah, digunakan ―high density dry magnetic

separation‖

6) Pembuihan dan pengapungan (Froth floatation)

- Untuk bijih-bijih besi yang kemagnitan nya sangat lemah/rendah, dapat

menggunakan cara pengapungan

- pH dari bahan yang di apungkan dapat diperlemah/diperkecil dengan cara

menambahkan asam atau alkali (tergantung dari bahan yang di

apungkan).

7) Pemisahan secara elektrostatik ber tegangan tinggi (Electrostatic/high tension

separation)



- Elektrostatik atau pemisahan dengan tegangan tinggi dipakai untuk

meningkatkan mutu dari konsentrat-konsentrat yang halus juga untuk

memisahkan bahan-bahan yang tidak di inginkan.

8) Pemisahan secara magnetis dgn temp. rendah (Low temperature magnetizing

separation)

- teknik ini biasanya dipakai untuk bijih-bijih besi yang halus dan non-

magnetik atau yang magnetik nya rendah serta menandung oksida-oksida

hidrat dan kadang-kadang siderite

- sebuah alat pemanggang (pemanas) ditempatkan persis dibawah alat

utama, guna memisahkan bahan-bahan yang non-magnit dengan yang

magnetis serta bahan-bahan lain yang tidak di inginkan

9) Menghilangkan zat cair dan dikeringkan (Dewatering and drying)

- bijih besi yang butiran-butiran nya sangat halus di dalam suatu konsentrat,

di beri air, kemudian dimampatkan kedalam mesin pemampat dan

kemudian dikeringkan.

10) Pengumpulan atau penggumpalan (Stockage)

Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir, tanah

liat, dan batu-batuan dalam bongkah-bongkahan yang tidak sama besar. Untuk

kelancaran proses pengolahan bijih besi, bongkah-bongkah tersebut dipecahkan

dengan mesin pemecah, kemudian disortir antara bijih besi dan batu-batuan

ikutan dengan tromol magnet. Pekerjaan selanjutnya adalah mencuci bijih besi

tersebut dan mengelompokkan menurut besarnya, bijih-bijih besi halus dan

butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau rol hingga berupa bola-

bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi dapur.

Setelah bijih besi itu dipanggang di dalam dapur panggang agar kering dan

unsur-unsur yang mudah menjadi gas keluar dari bijih kemudian dibawa ke dapur tinggi

diolah menjadi besi kasar. Dapur tinggi mempunyai bentuk dua buah kerucut yang

berdiri satu di atas yang lain pada alasnya. Pada bagian atas adalah tungkunya yang

melebar ke bawah, sehingga muatannya dengan mudah meluncur kebawah dan tidak

terjadi kemacetan. Bagian bawah melebar ke atas dengan maksud agar muatannya

tetap berada di bagian ini.

Dapur tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang diberi selubung baja pelat

untuk memperkokoh konstruksinya. Dapur diisi dari atas dengan alat pengisi. Berturut-

turut dimasukkan kokas, bahan tambahan (batu kapur) dan bijih besi. Kokas adalah

arang batu bara yaitu batu bara yang sudah didestilasikan secara kering dan

mengandung belerang yang sangat rendah sekali. Kokas berfungsi sebagai bahan

bakarnya dan membutuhkan zat asam yang banyak sebagai pengembus. Agar proses

dapat berjalan dengan cepat udara pengembus itu perlu dipanaskan terlebih dahulu di

dalam dapur pemanas udara. Proses pada dapur tinggi seperti dalam gambar 1.



Gambar 2. Proses dalam dapur tinggi. (Bagyo Sucahyo, 1999).

Besi cair di dalam dapur tinggi, kemudian dicerat dan dituang menjadi besi kasar,

dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk

pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah), atau dalam keadaan cair dipindahkan

pada bagian pembuatan baja di dalam konvertor atau dapur baja yang lain, misalnya

dapur Siemen Martin.

Batu kapur sebagai bahan tambahan gunanya untuk mengikat abu kokas dan

batu-batu ikutan hingga menjadi terak yang dengan mudah dapat dipisahkan dari besi

kasar. Terak itu sendiri di dalam proses berfungsi sebagai pelindung cairan besi kasar

dari oksida yang mungkin mengurangi hasil yang diperoleh karena terbakarnya besi

kasar cair itu. Batu kapur (CaCO3) terurai mengikat batu-batu ikutan dan unsur-unsur

lain.

Karena besi kasar ini masih mengandung persentase karbon yang tinggi

(tidak dapat langsung dipakai), maka hasil dari Tanur Tinggi ini sering juga disebut

sebagai “besi mentah”, sebab besi kasar ini merupakan bahan baku dari tanur jenis lain,

yang kemudian di olah lebih lanjut agar persentase kadar karbon nya bisa sesuai

dengan yang diharapkan.

Kapasitas Tanur Tinggi adalah: (390 - 400) ton/hari, ( 80 - 100) ton/sekali tuang.

Bahan baku Tanur Tinggi adalah: Bijih besi, Kokas/Batu bara, Batu kapur.

Bahan baku ini, disusun ber lapis-lapi, dimulai dari Kokas, Bijih besi dan Batu kapur,

dst.

Jenis bijih besi yang lazim digunakan adalah yang % eF nya besar dan %

kotoran kecil,



Oleh karena itu: hematit, magnetit, siderit dan himosit, lebih di sukai.

Untuk mendapatkan/menghasilkan 1 (satu) ton besi kasar, maka sebuah tanur

tinggi, memerlukan bahan-bahan sebagai berikut:

- 2 ton bijih besi

- 0,8 ton kokas

- 0,5 ton batu kapur

- 4 ton 4000 3m udara panas

Kadar Karbon pig iron adalah antar (4,5 - 6) %

Tidak semua jenis kokas, dapat digunakan sebagai bahan baku (bakar) tanur

tinggi, untuk itu ada beberapa syarat yang harus dipenuhi, antara lain:

- harus cukup keras

- semurni mungkin, kadar C nya harus cukup tinggi

- ukuran nya harus homogen (seragam)

- porosity (pori-pori) nya harus baik

- bebas dari kotoran-kotoran yang dapat mengganggu proses pembakaran.

e) Proses-proses yang terjadi di dalam Tanur Tinggi

1) Udara panas 500 C di hembuskan melalui tuyer dan membakar kokas,

sehingga terbentuk karbon monoksida (CO), kemudian bereaksi dengan bijih

besi, akhirnya menghasil kan: besi + gas karbon dioksida 2CO .

2) Dengan udara panas 500 C, dapat dihemat penggunaan kokas sekitar 30 %.

3) Batu kapur akan mengikat kotoran-kotoran didalam bijih besi, sehingga dengan

demikian, batu kapur berfungsi sebagai “fluks”, hasilnya adalah “terak cair”.

4) Berat jenis terak cair ini lebih ringan dibandingkan dengan berat jenis besi cair,

sehingga dengan demikian terak cair akan berada diatas besi cair. Terak cair ini

kemudian akan di hisap keluar dari tanur tinggi secara bertahap.

5) Besi cair murni (tanpa kotoran-kotoran) dialirkan kedalam cetakan setiap 5

sampai dengan 6 jam sekali.

6) Setiap 1 (satu) kg besi cair yang dihasilkan, juga menghasilkan produk

sampingan berupa 0,5 kg terak cair dan sekitar 6 kg udara panas.

7) Setelah membeku, terak dapat digunakan sebagai bahan bangunan (campuran

beton) atau sebagai bahan isolasi tahan panas.

8) Gas panas yang dihasilkan, setelah dibersihkan (disaring), dapat digunakan

kembali sebagai pemanas mula tanur tinggi, atau untuk menghasilkan energi,

dll.

9) Proses yang terjadi di dalam tanur tinggi disebut: “reduksi tidak langsung”

(indirect reduction) dan reaksi kimia yang berlangsung adalah sebagai berikut:

24 3

3COOFCOOF ee untuk bijih besi magnetit

atau

23 22

COOFCOOF ee untuk bijih besi hematit



10) Biasanya 7

1 bagian dari tanur tinggi di isi oleh kokas.

f) Waktu yang diperlukan untuk menghasilkan besi kasar

Berikut ini, akan disajikan sebuah tabel yang menggambarkan berapa banyak waktu

yang dibutuhkan untuk menghasilkan besi kasar (pig iron).

Jam

ke

Kegiatan atau proses

0 Dapur di –ON kan dan udara panas ditiupkan

30 Terak cair pertama dikeluarkan (belum stabil)

30 Penuangan pertama besi kasar (belum stabil)

54 Terak mulai stabil

107 Besi kasar mulai stabil

Setiap 6 jam Penuangan besi cair ke dalam cetakan

C. Proses dalam Dapur Tinggi

Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat

karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada

suhu tinggi. Pada pembakaran suhu tinggi 1800 C dengan udara panas, maka

dihasilkan suhu yang dapat menyelenggarakan reduksi tersebut. Agar tidak terjadi

pembuntuan karena proses berlangsung maka diberi batu kapur sebagai bahan

tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih besinya mempunyai sifat basa

dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang bersifat basa apabila bijih besi bersifat

asam.

Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan keluar melalui

bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke bawah melindungi

besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian

dipisahkan.

Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai berikut:

Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi :

C+O2 ------- CO2

Sebagian dari CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada

ditempat yang lebih atas yaitu gas CO.

CO2+C -----2CO

Di bagian atas dapur tinggi pada suhu 300° sampai 800° C oksida besi yang

lebih tinggi diubah menjadi oksida yang lebih rendah oleh reduksi tidak langsung dengan

CO tersebut menurut prinsip :

Fe2O3+CO ---------2FeO+CO2

Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi reduksi tidak

langsung menurut prinsip :

FeO+CO--------- FeO+CO2

Reduksi ini disebut tidak langsung karena bukan zat arang murni yang

mereduksi melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. Sedangkan reduksi

langsung terjadi pada bagian yang terpanas dari dapur, yaitu langsung di atas pipa

pengembus. Reduksi ini berlangsung sebagai berikut.



FeO+C ------Fe+CO

CO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan reduksi tidak

langsung tadi. Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama dikeluarkan teraknya

dan baru kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut besi kasar atau besi

mentah yang digunakan untuk membuat baja pada dapur pengolahan baja atau dituang

menjadi balok-balok tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja

sebagai bahan baku.

Besi cair dicerat dan dituang menjadi besi kasar dalam bentuk balok-balok besi

kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam

dapur kubah) atau masih dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja

(dapur Siemen Martin).

Terak yang keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan menjadi bahan

pembuatan pasir terak atau wol terak sebagai bahan isolasi atau sebagai bahan

campuran semen.

Besi cair yang dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum dituang menjadi balok

besin kasar sebagai bahan ancuran di pabrik penuangan, perlu dicampur dahulu di

dalam bak pencampur agar kualitas dan susunannya seragam. Dalam bak pencampur

dikumpulkan besi kasar cair dari bermacam-macam dapur tinggi yang ada untuk

mendapatkan besi kasar cair yang sama dan merata. Untuk menghasilkan besi kasar

yang sedikit mengandung belerang di dalam bak pencampur tersebut dipanaskan lagi

menggunakan gas dapur tinggi.

D. Hasil dapur tinggi.

Hasil dari dapur tinngi ada 3 macam, yaitu besi kasar cair, kotoran pembakar,

dan gas dapur tinggi.

a. Besi kasar cair.

Besi kasar cair dari dalam dapur tinggi dapat dikeluarkan setiap 4 – 6 jam sekali

lewat saluran. Kemudian mengalir ke cetakan – cetakan yang dibuat dari pasir di

sekitar dapur tersebut. setelah membeku, besi kasar membentuk balok – balok

tuangan. Setiap pengambilan didapat 60 – 70 ton besi kasar dan sehari semalam

menghasilkan produksi 300 – 400 ton. Menurut sifatnya besi kasar dibagi dalam 2

golongan yaitu, besi kasar kelabu dan besi kasar putih.

1) Besi kasar putih.

Besi ini mengandung 5 – 30 % Mn dan mengandung 3 – 4,5 %C. BD nya 7,3 –

7,7 dan titik cairnya 1000°C - 1300°C. sifatnya sangat keras dan rapuh. Karena

itu, tidak bisa dipakai dalam bengkel besi tuang, tapi banyak digunakan untuk

pembuatan besi tempa atau baja.

2) Besi kasar kelabu.

Besi ini mengandung 1-3% Si dan mengandung 3% C. BD nya 7,4 dan titik

cairnya 1300°C. grafit dalam besi mengakibatkan warna kelabu dan adanya

grafit disebabkan oleh kadar silisium (Si). Besi kasar kelabu ini banyak dipakai di

bengkel – bengkel tuang dan untuk pembuatan alat – alat eprkakas.

b. Kotoran pembakaran.



Pada waktu besi kasar mencair, diatas permukaan besi kasar itu terapung

kotoran pembakar / terak (BD 2,5 – 3 kg/dm3). Kotoran itu dibuang melalui saluran

terak yang berada 0,5 m dibawah pipa peniup.

Terak warnanya putih, abu – abu, putih kebiruan atau hijau menunjukkan adanya

persenyawaan besi. Terak banyak digunakan dalam pembuatan jalan, bendungan –

bendungan air, pasir, semen, dan wol terak. Di dalm dapur tinggi hasil terak dan

hasil besi kasar sama jumlahnya, tapi karena BD nya ringan, maka volume terak

kurang lebih 3 kali dari volume besi.

c. Gas dapur tinggi.

Selama proses berlangsungnya pengolahan pada suhu diatas 800°C, gas – gas

menimbulkan perubahan – perubahan dalam ikatan biji besi. Keluar dari dapur masih

mempunyai suhu 200°C - 300°C. dan sejumlah zat arang yang datang dari udara

penghembus. Susunan zat arang dari udara penghembus adalah sebagai berikut:

55 – 60% volume zat arang ( C )

24 – 30 % volume oksida arang ( CO )

8 – 12 % volume dioksida arang (CO2).

Dari gas – gas ini, oksida arang merupakan sumber tenaga yang paling banyak

dipakai dan berguna untuk pembakaran gas, menurut reaksi: 2 CO + O2 2 CO2

+285 kJ.

Pada dapur yang berkapasitas 300 ton besi kasar, dalam waktu 24 jam mampu

menghasilkan gas sekitar 1.400.000 m3, yang didalamnya terdapat 25 % atau

35.000 m3 oksida arang (CO). panas pembakaran CO untuk tiap m3 (0°C, 75 cm

tekanan air raksa) adalah 12,5 MJ. Tiap 24 jam = 105,42 kJ.

Dari energy gas ini 40% digunakan untuk pemanas udara, bisa untuk ketel –

ketel uap, dan motor – motor gas. Mesin – mesin tersebut memberikan tenaga

kompresor angin dan sebagian kepada dynamo yang memberikan arus listrik yang

dipergunakan untuk perlengkapan pengangkutan dan penerangan.

E. Pembuatan Baja dari Besi Kasar

Besi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung

unsurunsur yang tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang (karbon) yang

terlalu tinggi, fosfor, belerang, silisium dan sebagainya. Unsur-unsur ini harus serendah

mungkin dengan berbagai cara.



Gambar 3. Diagram Pembuatan Baja (Sumber : Hari Amanto & Daryanto, 1999).

Untuk menurunkan kadar karbon dan unsur tambahan lainnya dari besi kasar

digunakan dengan cara sebagai berikut.

1. Proses Konvertor :

a. Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah.

b. Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.

c. Proses Oksi, proses LD, Kaldo dan Oberhauser.

2. Proses Martin (dapur Siemen Martin)

a. proses Martin asam untuk besi kasar dengan kadar fosfor rendah.

b. Proses Martin basa untuk besi kasar dengan kadar fosfor tinggi.

3. Dapur Listrik untuk baja Campuran

a. Dapur listrik busur nyala api.

b. Dapur listrik induksi.



a. Proses Bessemer

Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu tahan api

yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada bagian bawahnya

terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara. Bejana ini dapat diguling-

gulingkan. Korvertor Bessemer diisi dengan besi kasar kelabu yang banyak

mengandung silisium. Silisium dan mangan terbakar pertama kali, setelah itu baru zat

arang yang terbakar. Pada saat udara mengalir melalui besi kasar udara membakar zat

arang dan campuran tambahan sehingga isi dapur masih tetap dalam keadaan encer.

Setelah lebih kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi

dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbon sebesar 0,6 sampai 1,7 %, maka

pada waktu proses terlalu banyak karbon yang hilang terbakar, kekurangan itu harus

ditambah dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon.

Gambar 4. konstruksi dapur bassemer

Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang terbentuk

dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang mengandung mangan.

Udara masih dihembuskan ke dalam bejana tadi dengan maksud untuk mendapatkan

campuran yang baik. Kemudian terak dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan

ke dalam panci penuang. Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan

kandungan fosfor dan belerang yang rendah tetapi kandungan fosfor dan belerang

masih tetap agak tinggi karena dalam prosesnya kedua unsur tersebut tidak terbakar

sama sekali.

Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja Bessemer yang banyak digunakan

untuk bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya

bersifat asam dan batu tahan apinya juga bersifat asam. Apabila digunakan muatan

yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman.

b. Proses Thomas

Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan prosesnya adalah proses basa,

sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk mengolah besi kasar yang

bersifat basa. Muatan konvertor Thomas adalah besi kasar putih yang banyak

mengandung fosfor.



Proses pembakaran sama dengan proses pada konvertor Bessemer, hanya saja

pada proses Thomas fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar. Pengaliran udara

tidak terus-menerus dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar. Pencegahan

pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun kandungan

fosfor masih tetap tinggi.

Guna mengikat fosfor yang terbentuk pada proses ini maka diberi bahan tambahan

batu kapur agar menjadi terak. Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi

pupuk buatan yang dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari

konvertor Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan konstruksi

dan pelat ketel.

c. Proses Martin

Proses lain untuk membuat baja dari bahan besi kasar adalah menggunakan dapur

Siemens Martin yang sering disebut proses Martin. Dapur ini terdiri atas satu tungku

untuk bahan yang dicairkan dan biasanya menggunakan empat ruangan sebagai

pemanas gas dan udara. Pada proses ini digunakan muatan besi bekas yang dicampur

dengan besi kasar sehingga dapat menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik

jika dibandingkan dengan baja Bessemer maupun Thomas.

Gas yang akan dibakar dengan udara untuk pembakaran dialirkan ke dalam

ruangan-ruangan melalui batu tahan api yang sudah dipanaskan dengan temperatur 600

sampai 900 C. Dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira

1800 C. gas pembakaran yang bergerak ke luar masih memberikan panas kedalam

ruang yang kedua, dengan menggunakan keran pengatur maka gas panas dan udara

pembakaran masuk ke dalam ruangan tersebut secara bergantian dipanaskan dan

didinginkan. Bahan bakar yang digunakan adalah gas dapur tinggi, minyak yang

digaskan (stookolie) dan juga gas generator. Pada pembakaran zat arang terjadi gas

CO dan CO2 yang naik ke atas dan mengakibatkan cairannya bergolak, dengan

demikian akan terjadi hubungan yang erat antara api dengan bahan muatan yang

dimasukkan ke dapur tinggi. Bahan tambahan akan bersenyawa dengan zat asam

membentuk terak yang menutup cairan tersebut sehingga melindungi cairan itu dari

oksida lebih lanjut.



Gambar 5. konstruksi dapur Siemens martins.

Setelah proses berjalan selama 6 jam, terak dikeluarkan dengan memiringkan

dapur tersebut dan kemudian baja cair dapat dicerat. Hasil akhir dari proses Martin

disebut baja Martin. Baja ini bermutu baik karena komposisinya dapat diatur dan

ditentukan dengan teliti pada proses yang berlangsung agak lama.

Lapisan dapur pada proses Martin dapat bersifat asam atau basa tergantung dari

besi kasarnya mengandung fosfor sedikit atau banyak. Proses Martin asam terjadi

apabila mengolah besi kasar yang bersifat asam atau mengandung fosfor rendah dan

sebaliknya dikatakan proses Martin basa apabila muatannya bersifat basa dan

mengandung fosfor yang tinggi.

Keuntungan dari proses Martin dibanding proses Bessemer dan Thomas adalah

sebagai berikut :

a. Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan

jalan percobaan-percobaan.

b. Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau

dibersihkan.

c. Penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir proses

menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya.

Selain keuntungan di atas dan karena udara pembakaran mengalir di atas cairan

maka hasil akhir akan sedikit mengandung zat asam dan zat lemas. Proses Martin basa

biasanya masih mengandung beberapa kotoran seperti zat asam, belerang, fosfor dan

sebagainya. Sedangkan pada proses Martin asam kadar kotoran-kotoran tersebut lebih

kecil.

d. Proses Oksi

Proses konvertor yang lebih modern adalah proses oksi, pada proses ini

menggunakan bahan besi kasar yang mempunyai komposisi kurang baik apabila



dikerjakan dengan konvertor Bessemer maupun Thomas. Disini zat asam murni

dihembuskan di atas cairan dan kadang-kadang juga kedalam cairan besi, sehingga

karbon, silisium, mangan dan sebagainya terbakar.

Hasil pembakaran unsur-unsur tersebut ditampung oleh bahan tambahan batu

kapur dan terikat menjadi terak yang mengapung di atas cairan besi. Proses

pembakaran zat asam dengan zat arang terjadi pada panas yang tinggi sekali, maka

diperlukan pendinginan dengan jalan memberikan tambahan baja bekas. Hasil akhir dari

proses ini adalah baja oksi yang bermutu sangat baik karena pengaruh buruk dari unsur

udara tidak ada.

Gambar 6. Mekanisme dalam dapur Oksi.

Oleh karena itu baja oksi baik sekali digunakan sebagai bahan pembuatan

konstruksi dan komponen-komponen mesin, seperti : poros, baut, pasak, batang

penggerak dan lain-lainnya. Keuntungan dari proses oksi adalah sebagai berikut :

a. Waktu proses relatif pendek.

b. Hasilnya mengandung fosfor (P)dan belerang (S) yang rendah.

c. Hasil yang diproduksi relatif lebih banyak dalam tempo yang sama dibanding proses

lainnya.

d. Biaya produksi baja tiap ton lebih murah.



Gambar 7. Proses dalam dapur Oksi.

e. Proses Hoecsch

Proses Hoecsch merupakan penyempurnaan dari proses Martin. Caranya adalah

setelah muatan di dalam dapur Siemens Martin mencair kemudian langsung dikeluarkan

dan dimasukkan dalam kuali yang terbuka untuk membakar fosfor dan belerang.

Sementara pembakaran dilakukan dapur Siemens Martin dibersihkan dan kemudian

lantai dapur ditaburi dengan serbuk bijih besi (Fe2O3 atau Fe3O4). Setelah selesai

mengadakan pembakaran fosfor, belerang dan besi cair yang berada di dalam kuali tadi

dimasukkan kembali ke dalam dapur Siemens Martin untuk menyelesaikan pembakaran

unsur-unsur lain yang belum hilang, terutama zat arang. Setelah proses pembakaran zat

arang dianggap selesai, terak yang terjadi dikeluarkan selanjutnya baja cair ditampung

dalam panic penuangan untuk dituang atau dicetak menjadi balok tuangan.

f. Proses Bertrand Thield

Proses ini menggunakan dua buah dapur Siemens Martin. Pada dapur yang

pertama dilakukan pemijaran dan pembakaran untuk memisahkan fosfor sedangkan

dalam dapur kedua diisi dengan besi cair hasil dari dapur yang pertama setelah

teraknya dikeluarkan. Proses di dalam dapur yang kedua tersebut juga diberi tambahan

bijih besi yang baru.

g. Proses Dupleks

Proses ini dilakukan dengan cara mengeluarkan zat arang terlebih dahulu yang

berada konvertor-konvertor dan memurnikannya di dalam dapur Siemens Martin. Proses

Dupleks terutama dilakukan oleh pabrik-pabrik baja yang berada di dekat perusahaan

dapur tinggi. Setelah proses di dalam dapur tinggi (setelah teraknya dihilangkan) cairan

besi kasar itu dimasukkan kedalam konvertor (Bessemer atau Thomas) dan dicampur

dengan batu kapur serta baja bekas dalam jumlah yang dikehendaki. Pengembusan

udara di dalam konvertor dilakukan sampai kandungan fosfor menjadi rendah kira-kira 1

sampai 1,5 %, ditambah dengan kokas yang telah digiling selanjutnya memindahkan

isinya ke dalam dapur Siemens Martin.

h. Proses Thalbot



Proses Thalbot dilakukan dengan menggunakan dapur Siemens Martin yang dapat

diputar-putar dan dijungkitkan. Setelah pemijaran didalam dapur Martin, sebagian cairan

dituangkan ke dalam panci tuang dan ke dalam dapur tadi sambil ditambahkan besi

kasar, bijih besi dan batu kapur.

Proses selanjutnya adalah menjaga agar cairan besi di dalam panic tuang tadi tidak

terjadi oksidasi, artinya mengusahakan pendinginan yang cepat. Akibat dari cara ini

adalah hasil yang diperoleh dalam setiap proses dari satu dapur tidak sama kualitasnya.

Baja yang dihasilkan dari proses Thalbot adalah baja biasa seperti hasil dari proses

konvertor Bessemer maupun Thomas.

i. Proses Dapur Listrik

Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi.

Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut,

a. Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya.

b. Pengaruh zat asam praktis tidak ada.

c. Susunan besi tidak dipengaruhi oleh aliran listrik.

Sedangkan kekurangannya adalah harga listrik yang mahal. Dapur listrik dibagi

menjadi dua kelompok yaitu dapur listrik busur cahaya dan dapur listrik induksi.

1) Dapur busur cahaya

Dapur ini berdasarkan prinsip panas yang memancar dari busur api, dapur ini

juga dikenal dengan sebutan dapur busur nyala api. Dapur ini merupakan suatu

tungku yang bagian atasnya digantungkan dua batang arang sebagai elektroda pada

arus bolak-balik atau dengan tiga buah elektroda arang yang dialirkan arus putar.

Misalnya pada dapur Stassano busur api terjadi antara tiga ujung elektroda arang

yang berada di atas baja yang dilebur melalui ujung elektroda itu dengan arus putar.

Pada dapur Girod, arus bolak balik mengalir melalui satu elektroda yang membentuk

busur api di antara kutub dan baja cair selanjutnya dikeluarkan melalui enam buah

elektroda baja yang didinginkan dengan air ke dasar tungku.

Pada dapur Heroult menggunakan dua elektroda arang dengan arus bolak balik

dan dapat juga menggunakan tiga buah elektroda pada arus putar. Arus listrik

membentuk busur nyala dari elektroda kepada cairan dan kembali dari cairan ke

elektroda lainnya.



Gambar 8. Konstruksi dapur busur.

2) Dapur induksi

Dapur induksi dapat dibedakan atas dapur induksi frekuensi rendah dan dapur

induksi frekuensi tinggi. Pada dapur induksi dibangkitkan suatu arus induksi dalam

cairan baja sehingga menimbulkan panas dalam cairan baja itu sendiri sedangkan

dinding dapurnya hanya menerima pengaruh listrik yang kecil saja.

Gambar 9. Knstruksi dapur induksi.



a. Dapur induksi frekuensi rendah, bekerja menurut prinsip transformator. Dapur

ini berupa saluran keliling teras dari baja yang beserta isinya dipandang

sebagai gulungan sekunder transformator yang dihubungkan singkat, akibat

hubungan singkat tersebut di dalam dapur mengalir suatu aliran listrik yang

besar dan membangkitkan panas yang tinggi. Akibatnya isi dapur mencair dan

campuran-campuran tambahan dioksidasikan.

b. Dapur induksi frekuensi tinggi, dapur ini terdiri atas suatu kuali yang diberi

kumparan besar di sekelilingnya. Apabila dalam kumparan dialirkan arus bolak-

balik maka terjadilah arus putar didalam isi dapur. Arus ini merupakan aliran

listrik hubungan singkat dan panas yang dibangkitkan sangat tinggi sehingga

mencairkan isi dapur dan campuran tambahan yang lain serta

mengkoksidasikannya. Hasil akhir dari dapur listrik disebut baja elektro yang

bermutu sangat baik untuk digunakan sebagai alat perkakas misalnya pahat,

alat tumbuk dan lain-lainnya.

3) Proses Dapur Aduk

Dapur aduk merupakan cara pembuatan baja yang konvensional dengan cara

melebur besi kasar di dalam dapur nyala api bersama-sama dengan terak (FeO)

untuk mendapatkan zat asam. Dengan cara mengaduk-aduk dengan batang besi

dan ke bawah permukaan dimasukkan udara maka terjadilah suatu masa lunak dari

baja yang banyak mengandung terak.

Apabila gumpalan-gumpalan yang dibuat dalam dapur telah mencapai kira - kira

60 kg dikeluarkan, maka langkah selajutnya adalah mengeluarkan terak dengan

jalan menempanya atau dipres. Dalam proses aduk ini lebih banyak melibatkan

pekerjaan tangan serta kapasitas produksi yang kecil maka cara ini dipandang tidak

efisien dan jarang digunakan pada pabrik-pabrik baja.

c. Rangkuman

1. Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi.

2. Dapur tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang diberi selubung baja pelat untuk

memperkokoh konstruksinya.

3. Batu kapur adalah sebagai bahan tambahan gunanya untuk mengikat abu kokas dan

batu-batu ikutan hingga menjadi terak yang dengan mudah dapat dipisahkan dari besi

kasar.

4. Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat karbon

monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada suhu tinggi.

Pada pembakaran suhu tinggi + 1800° C dengan udara panas, maka dihasilkan suhu

yang dapat menyelenggarakan reduksi tersebut.

5. Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu tahan api yang

bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada bagian bawahnya terdapat

sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara.

6. Keuntungan dari proses Martin disbanding proses Bessemer dan Thomas adalah

sebagai berikut : Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih

baik dengan jalan percobaan percobaan, unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan



kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan, penambahan besi bekas dan

bahan tambahan lainnya pada akhir proses menyebabkan susunannya dapat diatur

sebaik-baiknya.

7. Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi.

2. Klasifikasi Besi dan Baja

A. Tujuan Kegiatan Pembelajaran

Siswa dapat memahami, mengidentifikasi, memilih dan menentukan klasifikasi besi dan

baja.

B. Uraian Materi

Besi atau baja yang dihasilkan dari dapur-dapur baja disebut besi atau baja

karbon, yaitu campuran antara besi dengan zat arang (karbon). Sedangkan unsur

lainnya seperti fosfor, belerang dan sebagainya juga ada didalamnya, namun dalam

prosentase yang kecil sekali sehingga dianggap tidak mempengaruhinya.

Unsur paduan itu diberikan dengan maksud memperbaiki atau member sifat baja

yang sesuai dengan sifat yang dikenhendaki pada baja. Berdasarkan banyaknya karbon

yang dikandung besi atau baja, dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu :

a. Besi atau baja tempa yang mengandung berkisar antara 0,01 s/d 1,7 % karbon.

b. Besi atau baja tuang yang mengandung berkisar antara 2,3 s/d 3,5 % karbon, baja

ini sangat tidak baik untuk ditempa.



Besi atau baja yang kadar karbonnya berkisar antara 1,8 s/d 2,2 %, tidak dibuat

karena pada prosentase tersebut sifatnya kurang baik.

C. Baja Karbon

Baja karbon adalah baja yang mengandung karbon sampai 1,7 %. Baja karbon

digolongkan menjadi tiga kelompok berdasarkan banyaknya karbon yang terkandung

dalam baja, yaitu :

1. Baja karbon rendah.

Baja yang mengandung karbon antara 0,10 s/d 0,30 %. Baja karbon rendah

dalam perdagangan dibuat dalam bentuk pelat, batangan untuk keperluan tempa,

pekerjaan mesin, dan lain-lain.

2. Baja karbon sedang.

Baja ini mengandung karbon antara 0,30 s/d 0,60 %. Baja karbon sedang dalam

perdagangan biasanya digunakan sebagai alat-alat perkakas, baut, poros engkol,

roda gigi, ragum, pegas, dan lain-lain.

3. Baja karbon tinggi.

Baja yang mengandung karbon antara 0,70 s/d 1,5 %. Baja karbon ini banyak

digunakan untuk keperluan pembuatan alat-alat konstruksi yang berhubungan

dengan panas yang tinggi atau dalam penggunaannya akan menerima dan

mengalami panas, misalnya landasan, palu, gergaji, pahat, kikir, mata bor, bantalan

peluru, dan sebagainya.

Berdasarkan penggunaan baja dapat diklasifikasikan dalam dua grup yaitu baja

konstruksi dan baja perkakas. Baja kontruksi termasuk kontruksi bangunan dan

kontruksi mesin. Baja kontruksi bangunan umumnya mengandung karbon sampai

0,3 % dengan kekuatan tarik dan batas regang rendah serta tidak dapat dikeraskan.

Sedangkan baja mesin umumnya memiliki kadar karbon berkisar 0,3 s/d 0,6 %,

mempunyai kekerasan yang lebih besar, kekuatan tarik dan batas regang agak tinggi

serta dapat dikeraskan.

Kedua grup baja di atas masih digolongkan lagi menjadi baja yang tidak dipadu,

baja paduan rendah dan baja paduan tinggi, yaitu :

a. Baja yang tidak dipadu mengandung 0,06 s/d 1,5 % karbon, dengan sedikit

mangan (Mn), silisium (Si), fosfor (P), dan belerang (S).

b. Baja paduan rendah mengandung 0,06 s/d 1,5 % karbon dengan tambahan 5 %

bahan paduan.

c. Baja paduan tinggi mengandung 0,03 s/d 2,2 % karbon dengan lebih dari satu

bahan paduan sebanyak 5 % atau lebih.

D. Baja Kontruksi

Baja kontruksi digunakan untuk keperluan kontruksi bangunan dan pembuatan

bagian-bagian mesin. Berdasarkan campuran dan proses pembuatannya , baja

kontruksi dibedakan menjadi :

a. baja konstruksi umum

b. Baja otomat

c. Baja case hardening

Adapun penjelasan baja kontruksi dikelompokan dalam tiga jenis terdiri dari :



a. Baja kontruksi umum.

Baja kontruksi umum terdiri atas jenis baja karbon dan baja kualitas tinggi yang

dipadu. Penggunaan baja ini didasarkan atas pertimbangan tegangan tarik

minimumnya yang cukup tinggi. Baja ini banyak digunakan pada kontruksi bangunan

gedung, jembatan, poros mesin dan roda gigi.

Baja kontruksi umum diperdagangkan dalam dua jenis kualitas yang biasanya

dibedakan dengan pemberian nomer kode 2 dan 3. Contoh : St. 44 – 2 untuk

kualitas tinggi. St. 44 – 3 untuk kualitas istimewa (khusus).

b. Baja otomat.

Baja otomat terdiri atas baja kualitas tinggi yang tidak dipadu dan baja kualitas tinggi

paduan rendah dengan kadar belerang (S) dan fosfor (P) yang tinggi. Baja ini

mengandung 0,07 s/d 0,065 % karbon, 0,18 s/d 0,4 % belerang, 0,6 s/d 1,5 %

mangan, dan 0,05 s/d 0,4 % silisium. Untuk keperluan menghaluskan permukaan

ditambahkan lagi dengan timbal (Pb) 0,15 s/d 0,3 %. Karena mengandung belerang

(S) dan fosfor (P) yang cukup tinggi, maka baja otomat sangat tidak baik untuk

pekerjaan las.

c. Baja case hardening.

Baja case hardening diperoleh dengan menaruh baja lunak diantara bahan yang

kaya dengan karbon dan memanaskannya hingga di atas suhu kritis atasnya (900 –

950° C) dalam waktu yang cukup lama untuk mendapatkan lapisan permukaan yang

banyak mengandung karbon. Baja case hardening ini terdiri atas baja kualitas tinggi

yang tidak dipadu dan baja spesial yang tidak dipadu maupun yang dipadu. Supaya

benda kerja tetap liat, diusahakan kandungan karbon pada bagian permukaan

benda keja yang telah dikarbonisasikan tadi berkisar antara 0,6 – 0,9 %.

E. Baja Perkakas

Baja perkakas banyak digunakan untuk bahan membuat perkakas, misalnya

stempel, kaliber, serta alat-alat potong. Baja perkakas dikelompokkan berdasarkan :

1. Keadaan paduan : tidak dipadu, paduan rendah, dan paduan tinggi.

2. Bahan pendingin : air, minyak, dan udara.

3. Proses pengerasan : pengerjaan panas dan pengerjaan dingin.

Sifat-sifat baja perkakas tanpa paduan yang terpenting adalah sebagai berikut :

a. Kandungan karbon antara 0,35 – 1,6 %.

b. Temperatur pengerasan 750 – 850° C.

c. Temperatur tempering 100 – 300° C.

d. Temperatur kerja sampai 200° C.

Penggunaan baja perkakas tanpa paduan ditentukan oleh kandungan karbonya, contoh :

a. 0,5 % karbon untuk pembuatan martil dan landasan tempa. Sifatnya rapuh.

b. 0,8 % karbon untuk pembuatan peniti, gunting, dan pisau. Sifatnya rapuh.

c. 0,9 % karbon untuk pembuatan perkakas tukang kayu dan pahat. Sifatnya rapuh

dan keras. setengah keras.

d. 1,1 % karbon untuk pembuatan kikir, penggores, dan gunting. Sifatnya setengah

keras.



e. 1,3 % karbon untuk pembuatan mata bor, skraper, dan dies. Sifatnya keras dan

rapuh.

f. Lebih dari 1,3 % karbon untuk pembuatan reamer dan matres. Sifatnya sangat

keras.

Kondisi umum dari baja perkakas adalah pada temperatur di atas 2000 C

kemampuan potongnya hilang, oleh sebab itu baja perkakas tanpa paduan

digunakan untuk pembuatan alat-alat dan perkakas yang tidak mengalami

temperatur kerja yang tinggi. Karena kekuatan tarik dan batas regang yang tinggi ,

baja ini digunakan pula sebagai bahan untuk alat-alat ukur. Baja perkakas dapat

disepuh dengan baik dan dikeraskan dengan mencelupkannya ke dalam air.

F. Baja Paduan

Baja paduan adalah campuran antara baja karbon dengan unsur-unsur lain yang

akan mempengaruhi sifat-sifat baja, misalnya sifat kekerasan, liat, kecepatan membeku,

titik cair, dan sebagainya yang bertujuan memperbaiki kualitas dan kemampuannya.

Penambahan unsur-unsur lain dalam baja karbon dapat dilakukan dengan satu atau

lebih unsur, tergantung dari karakteristik atau sifat khusus yang dikehendaki. Unsur-

unsur paduan untuk baja ini dibagi dalam dua golongan yaitu :

1. Unsur yang membuat baja menjadi kuat dan ulet, dengan menguraikannya ke dalam

ferrite (misalnya Ni, Mn, sedikit Cr dan Mo). Unsur ini terutama digunakan untuk

pembuatan baja konstruksi.

2. Unsur yang bereaksi dengan karbon dalam baja dan membentuk karbida yang lebih

keras dari sementit (misalnya unsur Cr, W, Mo, dan V). unsur ini terutama digunakan

untuk pembuatan baja perkakas. Pengaruh unsur paduan untuk memperbaiki sifat-

sifat baja antara lain: Silisium (Si) dapat menambah sifat elastis dan mengurangi

perkembangan gas di dalam cairan baja, sehingga persenyawaannya lebih

homogen. Makin besar unsur Si semakin sukar ditempa atau di las. Baja dengan

paduan silisium biasanya digunakan untuk membuat pegas.

Unsur - unsur paduan tersebut antara lain:

a. Mangan (Mn) merupakan unsur yang harus selalu ada di dalam baja dengan

jumlah yang kecil dan sebagai pencegah oksidasi, dengan demikian setiap

proses kimia dan proses metalurgi dapat berlangsung dengan baik.

Penambahan unsur mangan di dalam baja paduan menambah kekuatan dan

ketahanan panas baja paduan itu serta penampilan yang lebih bersih dan

mengkilat.

b. Nikel (Ni) dapat mempertinggi kekuatan dan regangannya sehingga baja

paduan ini menjadi liat dan tahan tarikan. Penambahan unsur nikel di dalam

baja karbon berpengaruh pula terhadap ketahanan korosi. Oleh karena itu baja

paduan ini biasa digunakan untuk bahan membuat sudu-sudu turbin, roda gigi,

bagian-bagian mobil dan sebagainya.

c. Chromium (Cr) dapat memberikan kekuatan dan kekerasan baja lebih

meningkat, tahan korosi dan tahan aus. Dengan sifat-sifat itu membuat baja



paduan ini baik untuk bahan poros, dan roda gigi. Penambahan unsur

chromium biasanya diikuti dengan penambahan nikel.

d. Molibdenum (Mo) dengan penambahan molibdenum akan memperbaiki baja

karbon menjadi tahan terhadap suhu yang tinggi, liat, dan kuat. Baja paduan ini

biasa digunakan sebagai bahan untuk membuat alat-alat potong, misalnya

pahat.

e. Wolfram (W) dengan penambahan unsur ini memberikan pengaruh yang sama

seperti pada penambahan molibdenum dan biasanya juga dicampur dengan

unsur nikel (Ni) dan chromium (Cr). Baja paduan ini memiliki sifat tahan

terhadap suhu yang tinggi, karenanya banyak digunakan untuk bahan membuat

pahat potong yang lebih dikenal dengan nama baja potong cepat (HSS /Hight

Speed Steel).

f. Vanadium (V) dengan penambahan unsur ini akan memperbaiki struktur kristal

baja menjadi halus dan tahan aus, terlebih bila dicampur dengan chromium.

Baja paduan ini digunakan untuk membuat roda gigi, batang penggerak, dan

sebagainya.

g. Kobalt (Co) dengan penambahan unsur ini akan memperbaiki sifat kekerasan

baja meningkat dan tahan aus serta tetap keras pada suhu yang tinggi. Baja

paduan ini banyak digunakan untuk konstruksi pesawat terbang atau konstruksi

yang harus tahan panas dan tahan aus.

h. Tembaga (Cu), baja paduan yang memiliki ketahanan korosi yang besar

diperoleh dengan penambahan tembaga berkisar 0,5 – 1,5 % tembaga pada

99,95 – 99,85 % Fe. Baja paduan ini disebut baja Armco yang digunakan untuk

membuat konstruksi jembatan, menara-menara, dan lian-lain.

G. Besi Tuang

Pada umumnya besi tuang adalah paduan antara besi dengan zat arang. Zat

arang atau karbon yang terikat berkisar antara 2,3 – 3,6 %. Besi tuang digolongkan

dalam dua kelompok utama yaitu :

1. Besi tuang yang mengandung grafit (besi tuang kelabu).

2. Besi tuang yang tidak mengandung grafit (besi tuang putih).

1. Besi Tuang Kelabu

Bahan untuk membuat besi tuang kelabu adalah besi kasar kelabu. Besi kasar

kelabu mempunyai kandungan silisium yang tinggi antara 1,5 – 5,5 % dan kadar

mangan yang rendah. Dengan kandungan silisium yang tinggi akan meningkatkan

terbentuknya zat arang bebas, sehingga setelah pendingin, besi tuang kelabu

mengandung grafit. Grafit muncul dalam besi sebagai pelat-pelat tipis yang disebut

lamel grafit. Bentuk dan banyaknya lamel grafit tergantung dari campuran kimiawi dan

kecepatan pendinginannya.

Silikon (Silisium) dan pendinginan yang lambat akan menaikkan pembentukan

grafit. Sedangkan mangan dengan pendinginan yang cepat akan mengurangi

pembentukan grafit. Lamel grafit mempunyai sifat lunak, kekuatan tarik rendah,

regangan kecil, dapat menerima gaya tekan yang besar, meredam suara dan

getaran. Besi tuang kelabu terdiri atas perlit dan grafit. Perlit (pearlit) terdiri atas ferrit

dan cementit. Selain besi tuang berlamel grafit, masih ada dua jenis dari besi tuang



kelabu yaitu : besi tuang mekanik atau besi tuang berlamel grafit halus, dan besi

tuang speroidical atau besi tuang bergrafit bola.

a. Besi tuang mekanik adalah besi tuang yang sepenuhnya terdiri atas grafit halus.

Besi tuang mekanik mempunyai sifat tahan gesekan, mempunyai kekuatan kejut

yang tinggi dan dapat dikeraskan.

b. Besi tuang grafit bola juga sering disebut dengan nama besi nodular atau besi

ductile. Besi tuang ini mengandung grafit yang berbentuk bola bundar, bagian

tepinya tidak tajam dan strukturnya lebih bersambung. Dengan adanya

penambahan sedikit logam magnesium (Mg) pada besi cair sebelum penuangan,

grafit akan berada dalam bentuk bola.

2. Besi Tuang Putih

Besi tuang putih mempunyai bidang patahan berwarna putih, yang disebabkan

oleh sementit yang putih. Bahan baku untuk pembuatan besi tuang putih adalah besi

kasar putih. Besi kasar putih memiliki kandungan silisium yang rendah kurang dari 0,5

% dan kadar mangan yang rendah. Karena kadar silisium yang rendah menyebabkan

hanya terbentuk sementit dan pearlit. Dengan demikian besi tuang putih setelah

didinginkan hanya terdiri atas pearlit dan sementit. Termasuk didalam kelompok besi

tuang putih adalah sebagai berikut :

Besi tuang tempa ada dua macam yaitu besi tuang black heart dan besi

tempa white heart.

Besi tuang tempa black heart dibuat dari besi tuang putih dengan kandungan

silisium yang rendah, dipanaskan hingga temperatur + 900 C, dalam dapur yang

selalu bebas dari oksigen di sekitarnya. Besi tuang putih tersebut dimasukkan

perlahan-lahan kedalam daerah pemanasan menggunakan rangka bakar yang

bergerak. Waktu pemanasan selama + 48 jam. Pemanasan yang diperpanjang ini

menyebabkan sementit hancur menjadi lapisan grafit yang kasar, karbon akan

mengumpul seperti bunga mawar pada temper karbon. Permukaan pecahan

tampak gelap karena kandungan karbon, sebab itulah besi tuang ini disebut black

heart. Oleh karena strukturnya terdiri atas temper karbon dan ferrite, maka

menjadi lunak dan ulet (ductile). Besi tuang tempa black heart sering digunakan

dalam industri mobil karena campuran antara sifat tuangan tahan getaran dan

dapat dikerjakan dengan mesin.

Besi tuang tempa white heart dibuat dari besi tuang putih yang berkadar silisium

rendah. Dalam proses pembuatannya besi tuang putih ini dipanaskan hingga

temperatur + 1000° C selama 100 jam dan dihubungkan pada bahan oksidasi,

seperti misalnya bijih besi merah atau hemetit (Fe2O3). Selama proses

pemanasan, karbon pada permukaan tuangan dioksidasikan oleh bijih hematite

dan akan hilang sebagai gas karbon dioksi (CO2). Sesudah proses ini selesai

pada bagian yang tipis hanya akan mengandung ferrit dan pada bagian pecahan

akan memberikan warna besi putih yang disebut white heart. Proses pembuatan

besi tuang tempa white heart ini cocok untuk mengerjakan bagian-bagian tipis

yang dikehendaki keuletan tinggi.



Besi tuang keras dibuat dari besi kasar kelabu yang memiliki kadar silisium yang

tinggi antara 1,5 – 5,5 % dan kadar mangan yang rendah. Besi tuang keras

mempunyai lapisan luar yang tahan aus dan sangat keras, tetapi bagian inti

kurang keras dan kenyal. Pada proses pembuatannya, benda tuang didinginkan

secara cepat pada bagian luarnya, sedangkan bagian intinya didinginkan secara

perlahan-lahan. Untuk memperoleh kecepatan pendinginan yang besar pada

bagian luar prose penuangan dilakukan dengan cara menuang ke dalam cetakan

yang terbuat dari logam seluruhnya. Dengan cara pendinginan seperti ini benda

tuang memperoleh lapisan luar yang terdiri atas besi tuang putih dan bagian inti

yang terdiri atas baja tuang campuran sampai ferrit. Besi tuang keras banyak

dipakai untuk pembuatan rol pada mesin cetak, mesin gilingan padai, dan mesin

penggiling karet.

H. Baja Tuang

Baja tuang adalah baja yang dituang dalam bentuk tertentu, setelah proses

penungan selesai, benda tuang dipanasi hingga temperaturnya antara 800° – 900° C

kemudian didinginkan secara cepat pada temperatur 700° C dan akhirnya didinginkan

perlahan-lahan hingga diperoleh struktur butiran yang halus. Baja tuang banyak

digunakan untuk pembuatan mesin-mesin yang besar, seperti rumah turbin, sudu-sudu

turbin, dan sebagai bagian - bagian motor bakar.

Kadar karbon dari baja tuang biasanya lebih rendah dari pada kadar karbon dari

besi tuang dan biasanya kurang dari 1,0 % C. sebagai unsure tambahan selain karbon,

baja tuang mengandung 0,20 – 0,70 % Si, 0,5 – 1,0 % Mn, fosfor dibawah 0,06 % dan

belerang dibawah 0,06 %. Struktur mikro baja tuang yang mempunyai kadar karbon

kurang dari 0,8 % terdiri atas ferrit dan perlit, kadar karbon yang lebih tinggi akan

menambah jumlah perlit. Apabila kadar karbon lebih besar dari 0,8 %, baja tuang ini

akan terdiri atas perlit dan sementit yang terpisah, kadar karbon yang lebih tinggi akan

menambah jumlah sementit.

Sifat-sifat yang khas dari baja tuang adalah jika kandungan karbon bertambah

kekuatannya bertambah, sedangkan perpanjangannya meningkat dan nilai tahan

benturan berkurang, serta sukar di las. Penambahan mangan akan memberikan

kekuatan tarik yang lebih tinggi. Penormalan akan memberikan butir-butir halus dan

meningkatkan batas regang dan kekuatan tariknya. Perbaikan sifat-sifat baja tuang akan

sangat nyata apabila kadar karbonnya lebih tinggi. Apabila baja tuang ditemper pada

suhu 650° C setelah dilunakkan, maka batas mulur dan kekuatan tariknya akan

menurun sedangkan perpanjangan dan pengecilan luasnya lebih baik.

I. Karakteristik Bahan Logam

1. Sifat Mekanis

Yang dimaksud dengan sifat mekanis suatu logam adalah kemampuan atau

kelakuan logam untuk menahan beban yang diberikan, baik beban statis atau beban

dinamis pada suhu biasa, suhu tinggi maupun suhu dibawah 0°C. beban statis

adalah beban yang tetap, baik besar maupun arahnya berubah menurut waktu.



Beban statis dapat berupa beban tarik,, tekan lentur, puntir, geser, dan

kombinasi dari beban tersebut. Sementara itu, beban dinamis dapat berupa beban

tiba-tiba, berubah-ubah, dan beban jalar. Sifat mekanis logam meliputi kekuatan.

Kekenyalan, keliattan, kekerasan, kegetasan, keuletan, tahan aus, batas penjalaran,

dan kekuatan stress rupture.

a. Sifat logam pada pembebanan tarik

Bila suatu logam dibebani beban tarik maka akan mengalami deformasi, yaitu

perubahan ukuran atau bentuk karena pengaruh beban yang dikenakan

padanya. Deformasi ini dapat terjadi secara elastis dan secara plastis. Deformasi

elastis, yaitu suuatu perubahan yang akan segera hilang kembali apabila beban

ditiadakan. Deformasi plastis yaitu, suatu perubahan bentuk yang tetap ada

meskipun bebanyang menyebabkan deformasi ditiadakan.

b. Sifat logam pada pembebanan dinamis

Bahan yang dibebani secara dinamis akan lelah dan patah, meskipun dibebani

dibawah kekuatan statis. Kelelahan adalah gejala patah dari bahan disebabkan

oleh beban yang berubah-ubah. Kekuatan kelelahan suatu logam adalah

tegangan bolak-balik tertentu. Sementera itu, batas kelelahan adalah tegangan

bolak-balik tertinggi yang dapat ditahan oleh logam itu sampai banyak balikan tak

terhingga.

c. Penjalaran

Yang dimaksud dengan penjalaran adalah pertambahan panjang secara terus

menerus pada beban yang konstan. Bila suatu bahan mengalami pembebanan

tarik tertentu dan tetap maka pertambahan panjangnya mungkin tidak berhenti

sampai bahan tersebut patah atau mungkin berhenti tergantung pada besarnya

beban tarik tersebut.

d. Sifat Logam Terhadap Beban tiba-tiba

Bila deformasi mempunyai kecepatan regangan yang tinggi maka bahan

umumnya akan mengalami patah getas, akibat bahan dikenai beban tiba-tiba.

Untuk melihat sifat tersebut dilakukan percobaan pukul, yang dilakukan pada

bahan uji dan diberikan tarikan menurut standar yang telah ditentukan.

e. Sifat kekerasan Logam

Kekerasan adalah ketahanan bahan terhadap deformasi plastis karena

pembebanan setempat pada permukaan berupa goresan atau penekanan. Sifat

ini banyak hubungannnya dengan sifat kekuatan, daya tahan aus, dan

kemampuan dikerjakan dengan mesin (mampu mesin). Cara pengujian ada tiga

macam yaitu:

o Goresan

o Menjatuhkan bola baja, dan

o Penekanan

f. Sifat penekanan



Sifat ini hampir sama dengan sifat tarikan, untuk bahan getas besaran sifat

tekanannya cenderung lebih tinggi dari sifat tariknya. Sebagai contoh, besi cor

kelabu sifat tekanannya kira-kira empat kali lebih besar dari sifat tariknya.

g. Sifat Logam terhadap Geser dan Puntir

Pengujian geser suatu bahan akan sulit dilakukan dengan cara member beban

berlawanan pada titik yang berlainan (tidak terletak pada suatu garis lurus dan

salah satu arah beban), karena akan terjadi pembengkokan. Yang lebih praktis

adalah memberikan beban punter pada sumbu suatu bahan yang berbentuk

tabung. Pada pengujian ini besarnya tegangan geser tidak sama dari permukaan

kepusat, tegangan geser di permukaan maksimum dan di sumbu nol.

h. Sifat Redaman Logam

Apabila suatu logam ditarik atau ditekan sehingga terjadi deformasi elastis,

kemudian beban tersebut dihilangkan maka energi yang dibutuhkan untuk

mengubah bentuk asal selalu lebih rendah dari energi untuk deformasi elastis,

karena penekanan atau tarikan tersebut. Hal itu terjadi karena adanya tahanan

dalam. Tahanan dalam adalah kemampuan logam untuk meredam beban atau

getaran tiba-tiba.

i. Sifat Plastis

Sifat plastis adalah kemampuan suatu logam atau bahan dalam keadaan padat

untuk dapat diubah bentuk yang tetap tanpa pecah. Sifat itu penting untuk

dipertimbangkan dalam pengolahan bentuk suatu logam. Kebanyakan logam

pada suhu tinggi mempunyai sifat plastis yang baik dan cenderung bertambah

dngan kenaikan suhu. Logam yang tidak plastis pada suhu tinggi disebut getas

panas, yaitu mudah retak karena deformasi disebabkan karena adanya suatu

beban pada suhu tersebut. Bila gejala ini terjadi pada suhu kamar biasa disebut

getas dingin.

2. Sifat Fisik

Sifat fisik adalah sifat bahan karena mengalami peristiwa fisika, seperti adanya

pengaruh panas dan listrik.

a. Sifat karena pengaruh panas antara lain mencair, perubahan ukuran, dan

struktur karena proses pemanasan.

b. Sifat listrik yang terkenal adalah tahanan dari suatu bahan terhadap aliran listrik

atau sebaliknya sebagai daya hantar listrik.

3. Sifat Pengerjaan atau Sifat Teknologis

Sifat pengerjaan logam adalah sifat suatu bahan yang timbul dalam proses

pengolahannya. Sifat itu harus diketahui lebih dahulu sebelum pengolahan bahan

dilakukan. Pengujian yang dilakukan antara lain pengujiian mampu las, mampu

mesin, mampu cor, dan mampu keras.

4. Sifat Kimia

Sifat kimia dari suatu bahan mencakup kelarutan bahan tersebut pada larutan

asam, basa atau garam, dan pengoksidasian bahan tersebut. Hampir semua sifat

kimia erat hubungannya dengan kerusakan secara kimia. Kerusakan tersebut

berupa gejala korosi. Hal ini sangat penting dalam praktek.

Sifat kimia dibagi menjadi 2 yaitu:



a. Tahan oksidasi.

b. Tahan terhadap bahan kimia.

3. Perlakuan Panas Pada Besi dan Baja

A. Pengertian Perlakuan Panas

Perlakuan panas adalah proses pada saat bahan dipanaskan hingga suhu

tertentu dan selanjutnya didinginkan dengan cara tertentu pula. Tujuannya adalah untuk

mendapatkan sifat-sifat yang lebih baik dan yang diinginkan sesuai dengan batas-batas

kemampuannya. Sifat yang berhubungan dengan maksud dan tujuan perlakuan panas

tersebut meliputi :

1. Meningkatnya kekuatan dan kekerasannya.

2. Mengurangi tegangan.

3. Melunakkan .

4. Mengembalikan pada kondisi normal akibat pengaruh pengerjaan sebelumnya.

5. Menghaluskan butir kristal yang akan berpengaruh terhadap keuletan bahan.

Menurut jenisnya dari perlakuan panas digolongkan menjadi tiga macam yaitu :

1. Hardening (mengeraskan) juga sering disebut dengan istilah menyepuh keras atau

mengeraskan sepuh.

2. Tempering (memudakan) yaitu mendinginkan secara cepat bahan yang telah

dikeraskan dengan maksud mengurangi kekerasannya.

3. Annealing (melunakan) yaitu memanaskan bahan yang telah dikeraskan agar

kekerasanya berkurang tetapi kekuatanya meningkat.

Menurut proses yang terjadi pada perlakuan panas dapat dibagi menjadi empat

tingkatan.

Tingkat I : Pemanasan rekristalisasi adalah untuk membebaskan tegangan dalam,

mengurangi kekerasan dan untuk meningkatkan keuletan dari bahan

yang mengalami pengolahan pengerasan. Pada mulanya dengan

menaikan suhupemanasannya, kemudian kerusakan elastisitas dari

kristal bahan dihilangkan. Pada suhu yang lebih tinggi akan terbentuk

butir-butir baru (rekristalisasi) akibatnya bahan menjadi lunak tetapi tetap

memiliki keuletan yang tinggi.



Tingkat II : Pemanasan penuh (full annealing)adalah rekristalisasi dari fase yang

merupakan pemanasan campuran di atas suhu yang diperlukan untuk

transformasi fase. Selanjutnya diikuti dengan pendinginan perlahan-

lahan. Dengan cara ini sifat mekanis akan berubah dan juga dapat

menghaluskan struktur butirnya.

Tingkat III : Pemanasan bahan di atas suhu transformasi fase dan selanjutnya

didinginkan dengan cepat sekali pada suhu kamar. Sehingga terbentuk

suatu fase yang stabil pada suhu tinggi, pengerasan dengan cara ini

mengakibatkan terbentuknya susunan yang tidak stabil.

Tingkat IV : Tempering atau pemanasan kembali dari suatu bahan yang sudah

dikeraskan hingga suatu suhu yang diperlukan dibawah perubahan fase

dengan maksud mengembalikan keadaan bahan ke dalam fase yang

stabil. Untuk keperluan pemanasan bahan dari proses perlakuan panas

tersebut digunakan dapur-dapur pemanas. Satu hal yang penting dari

kondisi dapur pemanas ini adalah pengukuran temperatur kerja harus

secermat mungkin.

B. Dapur Pemanas

Dapur pemanas benda kerja pada proses perlakuan panas menggunakan

sumber panas dari listrik, minyak atau gas panas dari pembakaran kokas. Berikut ini ada

beberapa jenis dapur pemanas :

1) Dapur Pemanas Kamar

Dapur ini mempunyai ruangan bentuk kamar yang ditutup dengan sebuah pintu.

didalam ruangan tersebut diletakan benda kerja yang akan dipanaskan. Sedangkan

diluar kamar dilengkapi dengan beberapa alat pengatur panas dan pengontrol

temperatur. Dapur pemanas kamar dapat digunakan untuk segala macam

pengolahan panas.

2) Dapur Sepuhan Garam

Dapur ini terdiri atas sebuah ruangan berbentuk bak atau bejana berisi cairan

garam yang dipanaskan dengan temperatur yang dapat diatur dari tombol pengatur.

Dalam cairan garam tersebut dimasukan benda kerja yang akan disepuh, dengan

tercelupnya benda keja langsung ke dalam cairan garam tersebut, memungkinkan

pemanasan benda kerja dengan cepat dan merata serta terhindar dari oksidasi,

sebab tidak berhubungan dengan udara luar. Dapur ini dapat digunakan untuk

segala macam perlakuan panas.

3) Dapur Bak

Dapur ini berbentuk bak yang ditutup pada bagian atasnya. Didalam bak tersebut

dimasukan benda yang akan dipanaskan dan panas yang dikenakan pada benda

kerja dapat diatur atau diukur dari peralatan pengatur. Dapur pemanas jenis ini

terutama digunakan untuk benda kerja yang akan dipijarkan dan dimurnikan.

C. Bahan Pendingin

Bahan pendingin yang digunakan didalam proses perlakuan panas antara lain air,

minyak, udara dan garam.



a. Air

Pendinginan dengan menggunakan air akan memberikan daya pendingin yang cepat.

Biasanya ke dalam air tersebut dilarutkan juga garam dapur sebagai usaha

mempercepat turunya temperatur benda kerja dan mengakibatkan bahan menjadi

tambah keras.

b. Minyak

Minyak yang digunakan sebagai fluida pendingin dalam perlakuan panas adalah yang

dapat memberikan lapisan karbon pada permukaan benda kerja yang diolah. Selain

minyak yang digunakan sebagai bahan pendingin pada proses perlakuan panas

dapat juga digunakan minyak bakar atau solar. Pendinginan dengan minyak akan

memberikan kecepatan pendinginan yang sedang dan warna yang mantap dari

benda kerja yang diproses.

c. Udara

Pendinginan udara dilakukan untuk perlakuan panas yang membutuhkan

pendinginan lambat. Untuk keperluan tersebut udara yang disirkulasikan ke dalam

ruangan pendingin dibuat dengan kecepatan yang rendah. Udara sebagai pendingin

akan memberikan kesempatan kepada logam untuk membentuk kristal-kristal dan

kemungkinan mengikat unsure-unsur lain dari udara.

d. Garam

Garam dipakai sebagai bahan pendingin disebabkan memiliki sifat mendinginkan

yang teratur dan cepat. Bahan yang didinginkan didalam cairan garam akan

mengakibatkan ikatanya menjadi lebih keras karena pada permukaan benda kerja

tersebut akan mengikat zat arang.

D. Diagram TTT (Time Temperature Transformation)

Untuk mendapatkan sifat-sifat bahan yang lebih baik sesuai dengan karakter

yang diinginkan dapat dilakukan melalui pemanasan dan pendinginan. Tujuannya

adalah mengubah struktur mikro sehingga bahan dikeraskan, dimudahkan atau

dilunakan. Pemanasan bahan dilakukan diatas garis transformasi kira-kira pada 700 C

sehingga perlit berubah menjadi austenit yang homogen karena terdapat cukup karbon.

Pada suhu yang lebih tinggi ferrit menjadi austenit karena atom karbon difusi ke dalam

ferrit tersebut. Untuk pengerasan baja, pendinginan dilakukan dengan cepat melalui

pencelupan kedalam air, minyak atau bahan pendingin lainnya sehingga atom-atom

karbon yang telah larut dalam austenit tidak sempat membentuk sementit dan ferrit

akibatnya austenit menjadi sangat keras yang disebut martensit.



Gambar 10. Diagram TTT

Pada baja setelah terjadi austenit dan ferrit kadar karbonya akan menjadi makin

tinggi sesuai dengan penurunan suhu dan akan membentuk hipoeutektoid. Pada saat

pemanasan maupun pendinginan difusi atom karbon memerlukan waktu yang cukup.

Laju difusi pada saat pemanasan ditentukan oleh unsure-unsur paduanya dan pada saat

pendinginan cepat austenit yang berbutir kasar akan mempunyai banyak martensit.

Fase kristal dan besarnya butir yang terjadi akan membentuk sifat baja. Apabila

ferrit dan sementit didalam perlit berbutir besar, maka baja tersebut makin lunak sebagai

akibat pendinginan lambat. Sebaliknya baja menjadi semakin keras apabila memiliki

perlit berbutir halus yang diperoleh pada pendinginan cepat. Baja dengan unsure

paduan aluminium, vanadium, titanium dan zirkonim akan cenderung memiliki kristal

berbutir halus.

Untuk memahami macam-macam fase dan struktur kristal yang terjadi pada saat

pendinginan dapat diamati dari diagram TTT . Fasa austenit stabil berada di atas suhu

7700 C. pada suhu yang lebih rendah akan terbentuk martensit dan mulai suhu tersebut

martensit sudah tidak tergantung pada kecepatan pendinginan. Struktur bainit akan

terbentuk setelah terbentuknya ferrit dan sementit. Jadi campuran antara ferrit dan

sementit adalah bainit seperti pada perlit. Perbedaan antara bainit dengan perlit adalah

bentuknya halus sedangkan perlit kasar. Diagram TTT dipengaruhi oleh kadar karbon

dalam baja, makin besar kadar karbonya maka diagramnya akan semakin bergeser

kekanan, demikian pula dengan unsure paduan lainya. Apabila baja dipanaskan sampai



terbentuknya austenit, pendinginan akan berlangsung terus menerus tidak isotermal

biarpun dilakukan dengan berbagai media pendingin.

E. PROSES PERLAKUAN PANAS PADA BAJA.

1) Pelunakan (Annealing)

Pelunakan atau proses anil adalah pemanasan bahan hingga suhu tertentu dan

mempertahankannya untuk beberapa waktu. Pada suhu tersebut selanjutnya

didinginkan perlahan-lahan. Tujuan dari perlakuan panas ini pada umumnya untuk

membuat bahan berkurang kekerasanya dan biasanya dilakukan untuk pengerjaan

lanjut.

Gambar 11. Kurva pada proses anelling.

a) Proses anil untuk membebaskan tegangan

Tujuanya adalah untuk mengurangkan tegangan dalam yang diakibatkan oleh

pengerjaan dingin (laku pemesinan) maupun pengerjaan panas (tempa, rol dan las).

Proses ini dilaksanakan untuk bermacam-macam baja, baja paduan, baja tuang dan

besi tuang. Proses pemanasan bahan sampai suhu (550 – 650) 0 C, lalu

mempertahankannya selama + 2 jam pada suhu tersebut, sehingga terbentuk

struktur kristal baru, kemudian didinginkan.

b) Memijar lunak(Soft Annealing)

Memijar lunak juga dikenal dengan istilah speroidisasi atau proses anil untuk

membentuk sementit yang berbentuk bola (spheroidical). Penggunaanya adalah

untuk baja karbon tinggi, misalnya bantalan peluru. Tujuan dari proses ini adalah

untuk meningkatkan ketangguhan baja yang rapuh yaitu dengan mengubah bentuk



lapisan sementit didalam perlit dan sementit. Pada beberapa jenis baja diperlukan

adanya kadar karbida yang tinggi agar daya tahan ausnya meningkat. Struktur mikro

perlit mempunyai ketangguhan yang rendah sekali sehingga dengan pemanasan

tersebut akan diubah menjadi sementit yang berbutirbutir bulat (berbentuk bola).

Prosedur pemanasan apabila struktur mulanya perlit adalah bahan dipanaskan

selama 16 – 24 jam pada suhu dibawah suhu kritis bawah atau kira-kira 7000 C, lalu

didinginkan perlahan-lahan diudara. Jika struktur mulanya martensit maka diperlukan

pemanasan selama 1 – 2 jam pada suhu diatas titik kritis antara 723 - 7700 C,

setelah itu didinginkan perlahan-lahan didalam dapur dengan laju pendinginan

antara 25 – 300 C perjam.

Gambar 12. Dapur pemanas.

c) Memijar normal (Normallizing)

Baja konstruksi, baja canai atau bahan yang mengalami penempaan biasanya

tidak memiliki struktur yang sama. Hal ini disebabkan jumlah beban yang tidak sama

pada waktu proses dan perubahan bentuk pada waktu pendinginan yang tidak

bersamaan dari penampang yang tebal dan tipis. Sehingga akan menghasilkan

ukuran-ukuran yang tidak tetap pada waktu proses pemesinan. Guna memperbaiki

dan menghaluskan struktur butiran dan membentuk struktur mikro agar terbentuk

butir halus dan seragam, sehingga pengaruh dari pengerjaan dingin atau panas

dapat dihilangkan, maka dilakukan normalisasi. Prosedur pemanasan dilakukan

dengan memanaskan baja hingga 800 – 900° C terganung dari kadar karbon,

semakin tinggi kadar karbon akan lebih rendah suhu pemanasanya, dengan kadar

karbon dalam baja maksimum 0,83 %. Selanjutnya menahan pada suhu tersebut

selama 1 – 2 jam lalu didinginkan sampai suhu + 60° C karena pada suhu tersebut

terjadi austenitisasi dalam daerah austenit murni. Proses selanjutnya didinginkan

perlahan-lahan dengan pendinginan udara guna mencegah timbulnya segresi

praeutektoid yang berlebihan. Ferrit yang terlalu banyak dari baja hipereutektoid

masuk ke dalam campuran padar dan tidak akan mengalami rekristalisasi. Oleh

karena itu cara ini digunakan terutama untuk eutektoid dan baja hipereutektoid.

Pemanasan diatas titik kritis menyebabkan rekristalisasi yang seragam. Adakalanya



pemanasan yang terlalu tinggi dan pendinginan yang rendah akan membentuk

susunan sementit dalam baja hipereutektoid.

d) Memijar habis (Full Annealing)

Pemanasan baja hipoeutektoid pada suhu 30 – 50° C di atas titik kritis atau

austenitisasi 25 - 30° C di atas stabilitas ferrit terakhir dan menahanya pada suhu

tersebut untuk beberapa waktu kemudian disusul dengan pendinginan di dalam

dapur 30 – 20°C perjam sehingga austenite terurai menjadi perlit kasar. Produk

menjadi cukup lunak sehingga dapat dikerjakan dengan mesin, tetapi keuletanya

berkurang. Dengan kondisi tersebut pada saat laku pemesinan akan membentuk

geram dengan baik.

e) Homogenisasi

Cara ini dilakukan untuk logam tuangan yang besar dan bentuknya yang rumit,

untuk menyeragamkan komposisi bahan atau menghilangkan ketidak homogenan

kimia di dalam kristal-kristal yang terpisah. Pada pembekuan benda padat pertama

yang terbentuk tidak sama secara menyeluruh.

Prosedur pemanasanya dilakukan pada suhu setinggi mungkin asalkan logam

tidak mencair dan tidak menimbulkan pertumbuhan butir yang berlebihan pada suhu

1500 0 C. selanjutnya penahanan suhu pada 800 – 850° C selama 6 – 8 jam dan

didinginkan perlahan-lahan dengan udara biasa.

f) Isothermal Annealing

Cara pemanasan yang dilakukan untuk perlakuan panas ini, baja dipanasi

seperti pada annealing biasa, selanjutnya didinginkan dengan cepat sampai suhu +

80° C kemudian ditahan pada suhu tersebut selama waktu tertentu. Keuntungan

utama dari cara ini adalah pengurangan waktu dari yang diperlukan untuk

pemanasan baja paduan.

2) Pengerasan Baja

Pengerasan baja disebut juga penyepuhan (quenching) atau sering dikatakan

menyepuh baja. Menyepuh adalah memanaskan baja sampai temperatur tertentu,

pada perubahan fase yang homogen dan dibiarkan beberapa waktu pada temperatur

itu, kemudian didinginkan dengan cepat sehingga menimbulkan suatu susunan yang

keras sampai terjadi struktur yang disebut martensit.

Kadar karbon dari baja yang disepuh minimal 0,2 %, apabila kadar karbonnya

kurang dari 0,2 % penyepuhan tidak ada gunanya, sebab tidak terbentuk martensit

dan terlalu sedikit karbida besi sehingga baja tetap lunak.

3) Macam – macam pengerasan baja.

Terdapat beberapa macam cara pengerasan baja yaitu sebagai berikut:

a) Pengerasan penuh (full hardening).

Pengerasan penuh adalah pengerasan baja dengan cara perlakuan panas

terhadap baja agar memiliki kadar karbon yang tinggi sampai keras secara

maksimum.

b) Pengarbonan (carburizing).

Pengarbonan adalah suatu proses pemanasan agar baja yang memiliki kadar

karbon rendah menjadi keras pada lapisan luar atau memiliki kadar karbon tinggi

pada lapisan luarnya. Proses ini biasanya mengeraska komponen – komponen



yang siap untuk dipakai atau diperdagangkan. Suhu yang dipakai antara 900°C -

950 °C selama 3 – 6 jam. Hal ini untuk mendapatkan kadar karbon maksimum 2

% atau yang disebut struktur austenite. Pengarbonan dikerjakan berdasarkan

pertimbangan:

Kedalaman lapisan luar.

Ukuran komponen.

Jumlah produksi.

Proses pengarbonan dapat dilaksanakan dengan cara:

1) Superficial Hardening

Cara ini untuk mengeraskan baja sehingga menjadi baja karbon tinggi pada

permukaan luarnya. Ini dilakukan dengan memasukkan komponen kedalam

larutan cyanide bath (ruang sianida).

Keuntungan dari proses ini adalah:

Tanpa ada perubahan bentuk (scaling).

Komponen – komponen kecil dapat dikerjakan dengan baik.

Komponen – komponen dapat dicelupkan dengan cepat dari molten salt

(tempat larutan cyanide bath)

Kekerasan lapisan baja yang dapat dicapai kira – kira 0,25 – 0,5 mm.

2) Park hardening.

Cara ini digunakan untuk mengeraskan baja permukaan baja dari bahan baja

karbon dengan jalan memasukkan komponen – komponen kedalam boks

(kotak) yang terbuat dari baja paduan. Kemudian dimasukkan kedalam dapur

pemanas, dengan pemanasan antara 900°C - 950°C selama 6 – 8 jam

kemudian didinginkan pelan – pelan. Kekerasan lapisan baja yang dapat di

capai kira – kira 1 mm.

Gambar 12. Proses pack karburizing.

3) Obtaining soft parts on carburiseel components.

Cara ini mengeraskan permukaan baja tertentu saja karena sebagian daerah

masih diperlukan pengerjaan lanjut.

c) Penitriding (Nitriding).



Menitrid sama dengan pengarbonan yang tujuannya adalah mengeraskan

permukaan. Dalam proses ini benda – benda pekerjaan dipijarkan selam 2 hari

dalam cairan amoniak pada suhu 500°C. zat lemas dan cairan garam ini diserap

oleh lapisan permukaan benda – benda pekerjaan sehingga dalam pemijaran

telah menjadi keras dan tidak perlu dikejutkan.lapisan permukaan yang telah

diperkeras adalah tahan karat sehingga menitrid banyak dipakai untuk alat – alat

pengukur dan lapisan – lapisan silinder pada motor.

Gambar 13. Proses nitriding.

Baja karbon rendah biasanya jarang diproses dengan nitriding, baja paduan dari 1

% alumunium, 1,5 % khrom dan 0,2% molidenum adalah bahan yang banya di

nitriding. Kekerasan yang dapat dicapai kira – kira 0,7 mm dengan keuntungan

benda kerja yang di nitriding tidak perlu dikerjakan lagi, jadi langsung dapat

dipakai.

d) Sianida (cyaniding)

Cyaniding adalah suatu proses mengeraskan permukaan baja dengan

menggunakan larutan sianida

e) Pengerasan nyala (flame hardening).

Pada pengerasan nyala, benda kerja sebagian dipanaskan dengan cepat

oleh nyala api kemudian langsung didinginkan. Disinai hanya permukaan dari

benda kerja yang dikeraskan, jadi bagian intinya tetap ulet.

Nyala api biasanya diperoleh dengan bantuan alat pembakar gas yang

dikonstruksikan secara khusus. Karena tempat yang akan di sepuh itu lebih

besar dari alat pembakar, maka benda kerja atau alat pembakar harus

digerakkan. Kadang – kadang keduanya harus digerakkan. Dibelakang alat

pembakar terdapat semprotan air yang langsung mendinginkan benda kerja

setelah dipanaskan. Pengerasan dengan nyala api biasanya digunakan untuk



baja tuang dan besi tuang, juga baja dengan 0,4%C – 0,7%C atau medium

carbon steel dan baja – baja paduan. Kekerasan yang dapat dicapai kira – kira

0,8 mm.

Gambar 14. Proses pengerasan nyala.

f) Pengerasan induksi.

Pada pengerasan induksi, benda kerja pada bagian tertentu dipanaskan

secara cepat dengan jalan induksi kemudian didinginkan dengan cepat pula.

Dengancata demikian hanya permukaan benda kerja yang dikeraskan

sedangkan bagian intinya tetap ulet.

Induksi ini diperoleh dengan bantuan sebuah kumparan yang

dikonstruksikan secara khusus yang dihubungkan pada sumber arus frekuensi

tinggi.

Gambar 15. Proses pengerasan induksi.

4) Proses perlakuan panas.

a) Pemudaan baja (menemper)

Penemperan adalah proses pemanasan kembali baja yang telah

dikeraskan sampai temperatur tertentu dibawah suhu 721°C dengan tujuan

mengurangi kekerasan baja. Pada pengerasan baja didalam struktur martensit

yang sangat keras adakalanya tidak dapat dipakai karena terlalu berlebihan

kekerasanya dan terlalu getas.

Untuk mengatasi kekerasan baja yang berlebihan tersebut dilakukan

tempering. Sehingga kekerasannya dapat dikurangi sampai pada kekerasan



yang dibutuhkan dan membuat baja menjadi tidak getas. Pemanasan yang

dilakukan adalah antara (200 – 700 °C). dalam hal ini martensit yang terjadi

berangsur – angsur berubah menjadi fase sementit yang bulat dapam fase

matriks ferit. Makin tinggi suhu pemanasan, makin besar butiran sementit dan

ferit terbentuk struktur itu disebut sorbit atau martensit bulat.

Sorbit dapat dikatakan sebagai tingkat pengalihan ynag terakhir sebelum

perlit. Ketika dipanaskan terjadi pembesaran volume, sehingga apabila bahan

dikejutkan ke dalam air mungkin bahan tersebut menjadi retak atau patah pada

benda kerja yang bentuknya tidak teratur. Untuk mengatasinya dilakukan

pengejutan yang kurang kuat didalam minyak, gliserin yang diencerkan dengan

air, atau garam.

b) Memurnikan

Memurnikan atau memuliakan adalah memanaskan baja yang telah

disepuh hingga mencapai suhu 600 – 700°C. pekerjaan ini dilakukan pada jenis-

jenis baja yang sangat rendah kadar karbonya untuk menambah kekuatan dan

keliatanya, misalnya pada bagian-bagian mesin yang mengalami muatan

berubah-ubah. Namun dengan benda kerja yang telah dimurnikan dan dikerjakan

lagi dengan jalan penempaan atau pemijaran akanmerusakan proses

pemurnianya, oleh karena itu permunian dilakukan apabila benda kerja telah

dikerjakan terlebih dahulu.

c) Mengadikan

Mengadikan adalah menyepuh keras baja paduan. Prosedur ini lebih sulit

dari pada baja zat arang biasa. Pada umumnya perlakuan panas ini tidak dapat

menggunakan air sebagai media pendingin, karena pendingin dengan air

berlangsung sangat cepat, sehingga baja paduan tersebut akan menjadi pecah.

Untuk mengatasi hal ini pendingin yang digunakan adalah minyak yang sudah

dipanaskan + 100 – 150 °C. dengan demikian baja paduan yang diproses akan

menjadi sangat keras dan sangat liat.

c. Rangkuman

1. Perlakuan panas adalah proses pada saat bahan dipanaskan hingga suhu tertentudan

selanjutnya didinginkan dengan cara tertentu.

2. Tujuan perlakuan panas adalah untuk mendapatkan sifat-sifat yang lebih baik dan yang

diinginkan sesuai dengan batas-batas kemampuan logam. sebelumnya.

3. Menurut jenisnya dari perlakuan panas digolongkan menjadi tiga macam yaitu :

Hardening (mengeraskan), tempering (memudakan), dan annealing (melunakan) baja.

4. Untuk keperluan pemanasan bahan logam dari proses perlakuan panas tersebut

digunakan dapur-dapur pemanas. Satu hal yang penting dari kondisi dapur pemanas ini

adalah pengukuran temperatur kerja harus secermat mungkin.

5. Dapur pemanas benda kerja pada proses perlakuan panas menggunakan sumber

panas dari listrik, minyak atau gas panas dari pembakaran kokas.

6. Bahan pendingin yang digunakan didalam proses perlakuan panas antara lain air,

minyak, udara dan garam.



7. Pendinginan dengan minyak akan memberikan kecepatan pendinginan yang sedang

dan warna yang mantap dari benda kerja yang diproses.

8. Untuk mendapatkan sifat-sifat bahan yang lebih baik sesuai dengan karakter yang

diinginkan, dapat dilakukan melalui pemanasan dan pendinginan. Tujuannya adalah

mengubah struktur mikro sehingga bahan dikeraskan, dimudahkan atau dilunakan.

9. Untuk memahami macam-macam fase dan struktur kristal yang terjadi pada saat

pendinginan besi/baja dapat diamati dari diagram TTT .

10. Pengerasan baja disebut juga penyepuhan (quenching) atau sering dikatakan

menyepuh baja.

4. KOROSI

a. Definisi

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks dengan suatu

logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa

yang tidak dikehendakinya. Korosi merupakan proses atau reaksi elektrokimia yang

bersifat alamiah yang berlangsung dengan sendirinya, oleh karena itu korosi tidak dapt

dikendalikan atau lajunya diperlambat sehingga memperlambat proses perusakannya.

Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi. Rumus kimia dari karat besi

adalah Fe2O3.xH2O.

Kondisi alam Indonesia yang beriklim tropis, dengan tingkat humanitas dan dekat

dengan laut adalah faktor yang dapat mempercepat proses korosi.

Kerugian yang dapat ditimbulkan oleh korosi tidak hanya biaya langsung seperti



pergantian peralatan industri, perawatan jembatan, konstruksi dan sebagainya, tetapi

juga biaya tidak langsung seperti terganggunya proses produksi dalam industri serta

kelancaran transportasi yang umumnya lebih besar dibandingkan biaya langsung.

Faktor yang berpengaruh terhadap korosi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:

a. berasal dari bahan itu sendiri, Faktor dari bahan meliputi kemurnian bahan,

struktur bahan, bentuk kristal, unsur-unsur kelumit yang ada dalam bahan, teknik

pencampuran bahan dan sebagainya

b. Lingkungan, Faktor dari lingkungan meliputi tingkat pencemaran udara, suhu,

kelembaban, keberadaan zat-zat kimia yang bersifat korosif dan sebagainya.

Bahan-bahan korosif terdiri atas asam, basa serta garam, baik dalam bentuk

senyawa an-organik maupun organik. Flour, hidrogen fluorida beserta persenyawaan-

persenyawaannya dikenal sebagai bahan korosif. Dalam industri, bahan ini umumnya

dipakai untuk sintesa bahan-bahan organik. Ammoniak (NH3) merupakan bahan kimia

yang cukup banyak digunakan dalam kegiatan industri. Pada suhu dan tekanan normal,

bahan ini berada dalam bentuk gas dan sangat mudah terlepas ke udara. Ammoniak

dalam kegiatan industri umumnya digunakan untuk sintesa bahan organik, sebagai

bahan anti beku di dalam alat pendingin, juga sebagai bahan untuk pembuatan pupuk.

Aneka partikel aerosol, debu serta gas-gas asam seperti NOx dan SOx dapat berubah

menjadi asam nitrat (HNO3) dan asam sulfat (H2SO4) di udara.

Oleh sebab itu, udara menjadi terlalu asam dan bersifat korosif dengan terlarutnya

gas-gas asam tersebut di dalam udara. Dalam lingkungan dengan tingkat pencemaran

tinggi, aneka barang mulai dari komponen elektronika renik sampai jembatan baja

semakin mudah rusak, bahkan hancur karena korosi.

Gambar 16. Korosi pada logam

b. Pencegahan

Kerugian yang cukup besar akibat proses pengaratan mengharuskan adanya

upaya-upaya pencegahan terjadinya karat. Prinsip pencegahan nya dengan cara

melindungi besi dan penyebab terjadinya karat. dilihat dari faktor-faktor yang

memengaruhi proses pengaratan besi, banyak cara pencegahan yang dapat

dilakukan, seperti modifikasi lingkungan, modifikasi besi, proteksi katodik, dan

pelapisan.

Cara modifikasi lingkungan. Oksigen (O2) dan kelembaban udara merupakan

faktor penting dalam proses pengaratan, mengurangi kadar oksigen atau

menurunkan kelembaban udara dapat memperlambat proses pengantaraan.

Sebagai contoh, kelembaban di dalam gudang dapat dikurangi dengan

http://id.wikipedia.org/wiki/Gudang

http://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Rustybolt_th.jpg



mendinginkan gudang menggunakan pengondisi udara (Air Conditioner / AC).

Cara modifikasi besi. Ketika besi membentuk alloy (logam campuran) dengan

unsur-unsur tertentu, besi akan lebih tahan terhadap pengaratan. Baja (alloy

dari besi) mengandung 11 % - 12 % kromium dan sedikit mengandung karbon,

disebut stainless steel. Baja ini ini tahan karat dan sering digunakan dalam

industri, untuk bahan kimia, dan di rumh tangga.

Cara proteksi katodik. Jika logam besi dihubungkan dengan seng, besi tersebut

akan sukar mengalami korosi. Hal ini disebabkan seng lebih mudah teroksidasi

dibandingkan dengan besi. Potensi reduksi besi adalah E°Zn2+|Zn = -0.76V,

lebih negatif dari pada potensi reduksi besi, yaitu sebesar E°Fe2+|Fe = -0.44V.

Seng akan beraksi dengan oksigen dan air dalam lingkungan yang

mengandung karbon dioksida. Seng karbonat yang terbentuk berfungsi

melindungi seng itu sendiri dari korosi. Cara perlindungan logam seperti ini

disebut cara proteksi katodik (Katode Pelindung). Selain seng (Zn), logam

magnesium (Mg) yang termasuk alkali tanah, banyak digunakan untuk

keperluan ini.

Cara pelapisan. Jika logam besi dilapisi tembaga atau timah, besi akan

terlindung dari korosi. Sebab logam Cu (E°Cu2+|Cu = +0.34V) dan Sn(

E°Sn2+|Sn =-0.14V) memiliki potensi reduksi yang lebih positif dari pada besi

(E°Fe2+|Fe = -0.44V). Namun, bila lapisan ini bocor, sehingga lapisan tembaga

atau timah terbuka, besi akan mengalami korosi yang lebih cepat. Selain

dengan tembaga dan timah, besi juga dapat dilapisi dengan logam lain yang

sulit teroksidasi. Logam yang dapat digunakan adalah yang memiliki potensial

reduksi lebih positif dibandingkan besi, seperti perak, emas, nikel, timah,

tembaga, dan platina. Selain senyawa logam, pelapisan dapat pula

menggunakan senyawa nonlogam. Proses pelapisan logam besi ini dapat

dengan cara membersihkan besi terlebih dahulu, kemudian melapis dengan

suatu zat yang sukar ditembus oleh oksigen, misalnya cat, gelas, plastik, atau

vaselin (gemuk). Perlu diperhatikan, seluruh permukaan besi harus terlapis

sempurna untuk menghindarkan kontak dengan oksigen. Proses pelapisan

yang tidak sempurna dapat lebih berbahaya dibandingkan besi tanpa pelapis.

Pengaratan dapat terjadi pada bagian yang tertutup sehingga tidak terdeteksi.

c. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Korosi

Korosi pada permukaan suatu logam dapat dipercepat oleh beberapa faktor, antara

lain:

1. Kontak Langsung logam dengan H2O dan O2.

Korosi pada permukaan logam merupakan proses yang mengandung reaksi

redoks. Reaksi yang terjadi ini merupakan sel Volta mini. sebagai contoh, korosi

besi terjadi apabila ada oksigen (O2) dan air (H2O). Logam besi tidaklah murni,

melainkan mengandung campuran karbon yang menyebar secara tidak merata

dalam logam tersebut. Akibatnya menimbulkan perbedaan potensial listrik

antara atom logam dengan atom karbon (C). Atom logam besi (Fe) bertindak

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Air_Conditioner&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Baja

http://id.wikipedia.org/wiki/Stainless_steel

http://id.wikipedia.org/wiki/Seng

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Potensi_reduksi&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Magnesium

http://id.wikipedia.org/wiki/Alkali_tanah

http://id.wikipedia.org/wiki/Tembaga

http://id.wikipedia.org/wiki/Timah

http://id.wikipedia.org/wiki/Perak

http://id.wikipedia.org/wiki/Emas

http://id.wikipedia.org/wiki/Nikel

http://id.wikipedia.org/wiki/Timah

http://id.wikipedia.org/wiki/Tembaga

http://id.wikipedia.org/wiki/Platina

http://id.wikipedia.org/wiki/Cat

http://id.wikipedia.org/wiki/Gelas

http://id.wikipedia.org/wiki/Plastik

http://id.wikipedia.org/wiki/Vaselin



sebagai anode dan atom C sebagai katode. Oksigen dari udara yang larut

dalam air akan tereduksi, sedangkan air sendiri berfungsi sebagai media

tempat berlangsungnya reaksi redoks pada peristiwa korosi. Semakin banyak

jumlah O2 dan H2O yang mengalami kontak denan permukaan logam, maka

semakin cepat berlangsungnya korosi pada permukaan logam tersebut.

Perhatikan animasi. berikut: animasi korosi besi

2. Keberadaan Zat Pengotor

Zat Pengotor di permukaan logam dapat menyebabkan terjadinya reaksi

reduksi tambahan sehingga lebih banyak atom logam yang teroksidasi. Sebagai

contoh, adanya tumpukan debu karbon dari hasil pembakaran BBM pada

permukaan logam mampu mempercepat reaksi reduksi gas oksigen pada

permukaan logam. Dengan demikian peristiwa korosi semakin dipercepat.

Gambar 17. Korosi akibat zat pengotor.

3. Kontak dengan Elektrolit

Keberadaan elektrolit, seperti garam dalam air laut dapat mempercepat laju

korosi dengan menambah terjadinya reaksi tambahan. Sedangkan konsentrasi

elektrolit yang besar dapat melakukan laju aliran elektron sehingga korosi

meningkat.

Gambar 18. Korosi akibat elektrolit.

4. Temperatur



Temperatur mempengaruhi kecepatan reaksi redoks pada peristiwa korosi.

Secara umum, semakin tinggi temperatur maka semakin cepat terjadinya

korosi. Hal ini disebabkan dengan meningkatnya temperatur maka meningkat

pula energi kinetik partikel sehingga kemungkinan terjadinya tumbukan efektif

pada reaksi redoks semakin besar. Dengan demikian laju korosi pada logam

semakin meningkat. Efek korosi yang disebabkan oleh pengaruh temperatur

dapat dilihat pada perkakas-perkakas atau mesin-mesin yang dalam

pemakaiannya menimbulkan panas akibat gesekan (seperti cutting tools ) atau

dikenai panas secara langsung (seperti mesin kendaraan bermotor).

Gambar 19. Korosi akibat suhu tinggi.

5. pH

Peristiwa korosi pada kondisi asam, yakni pada kondisi pH < 7 semakin besar,

karena adanya reaksi reduksi tambahan yang berlangsung pada katode yaitu:

2H+(aq) + 2e- → H2

Adanya reaksi reduksi tambahan pada katode menyebabkan lebih banyak atom

logam yang teroksidasi sehingga laju korosi pada permukaan logam semakin

besar.

6. Metalurgi

• Permukaan logam

Permukaan logam yang lebih kasar akan menimbulkan beda potensial dan

memiliki kecenderungan untuk menjadi anode yang terkorosi.

Gambar 20. Korosi akibat perbedaan potensial.



• Efek Galvanic Coupling

Kemurnian logam yang rendah mengindikasikan banyaknya atom-atom

unsur lain yang terdapat pada logam tersebut sehingga memicu terjadinya

efek Galvanic Coupling , yakni timbulnya perbedaan potensial pada

permukaan logam akibat perbedaan E° antara atom-atom unsur logam yang

berbeda dan terdapat pada permukaan logam dengan kemurnian rendah.

Efek ini memicu korosi pada permukaan logam melalui peningkatan reaksi

oksidasi pada daerah anode.

7. Mikroba

Adanya koloni mikroba pada permukaan logam dapat menyebabkan

peningkatan korosi pada logam. Hal ini disebabkan karena mikroba tersebut

mampu mendegradasi logam melalui reaksi redoks untuk memperoleh energi

bagi keberlangsungan hidupnya. Mikroba yang mampu menyebabkan korosi,

antara lain: protozoa, bakteri besi mangan oksida, bakteri reduksi sulfat, dan

bakteri oksidasi sulfur-sulfida. Thiobacillus thiooxidans Thiobacillus ferroxidans.

Gambar 21. Mikroba penyebab korosi

d. Bentuk-Bentuk Korosi

Bentuk-bentuk korosi dapat berupa; korosi merata, korosi galvanik, korosi sumuran,

korosi celah, korosi retak tegang (stress corrosion cracking), korosi retak fatik

(corrosion fatique cracking) dan korosi akibat pengaruh hidogen (corrosion induced

hydrogen), korosi intergranular, selective leaching, dan korosi erosi.

Korosi merata adalah korosi yang terjadi secara serentak diseluruh

permukaan logam, oleh karena itu pada logam yang mengalami korosi merata

akan terjadi pengurangan dimensi yang relatif besar per satuan waktu.

Kerugian langsung akibat korosi merata berupa kehilangan material konstruksi,

keselamatan kerja dan pencemaran lingkungan akibat produk korosi dalam

bentuk senyawa yang mencemarkan lingkungan. Sedangkan kerugian tidak



langsung, antara lain berupa penurunan kapasitas dan peningkatan biaya

perawatan (preventive maintenance).

Korosi galvanik terjadi apabila dua logam yang tidaksama dihubungkan dan

berada di lingkungan korosif. Salah satu dari logam tersebut akan mengalami

korosi, sementara logam lainnya akan terlindung dari serangan korosi. Logam

yang mengalami korosi adalah logam yang memiliki potensial yang lebih rendah

dan logam yang tidak mengalami korosi adalah logam yang memiliki potensial

lebih tinggi.

Korosisumuran adalah korosi lokal yang terjadi pada permukaan yang

terbuka akibat pecahnya lapisan pasif. Terjadinya korosi sumuran ini diawali

dengan pembentukan lapisan pasif dipermukaannya, pada antarmuka lapisan

pasif dan elektrolit terjadi penurunan pH, sehingga terjadi pelarutan lapisan

pasif secara perlahan-lahan dan menyebabkan lapisan pasif pecah sehingga

terjadi korosi sumuran. Korosi sumuran ini sangat berbahaya karena lokasi

terjadinya sangat kecil tetapi dalam, sehingga dapat menyebabkan peralatan

atau struktur patah mendadak.

Korosi celah adalah korosi lokal yang terjadi pada celah diantara dua

komponen. Mekanisme terjadinya korosi celah ini diawalidengan terjadi korosi

merata diluar dan didalam celah, sehingga terjadi oksidasi logam dan reduksi

oksigen. Pada suatu saat oksigen (O2) di dalam celah habis, sedangkan

oksigen (O2) diluar celah masih banyak, akibatnya permukaan logam yang

berhubungan dengan bagian luar menjadi katoda dan permukaan logam yang

didalam celah menjadi anoda sehingga terbentuk celah yang terkorosi.

Korosiretak tegang (stress corrosion cracking), korosi retak fatik (corrosion

fatique cracking) dan korosi akibat pengaruh hidogen (corrosion induced

hydrogen) adalah bentuk korosi dimana material mengalami keretakan akibat

pengaruh lingkungannya. Korosi retak tegang terjadi pada paduan logam yang

mengalami tegangan tarik statis dilingkungan tertentu, seperti : baja tahan karat

sangat rentan terhadap lingkungan klorida panas, tembaga rentan dilarutan

ammonia dan baja karbon rentan terhadap nitrat.

Korosi retak fatik terjadi akibat tegangan berulang dilingkungan korosif.

Sedangkan korosi akibat pengaruh hidogen terjadi karena berlangsungnya

difusi hidrogen kedalam kisi paduan.

Korosi intergranular adalah bentuk korosi yang terjadi pada paduan logam

akibat terjadinya reaksi antar unsur logam tersebut di batas butirnya. Seperti

yang terjadi pada baja tahan karat austenitik apabila diberi perlakuan panas.

Pada temperatur 425 – 815°C karbida krom (Cr23C6) akan mengendap di

batas butir. Dengan kandungan krom dibawah 10 %, didaerah pengendapan

tersebut akan mengalami korosi dan menurunkan kekuatan baja tahan karat

tersebut.

Selectiveleaching adalah korosi yang terjadi pada paduan logam karena

pelarutan salah satu unsur paduan yang lebih aktif, seperti yang biasa terjadi

pada paduan tembaga-seng. Mekanisme terjadinya korosi selective leaching



diawali dengan terjadi pelarutan total terhadap semua unsur. Salah satu unsur

pemadu yang potensialnya lebih tinggi akan terdeposisi, sedangkan unsur yang

potensialnya lebih rendah akan larut ke elektrolit. Akibatnya terjadi keropos

pada logam paduan tersebut. Contoh lain selective leaching terjadi pada besi

tuang kelabu yang digunakan sebagai pipa pembakaran. Berkurangnya besi

dalam paduan besi tuang akan menyebabkan paduan tersebut menjadi porous

dan lemah, sehingga dapat menyebabkan terjadinya pecah pada pipa.

Korosi erosi adalah korosiyang terjadi adanya kombinasi antara fluida yang

korosif dan kecepatan aliran yang tinggi, seperti yang terjadi pada pipa baja

yang digunakan untuk mengalirkan uap yang mengandung air.Pengukuran laju

korosi dapat dilakukan dengan berbagai cara. Pengukuran yang paling

sederhana biasanya dilakukan dengan cara mengukur kehilangan logam

(berdasarkan perbedaan beratnya). Meskipun demikian beberapa metoda

pegukuran laju korosi yang dapat diterapkan antara lain adalah dengan

mengukur ion logam yang terdapat dilingkungan, mengukur konduktivitas

lingkungan, mengukur berat jenis lingkungan atau berdasarkan reaksi dengan

metoda elektrokimia.

Gambar 22. Mind maping jenis korosi.



5. PENGUJIAN LOGAM.

A. Pengantar Tujuan dari dilakukannya suatu pengujian mekanis adalah untuk menentukan

respon material dari suatu konstruksi, komponen atau rakitan fabrikasi pada saat dikenakan beban atau deformasi dari luar. Dalam hal ini akan ditentukan seberapa jauh perilaku inheren (sifat yang lebih merupakan ketergantungan atas fenomena atomik maupun mikroskopis dan bukan dipengaruhi bentuk atau ukuran benda uji) dari material terhadap pembebanan tersebut. Di antara semua pengujian mekanis tersebut, pengujian tarik merupakan jenis pengujian yang paling banyak dilakukan karena mampu memberikan informasi representatif dari perilaku mekanis material.

B. Perilaku mekanik material

Pengujian tarik yang dilakukan pada suatu material padatan (logam dan nonlogam) dapat memberikan keterangan yang relatif lengkap mengenai perilaku material tersebut terhadap pembebanan mekanis. Informasi penting yang bisa didapat adalah:

1) Batas proporsionalitas (proportionality limit) Merupakan daerah batas dimana tegangan dan regangan mempunyai hubungan proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap penambahan tegangan akan diikuti dengan penambahan regangan secara proporsional dalam hubungan linier σ = Eε (bandingkan dengan hubungan y = mx; dimana y mewakili tegangan; x mewakili regangan dan m mewakili slope kemiringan dari modulus kekakuan). Titik P pada Gambar 1.1 di bawah ini menunjukkan batas proporsionalitas dari kurva tegangan-regangan.



Gambar 22. Kurva tegangan – regangan dari sebuah benda uji terbuat baja ulet

2) Batas elastis (elastic limit)

Daerah elastis adalah daerah dimana bahan akan kembali kepada panjang semula bila tegangan luar dihilangkan. Daerah proporsionalitas merupakan bahagian dari batas elastik ini. Selanjutnya bila bahan terus diberikan tegangan (deformasi dari luar) maka batas elastis akan terlampaui pada akhirnya sehingga bahan tidak akan kembali kepada ukuran semula. Dengan kata lain dapat didefinisikan bahwa batas elastis merupakan suatu titik dimana tegangan yang diberikan akan menyebabkan terjadinya deformasi permanen (plastis) pertama kalinya. Kebanyakan material teknik memiliki batas elastis yang hampir berimpitan dengan batas proporsionalitasnya.

3) Titik luluh (yield point) dan kekuatan luluh (yield strength)

Titik ini merupakan suatu batas dimana material akan terus mengalami deformasi tanpaadanya penambahan beban. Tegangan (stress) yang mengakibatkan bahan menunjukkan mekanisme luluh ini disebut tegangan luluh (yield stress). Titik luluh ditunjukkan oleh titik Y pada Gambar 1.1 di atas. Gejala luluh umumnya hanya ditunjukkan oleh logam-logam ulet dengan struktur Kristal BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom carbon, boron, hidrogen dan oksigen. Interaksi antara dislokasi dan atom-atom tersebut menyebabkan baja ulet eperti mild steel menunjukkan titik luluh bawah (lower yield point) dan titik luluh atas (upper yield point). Baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas umumnya tidak memperlihatkan batas luluh yang jelas. Untuk menentukan kekuatan luluh material seperti ini maka digunakan suatu metode yang dikenal sebagai Metode Offset. Dengan metode ini kekuatan luluh (yield strength) ditentukan sebagai tegangan dimana bahan memperlihatkan batas penyimpangan/deviasi tertentu dari proporsionalitas tegangan dan regangan . Pada Gambar 1.2 di bawah ini garis offset OX ditarik paralel dengan OP, sehingga perpotongan XW dan kurva tegangan-regangan memberikan titik Y sebagai kekuatan luluh. Umumnya garis offset OX diambil 0.1 – 0.2% dari regangan total dimulai dari titik O.



Gambar 23. Kurva tegangan – regangan dari benda uji terbuat dari bahan getas.

Kekuatan luluh atau titik luluh merupakan suatu gambaran kemampuan bahan menahan deformasi permanen bila digunakan dalam penggunaan struktural yang melibatkan pembebanan mekanik seperti tarik, tekan bending atau puntiran. Di sisi lain, batas luluh ini harus dicapai ataupun dilewati bila bahan (logam) dipakai dalam proses manufaktur produk- produk logam seperti proses rolling, drawing, stretching dan sebagainya. Dapat dikatakan bahwa titik luluh adalah suatu tingkat tegangan yang:

Tidak boleh dilewati dalam penggunaan struktural (in service)

Harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming process)

4) Kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength) Merupakan tegangan maksiumum yang dapat ditanggung oleh material sebelum terjadinya perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum σ uts ditentukan dari beban maksium Fmaks dibagi luas penampang awal Ao.

Pada bahan ulet tegangan maksimum ini ditunjukkan oleh titik M (Gambar 1.1) dan selanjutnya bahan akan terus berdeformasi hingga titik B. Bahan yang bersifat getas memberikan perilaku yang berbeda dimana tegangan maksimum sekaligus tegangan perpatahan (titik B pada Gambar 1.2). Dalam kaitannya dengan penggunaan structural maupun dalam proses forming bahan, kekuatan maksimum adalah batas tegangan yang sama sekali tidak boleh dilewati.

5) Kekuatan Putus (breaking strength)

Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus (Fbreaking) dengan luas penampang awal Ao. Untuk bahan yang bersifat ulet pada



saat beban maksimum M terlampaui dan bahan terus terdeformasi hingga titik putus B maka terjadi mekanisme penciutan (necking) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang terlokalisasi. Pada bahan ulet kekuatan putus adalah lebih kecil daripada kekuatan maksimum sementara pada bahan getas kekuatan putus adalah sama dengan kekuatan maksimumnya.

6) Keuletan (ductility)

Keuletan merupakan suatu sifat yang menggambarkan kemampuan logam menahan deformasi hingga terjadinya perpatahan. Sifat ini , dalam beberapa tingkatan, harus dimiliki oleh bahan bila ingin dibentuk (forming) melalui proses rolling, bending, stretching, drawing, hammering, cutting dan sebagainya. Pengujian tarik memberikan dua metode pengukuran keuletan bahan yaitu:

Persentase perpanjangan (elongation) Diukur sebagai penambahan panjang ukur setelah perpatahan terhadap panjang awalnya.

Elongasi, ε (%) = [(Lf-Lo)/Lo] x 100%

dimana Lf adalah panjang akhir dan Lo panjang awal dari benda uji.

Persentase pengurangan/reduksi penampang (Area Reduction) Diukur sebagai pengurangan luas penampang (cross-section) setelah perpatahan terhadap luas penampang awalnya.

Reduksi penampang, R (%) = [(Ao-Af)/Ao] x 100%

dimana Af adalah luas penampang akhir dan Ao luas penampang awal.

7) Modulus elastisitas (E)

Modulus elastisitas atau modulus Young merupakan ukuran kekakuan suatu material. Semakin besar harga modulus ini maka semakin kecil regangan elastis yang terjadi pada suatu tingkat pembebanan tertentu, atau dapat dikatakan material tersebut semakin kaku (stiff). Pada grafik tegangan-regangan (Gambar 1.1 dan 1.2), modulus kekakuan tersebut dapat dihitung dari slope kemiringan garis elastis yang linier, diberikan oleh:

E = σ/ε atau E = tan α

Dimana α adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurva tegangan-regangan. Modulus elastisitas suatu material ditentukan oleh energi ikat antar atom-atom, sehingga besarnya nilai modulus ini tidak dapat dirubah oleh suatu proses tanpa merubah struktur bahan. Sebagai contoh diberikan oleh Gambar 1.3 di bawah ini yang menunjukkan grafik tegangan-regangan beberapa jenis baja:



Gambar24. Grafik tegangan-regangan beberapa baja yang memperlihatkan kesamaan modulus kekakuan

8) Modulus kelentingan (modulus of resilience)

Mewakili kemampuan material untuk menyerap energi dari luar tanpa terjadinya kerusakan. Nilai modulus dapat diperoleh dari luas segitiga yang dibentuk oleh area elastik diagram tegangan- regangan pada Gambar 1.1.

9) Modulus ketangguhan (modulus of toughness)

Merupakan kemampuan material dalam menyerap energi hingga terjadinya perpatahan. Secara kuantitatif dapat ditentukan dari luas area keseluruhan di bawah kurva teganganregangan hasil pengujian tarik seperti Gambar 1.1. Pertimbangan disain yang mengikut sertakan modulus ketangguhan menjadi sangat penting untuk komponen-komponen yang mungkin mengalami pembebanan berlebih secara tidak disengaja. Material dengan modulus ketangguhan yang tinggi akan mengalami distorsi yang besar karena pembebanan berlebih, tetapi hal ini tetap disukai dibandingkan material dengan modulus yang rendah dimana perpatahan akan terjadi tanpa suatu peringatan terlebih dahulu.

10) Kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnya Kurva tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal (luas area dan panjang) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan kurva tegangan-regangan sesungguhnya diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur. Perbedaan kedua kurva tidaklah terlampau besar pada regangan yang kecil, tetapi menjadi signifikan pada rentang terjadinya pengerasan regangan (strain hardening), yaitu setelah titik luluh terlampaui. Secara khusus perbedaan menjadi demikian besar di dalam daerah necking. Pada kurva tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara aktual mampu menahan turunnya beban



karena luas area awal Ao bernilai konstan pada saat penghitungan tegangan σ = P/Ao. Sementara pada kurva tegangan-regangan sesungguhnya luas area actual adalah selalu turun hingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena σ = P/A. Gambar 1.4 di bawah ini memperlihatkan contoh kedua kurva tegangan-regangan tersebut pada baja karbon rendah (mild steel).

Gambar 25. Perbandingan antara kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnya dari

baja karbon rendah (mild steel)

C. Mode Perpatahan Material Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan

seperti diilustrasikan oleh Gambar 26 di bawah ini:

Gambar 26. Ilustrasi penampang samping bentuk perpatahan benda uji tarik sesuai dengan tingkat keuletan/kegetasan

Perpatahan ulet memberikan karakteristk berserabut (fibrous) dan gelap (dull), sementara perpatahan getas ditandai dengan permukaan patahan yang berbutir (granular) dan terang.

Perpatahan ulet umumnya lebih disukai karena bahan ulet umumnya lebih tangguh dan memberikan peringatan lebih dahulu sebelum terjadinya kerusakan Pengamatan kedua tampilan perpatahan itu dapat dilakukan baik dengan mata telanjang maupun



dengan bantuan stereoscan macroscope. Pengamatan lebih detil dimungkinkan dengan penggunaan SEM (Scanning Electron Microscope). 1) Perpatahan Ulet

Gambar 27 di bawah ini memberikan ilustrasi skematis terjadinya perpatahan ulet pada suatu spesimen yang diberikan pembebanan tarik: Sangat ulet Sangat getas

Gambar 27. Tahapan terjadinya perpatahan ulet pada sampel uji tarik: (a) Penyempitan awal;

(b) Pembentukan rongga-rongga kecil (cavity); (c) Penyatuan rongga-rongga membentuk suaturetakan; (d) Perambatan retak; (e) Perpatahan geser akhir pada sudut 45°.

Tampilan foto SEM dari perpatahan ulet diberikan oleh Gambar 1.7 berikut:



Gambar 28. Tampilan permukaan patahan dari suatu sampel logam yang ditandai dengan

lubang-lubang dimpel sebagai suatu hasil proses penyatuan rongga-rongga kecil (cavity) selama pembebanan berlangsung.

2) Perpatahan Getas

Perpatahan getas memiliki ciri-ciri sebagai berikut: 1. Tidak ada atau sedikit sekali deformasi plastis yang terjadi pada material 2. Retak/perpatahan merambat sepanjang bidang-bidang kristalin membelah atom-

atom material (transgranular). 3. Pada material lunak dengan butir kasar (coarse-grain) maka dapat dilihat pola-

pola yang dinamakan chevrons or fan-like pattern yang berkembang keluar dari daerah awal kegagalan.

4. Material keras dengan butir halus (fine-grain) tidak memiliki pola-pola yang mudah dibedakan.

5. Material amorphous (seperti gelas) memiliki permukaan patahan yang bercahaya dan mulus.

Contoh perpatahan getas dari suatu benda uji berbentuk pelat diberikan oleh Gambar 29 di bawah ini.

dimples



Gambar 29. Perpatahan getas pada dua sampel logam berpenampang lintang persegi panjang

(pelat). Sedangkan hasil foto SEM sampel dengan perpatahan getas diberikan oleh Gambar 30 pada halaman berikut ini:

Gambar 30. Foto SEM sampel dengan perpatahan getas. Perhatikan bentuk perambatan retak

yang menjalar (a) memotong butir (transgranular fracture) dan (b) melalui batasbutir material (intergranular fracture)

D. Pengujian tarik pada logam.

Pengujian ini menghasilkan angka-angka dan ciri-ciri bahan terpenting pada kekuatan, keregangan dan kekenyalan.

Dari bahan yang di uji dibuat sebuah batang coba (benda uji) dengan ukuran yang di standarisasikan, ditekan pada sebuah mesin uji tarik (gambar 1.1 dan 1.2) kemudian dibebani gaya tarik yang dinaikkan secara perlahan-lahan sampai bahan uji putus.

Selama percobaan/pengujian beban dan regangan batang coba diukur terus menerus. Kedua besaran ini ditampilkan dalam sebuah gambar diagram (gambar 1.4). Skala tegak menunjukkan teggangan tarik dalam daN/mm2 dengan berpatokan pada



penampang batang semula, sedangkan skala mendatar menyatakan regangan (perpanjangan) yang bersangkutan dalam prosentase terhadap panjang awal.

Gambar 31. Benda uji dan mesin untuk uji tarik.

Ketika mesin uji tarik dinyalakan, dan beban dinaikkan perlahanlahan. Tergambar

sebuah diagram pada kertas yang sudah ada disamping mesin tersebut. Pada diagram memperlihatkan lengkungan garis lurus miring, hal ini berati bahwa tegangan dan regangan naik sebanding (proporsional). Pada batas proporsionalitas (batas kesebandingan). Yaitu pada ujung atas garis lurus, maka harga orsinat menunjukkan harga tegangan sP. Jika beban terus ditingkatkan, maka akan dicapai batas elastisitas (batas kekenyalan) dengan tegangan s E. Jika pada saat ini batang dilepaskan dari tegangan, batang uji akan memegas kembali secara kenyal ke kedudukan semula ( panjang LO ) tanpa meninggalkan perubahan bentuk yang berarti. Tegangan yang menetap ini disebut tegangan elastis. Hal ini hanya boleh sampai setinggitingginya 0.01 % (gambar 1.3).



Gambar 32. Kurva tegangan tarik suatu benda uji.

Jika beban dinaikkan melampaui batas-batas kekenyalan (batas elastisitas), maka

regangan membesar relatif lebih pesat dan lengkungan segera menunjukkan sebuah tekukan yang akan tampil semakin jelas, semakin ulet bahan tersebut. Tegangan sS dalam pengujian ini dinamakan batas rentang atau batas leleh. Hal ini merupakan angka ciri bahan yang penting, karena disini bahan uji untuk pertama kalinya mengalami kelonggaran menetap pada strukturnya yang dapat dikenal melalui munculnya wujud-wujud leleh pada permukaan batang uji.

Pada pembebanan yang ditingkatkan lebih lanjut, maka tegangan akan mencatat titik puncaknya seraya melajunya regangan batang uji. Batang uji telah mencapai pembebanan tertinggi, dan batang uji kini menyusut pada kedudukan yang nantinya merupakan tempat perpecahan. Hal ini dapat lagi menahan beban tertinggi dan terus meregang walaupun beban menukik, sampai batang uji putus pada batas perengutan (titik z). Tegangan tertinggi s B dalam (daN/mm2) atau (daN/cm2) yang berpatokan pada penampang batang semula, yang menghasilkan kekuatan tarik dari bahan uji. Regangan memanjang batang uji sampai saat perengutan (titik z) disebut regangan pecah dan diungkapkan (%) dari panjag semula L O. Contoh: batang uji ø 20 mm (penampang AO = 3,13cm2) panjang terukur LO = 200 mm. beban tertinggi yang terukur F = 12560 daN. panjang perengutan L=240 mm. hasil percobaan:



E. PENGUJIAN KEKERASAN 1. Sasaran pembelajaran

Setelah mempelajari teori dasar pengujian kekerasan ini mahasiswa mampu: a. Menjelaskan makna nilai kekerasan material dalam lingkup ilmu metalurgi dan ilmu-

ilmu terapan lainnya b. Menjelaskan perbedaan antara pengujian kekerasan dengan metode gores,

pantulan dan indentasi. c. Menjelaskan kekhususan pengujian kekerasan dengan metode Brinell, Vickers dan

Rockwell. d. Mengaplikasikan beberapa formulasi dasar untuk memperoleh nilai kekerasan

material dengan uji Brinell dan Vickers.

2. Pengantar Makna nilai kekerasan suatu material berbeda untuk kelompok bidang ilmu yang berbeda. Bagi insinyur metalurgi nilai kekerasan adalah ketahanan material terhadap penetrasi sementara untuk para insinyur disain nilai tersebut adalah ukuran dari tegangan alir, untuk insinyur lubrikasi kekerasan berarti ketahanan terhadap mekanisme keausan, untuk para insinyur mineralogi nilai itu adalah ketahanan terhadap goresan, dan untuk para mekanik work-shop lebih bermakna kepada ketahanan material terhadap pemotongan dari alat potong. Begitu banyak konsep kekerasan material yang dipahami oleh kelompok ilmu, walaupun demikian konsep-konsep tersebut dapat dihubungkan pada satu mekanisme yaitu tegangan alir plastis dari material yang diuji.

3. Prinsip pengujian

Dari uraian singkat di atas maka kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras. Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme penggoresan (scratching), pantulan ataupun indentasi dari material keras terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan mekanisme penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan:

a. Metode gores Metode ini tidak banyak lagi digunakan dalam dunia metalurgi dan material lanjut, tetapi masih sering dipakai dalam dunia mineralogi. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs yang membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala (yang kemudian dikenal sebagai skala Mohs). Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk



kekerasan yang paling rendah, sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki oleh intan. Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material di dunia ini diwakili oleh: 1. Talc 2. Gipsum 3. Calcite 4. Fluorite 5. Apatite 6. Orthoclase 7. Quartz 8. Topaz 9. Corundum 10. Diamond (intan)

Prinsip pengujian: bila suatu mineral mampu digores oleh Orthoclase (no. 6) tetapi tidak mampu digores oleh Apatite (no. 5), maka kekerasan mineral tersebut berada antara 5 dan 6. Berdasarkan hal ini, jelas terlihat bahwa metode ini memiliki kekurangan utama berupa ketidak akuratan nilai kekerasan suatu material. Bila kekerasan mineral-mineral diuji dengan metode lain, ditemukan bahwa nilai-nilainya berkisar antara 1-9 saja, sedangkan nilai 9-10 memiliki rentang yang besar.

b. Metode elastik/pantul (rebound)

Dengan metode ini, kekerasan suatu material ditentukan oleh alat Scleroscope yang mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkan dari suatu ketinggian terhadap permukaan benda uji. Tinggi pantulan (rebound) yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkan oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.

c. Metode indentasi

Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan penekanan benda uji dengan indentor dengan gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan oleh dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis indentor dan jenis pengujian). Berdasarkan prinsip bekerjanya metode uji kekerasan dengan cara indentasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1) Metode Brinell Metode ini diperkenalkan pertama kali oleh J.A. Brinell pada tahun 1900. Pengujian kekerasan dilakukan dengan memakai bola baja yang diperkeras (hardened steel ball) dengan beban dan waktu indentasi tertentu, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 2.1. Hasil penekanan adalah jejak berbentuk lingkaran bulat, yang harus dihitung diameternya di bawah mikroskop khusus pengukur jejak. Contoh pengukuran hasil penjejakan diberikan oleh Gambar 2.2. Pengukuran nilai kekerasan suatu material diberikan oleh rumus:



dimana P adalah beban (kg), D diameter indentor (mm) dan d diameter jejak (mm).

Gambar 33. skematis prinsip indentasi dengan metode brinell

Prosedur standar pengujian mensyaratkan bola baja dengan diameter 10 mm dan beban 3000 kg untuk pengujian logam-logam ferrous, atau 500 kg untuk logam-logam non-ferrous. Untuk logam-logam ferrous, waktu indentasi biasanya sekitar 10 detik sementara untuk logamlogam non-ferrous sekitar 30 detik. Walaupun demikian pengaturan beban dan waktu indentasi untuk setiap material dapat pula ditentukan oleh karakteristik alat penguji. Nilai kekerasan suatu material yang dinotasikan dengan ‗HB‘ tanpa tambahan angka di belakangnya menyatakan kondisi pengujian standar dengan indentor bola baja 10 mm, beban 3000 kg selama waktu 1—15 detik. Untuk kondisi yang lain, nilai kekerasan HB diikuti angka-angka yang menyatakan kondisi pengujian. Contoh: 75 HB 10/500/30 menyatakan nilai kekerasan Brinell sebesar 75 dihasilkan oleh suatu pengujian dengan indentor 10 mm, pembebanan 500 kg selama 30 detik.

Gambar 32. Hasil indentasi Brinellberupa jejak berbentuk lingkaran dengan ukuran diameter

dalam skala mm. 2) Metode Vickers

Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut



136o, seperti diperlihatkan oleh Gambar 2.3. Prinsip pengujian adalah sama dengan metode Brinell, walaupun jejak yang dihasilkan berbentuk bujur sangkar berdiagonal. Panjang diagonal diukur dengan skala pada mikroskop pengujur jejak. Nilai kekerasan suatu material diberikan oleh:

dimana d adalah panjang diagonal rata-rata dari jejak berbentuk bujur sangkar.

Gambar 33. skematis prinsip indensitas dengan metode vikers.

3) Metode Rockwell

Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers dimana kekerasan suatu bahan dinilai dari diameter/diagonal jejak yang dihasilkan maka metode Rockwell merupakan uji kekerasan dengan pembacaan langsung (direct-reading). Metode ini banyak dipakai dalam industry karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan indetor yang digunakan membuat metode ini memiliki banyak macamnya. Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell B (dengan indentor bola baja berdiameter 1/6 inci dan beban 100 kg) dan Rockwell C (dengan indentor intan dengan beban 150 kg). Walaupun demikian metode Rockwell lainnya juga biasa dipakai. Oleh karenanya skala kekerasan Rockwell suatu material harus dispesifikasikan dengan jelas. Contohnya 82 HRB, yang menyatakan material diukur dengan skala B: indentor 1/6 inci dan beban 100 kg. Berikut ini diberikan Tabel 2.1 yang memperlihatkan perbedaan skala dan range uji dalam skala Rockwell:



DAFTAR PUSTAKA

Adnyana, 1993. Metalurgi Las (Welding Metalurgy), Institut Sain dan Teknologi Nasianal,

Jakarta.

Bangyo Sucahyo, 1999. Ilmu Logam, PT. Tiga Serangkai Pustaka Mandiri, Surakarta.

Cubberly William H, 1983, Metals Handbook Ninth Edition Vol. 1

Properties and Selection Iron and Steels. American Society For Metals, New York.

Hari Amanto dan Daryanto, 1999, Ilmu Bahan, Bumi Aksara, Jakarta.

Yanmar Diesel. 1980. Buku Petunjuk Mesin Diesel Yanmar. PT. Yanmar Indonesia. Jakarta.



Suyanto, 2001. Bahan Bakar dan Minyak Lumas, Sekolah Tinggi Perikanan,Jakarta.

Tata Surdia dan Saito Shinroku, 1999, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita,

Jakarta.

Warsowiwoho dan Gandhi Harahap, 1984. Bahan Bakar, Pelumas, Pelumasan dan Servis,

Pradnya Paramita, Jakarta.

65391885 materi proses perlakuan logam dasar

Documents