aris aditiyawan nim 1431310121

7/21/2019 Aris Aditiyawan Nim 1431310121

http://slidepdf.com/reader/full/aris-aditiyawan-nim-1431310121 1/20

1

BAB I

PENDAHULUAN

Besi dan baja merupakan logam yang banyak sumbangannya bagi perkembangan

kebudayaan manusia. Hal ini disebabkan karena :

a. Jumlahnya yang cukup melimpah

b. Memiliki sifat mekanik yang menarik

c. Mudah dikerjakan dengan forming maupun dengan machining

d. Harganya relative murah

Pemanfaatanya besi dipergunakan dalam keadaan paduan bukan dalam keadaan

murni. Paduan besi umumnya dengan carbon, yang dikenal sebagai baja dan besi tuang. Besi

dan baja tuang bukan hanya berbeda kadar karbonnya tetapi juga berbeda struktur mikronya

dan berbeda sifatnya.

Klasifikasi baja dipasaran dilakukan berdasarkan,

a. Kekuatannya, st37, st42, st50, st60 dan lain sebagainya.

b. Komposisi kimianya, baja karbon rendah, baja karbon menengah, baja karbon tinggi

c. Strukturnya, baja hypoeutectoid, baja eutectoid, baja hypereutectoid

d. Penggunaannya

e. Bentuknya

f. Pembuatannya, dan lain sebagainya.



2

BAB II

PROSES PEMBUATAN BAJA

Keseluruhan proses dapat dibagi menjadi beberapa tahapan pengerjaan BIjih besi menjadi

besi kasar (pig iron) atau besi spons(sponge iron)

a. Pengolahan besi kasar/besi spongs menjadi baja antara lain ingot atau bilet/slab/bloom

b. Pengolahan bentuk menjadi benda setengah jadi /baku berbentuk plat, strip, sklep,

batang kawat, batang profil, dll.

c. Pengolahan lanjut bentuk setengah jadi menjadi menjadi bentuk yang lain misalnya,

kawat, pipa, sheet, tin plated sheet, dll.

Keseluruhan proses itu dapat dilakukan pada satu lokasi pabrik baja yang besar dan dapat

pula dilakukan pada sejumlah pabrik yang terpisah. Misalnya ada pabrik yang hanya

mengerjakan dri billet sampai suatu barang setengah jadi.



3

A. Besi kasar dan besi spons

Besi di alam berada dalam bentuk,



4

a. Oksidasi

b. Sulfide

c. Karbonat

d. Silikat

Semuanya itu dinamakan bijih besi. Bijih besi yang banyak diolah adalahyang

berbentuk oksida yang mengandung unsur/senyawa lain yang biasanya disebut sebagai

pengotoran, yaitu,

a. Hematid, Fe2O3 yang bercampur dengan sedikit belerang , phosphor, dll.

b. Limanit, 2 Fe2O3 3 H2O, dengan sejumlah phosphor dan pengotoran lainnya.

c. Magnetit, Fe2O4, dengan sejumlah belerang , silikat, seng, dll.

d. Siderit, FeCO3, dengan pengotoran berupa silica, alumina, magnesium, dll.

Untuk memperoleh besi dari bijih besi dilakukan proses reduksi dengan menggunakan

bahan reduktor yang kuat(biasanya karbon) dan fluks dengan pemanasan. Fluks berfungsi

sebagai bahan pengikat kotoran sehiingga kotoran mudah mencair dan menjadi terak. Cara

yang selama ini banyak digunakan adalah dengan reduksi bertingkat yang dilakukan dalam

dapur tinggi (Blast Furnace). Cara lainnya adalah dengan reduksi langsung (DRI, Direct

Reduction Iron).



5

B. Dapur Tinggi

Dapur tinggi terbuat dari susunan batu tahan api yang diperkuat dengan tiang-

tiang baja, Dalam dapur tinggi akan terjadi proses reduksi bijih besi menjadi besi kasar (besi

mentah). Selain itu juga reaksi-reaksi kimia yang menyertai proses reduksi tersebut. Dapur

tinggi berukuran tinggi 30 m garis tengan maksimum 7 m, garis tengah puncak 4,5 m, garis

tengah bawah 4m. Dapur tinggi didirikan diatas fondasi yang diperkuat oleh tiang-tiang baja.

Bagian dalam dapur tinggi dilapisi batu tahan api yang mempunyai sifat tahan

terhdap suhu tinggi dan merupakan penyekat panas. Pada bagian atas dapur terdapat corotpengisi yang bekerja bergantian sehingga kehilangan gas dapur tinggi dapat dicegah. Serta

dilengkapi dengan alat pemanas udara dan alat pemisah debu

Gambar2.2 contoh dapur tinggi



6

Bahan-bahan yang dimasukkan pada dapur tinggi : bijih besi, kokas, dan batu kapur.

Bahan ini disimpan dedekat dapur tinggi supaya pengisiannya mudah. Bahan-bahan diangkut

ke puncak dapur tinggi dengan alat pengangkut selapis demi selapis secara terus- menerus.

Bahan-bahan pengisi daput tinggi ini akan mengalami proses fisika dan kimia sebagai

berikut,

1) Mula-mula dilakukan pemanasan pendahuluan, didalam dapur tinggi gas-gas hasil

pembakaran yang suhunya masih panas akan naik ke atas sambil memanaskan bahan-

bahan yang disikan., sehingga air dan zat-zat yang mudah menguap dalam zat- zat

pengisi akan segera menguap hingga bahan2 mencadi cukup kering.

2) Langkah berikutnya adalah proses reduksi, dalam dapur tinggi yang bertemperaturantara 800C sd 1400C , akan terjadi serangkaian reaksi-reaksi kimia antara lain reaksi

reduksi bijih besi, reaksi pembakaran kokas, dan peruraian batu kapor. Karena

pengaruh udara panas kokas akan terbakar menurut reaksi C+CO---------------CO2

Gas CO yang terjadi akan mereduksi bijih besi menurut reaksi sebagai berikut.

CO2+ C -------------

--- 2CO

Gas CO yang terjadi akan mereduksi bijih besi menurut reaksi berikut.

Fe3O4 +CO ----------- 3FeO+CO2

Fe2O3 + CO ----------

2 FeO +

CO2

Kedua reaksi tersebut dinamakan reaksi tidak langsung. Pada daerah reduksi juga

terjadi peruraian batu kapur dan mungkin juga peruraian MgCO3 ataupun FeCO3

yang mungkin terdapat dalam batu kapur tersebut menurut reaksi berikut:

CaCO3 -----------------

CaO +

CO2

MgCO3 ---------------

MgO

+CO2

FeCO3 ------------------ FeO +



7

CO2

Gas CO2 hasil dari peruraian ini akan bersinggungan dan bereaksi dengan lapisan

kokas menurut reaksi berikut:

CO2 + C ----------------- 2CO

3) Langkah berikutnya adalah proses peleburan, Pada temperature 1400C sd 1600C akan

terjadi peleburan hasil reduksi tak langsung dan juga terjadi pembentukan terak.

Disamping itu juga akan terjadi reduksi langsung FeO oleh kokas. Reaksi kimia yang

terjadi pada daerah ini adalah sebagai berikut.

a. Reaksi langsung FO + C ------------------------------- Fe + CO

b. Pembentukan terak CaO + SiO2 ---------------------- Ca SiO3

Kalau bijih besi mengandung mangan MnO + SiO2 ----------------- MnSiO3

Karena berat jenis terak lebih ringan daripada berat jenis besi, maka terak akanmengapung pada bagian atas. Besi mentah yang dihasilkan bukan merupakan besi

murni tetapi masih mengandung unsur yang lainnya yaitu karbon(C), yang berasal dari

kokas, sisilium (Si), Mangan(Mn), dan Phosphor (P) yang berasal dari bijih besi. Oleh karena

itu besi mentah masih harus mengalami proses pengerjaan lanjutan.



8

C. Pembuatan Baja

Baja pada dasarnya adalah paduan besi karbon dengan kadar karbon tidak lebih dari

2.0% disamping juga mungkin mengandung sejumlah unsur lainnya(unsur paduan dan

pengotoran). Baja di buat dari besi kasar/spongs dengan mengurangi kadar karbo dan unsur

lain yang kurang disukai. Ada beberapa macam cara pembuatan baja, antara lain:

a. Dengan konvertor

b. Dengan dapur siemens Martin (open Hearth furnance)

c. Dengan dapur listrik

Klasifikasi proses pembuatan baja dilakukan berdasarkan pada derajat keasaman terak yang

dihasilkan

a. Proses asam (acid)

b. Proses basa (basic)

c. Proses duplex (gabungan asam dan basa)

d. Basic Oxygen process

Pembuatan baja dengan cara konvertor

Pembuatan Baja dengan cara ini yang diolah adalah besi cair, yang diperoleh dari dapur

tinggi atau peleburan lain. Besi cari ditunagkan ke dalam konventor kemudian dihembuskan

udara /oksigen sehingga bahan dan unsur pengotoran akan terbakar dan keluar dari besi cair

berupa gas atau terak. Cara ini mula-mula diperkenalkan oleh Henry Bessemer.Bessemer

converter



9

Pengisian dilakukan saat posisi horizontal dan dilanjutkan dengan mengembalikannya ke

posisi vertical sambil dihembuskan udara dari bawah. Hal ini menyebabkan terjadinya reaksi

.

2Fe + O2 --------------------------- 2 FeO

Sebagian oksida besi ini menjadi terak dan yang lainnya bereaksi dengan Si dan Mn ,

Si + 2FeO -------------------------- SiO2 + 2Fe

Mn + FeO ------------------------- MnO + Fe

Reaksi-reaksi itu akan menyebabkan panas (exothermic) dan akan menaikkan temperature

cairan. Oksida mangan dan oksida silicon ini akan menjadi terak pada saat

Saat Si dan Mn hampir habis temperature menjadi sangat tinggi dan karbon mulai terbakar,

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

CO berupa gas dan keluar melalui mulut konventor, disini CO akan terbakar dan menjadi

CO2. Hal ini di tandai dengan nyala api yang panjang dan terang. Bila nyala api mulai

meredup dan yang ada adalah asap kemerahan hal ini berarti C sudah habis terbakar, danhembusan angin harus segera dihentikan, agar besi tidak habis terbakar. Kemudian konvertor

dimiringkan dan cairan besi dikeluarkan. Karena dalam cairan baja ini masih banyak oxygen

maka perlu diberikan oksidan (ferromangan, ferrosilikat, atau alumunium) untuk

menghilankannya. Sedangkan pengaturan kadar karbon dapat dilakukan dengan

menambahkan sejulah besi kasar ke dalam baja cair.



10

Proses pembuatan baja dengan Tanur oxygen Basa



11

Pembuatan baja dengan open heath furnace

Pada furnace ini udara dan bahan bakar gas akan bercampur dan terbakar

menghasilkan panas yg tinggi , pembakaran menghasilkan panas yang tinggi karena bahan

bakar maupun uadara sudah dipanaskan didalam suatu regenerator. Karena temperature yang

tinggi pada ruang bakar maka muatan dapur yang diletakkan diruang bakar akan mencair dan

cairan ini akan mendidih sehingga reaksi oksidasi dari unsur pengotoran/pembentuk terak

akan dapat berlangsung. Muatan pengisian dimasukkan melalui pintu pengisian (charging

door) muatan ini dapat berupa bahan padat ataupun besi cairan. Pada proses basa juga

ditambahkan batu kapur sebagai pembentuk terak / pengikat phosphor. Reaksi yang

berlangsung sama seperti pada konventor. Sebagian Fe, Si,Mn akan teroksidasi dan menjadi

terak. Terak ini akan mengapung dipermukaan cairan sehingga menghalangi kontak antara

cairan dan udara, untuk menjamin kelangsungan reaksi maka kedalam cairan ditambahkan

bijih besi.

Proses dalam dapur ini berlangsung sangat lambat 6-14 jam sedangkan pada

konventor hanya 15 menit atau kurang). Karena proses dalam dapur sangat lambat maka

dapat dilakukan analisa kimia dari cairan pada sitiap saat dan komposisinya dapat dikontrol

dengan mudah. Dan karena cairan besi tidak bersentuhan dengan udara luar maka baja yang

dihasilakan tidak mengandung nitrogen.



13

b. Induction Furnace



14

Sifat dan penggunaan baja

Sifar baja banyak di tentukan oleh kadar karbonnya, disamping unsur paduannya. Pengaruh

kadar karbon terhadap struktur mikro dan sifat mekanik utama dari baja karbon dapat dilihat

dari gambar berikut.



15



17

Besi Tuang Jenis dan Penggunaanya

Secara umum Besi Tuang (Cast Iron) adalah Besi yang mempunyai Carbon content 2.5% –

4%. Oleh karena itu Besi Tuang yang kandungan karbonnya 2.5% – 4% akan mempunyai

sifat MAMPU LASNYA (WELDABILITY) rendah. Karbon dalam Besi Tuang dapat berupa

sementit (Fe3C) atau biasa disebut dengan Karbon Bebas (grafit). Perlu di ketahui juga

kandungan FOSFOR dan SULPHUR dari material ini sangat tinggi dibandingkan Baja.

Ada beberapa jenis Besi Tuang (Cast Iron) yaitu :

1. BESI TUANG PUTIH (WHITE CAST IRON).Dimana Besi Tuang ini seluruh karbonnya

berupa Sementit sehingga mempunyai sifat sangat keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri

dari Karbida yang menyebabkan berwarna Putih.

2. BESI TUANG MAMPU TEMPA (MALLEABLE CAST IRON).Besi Tuang jenis ini

dibuat dari Besi Tuang Putih dengan melakukan heat treatment kembali yang tujuannya

menguraikan seluruh gumpalan graphit (Fe3C) akan terurai menjadi matriks Ferrite, Pearlite

dan Martensite. Mempunyai sifat yang mirip dengab Baja.

3. BESI TUANG KELABU (GREY CAST IRON).Jenis Besi Tuang ini sering dijumpai

(sekitar 70% besi tuang berwarnaabu-abu). Mempunyai graphite yang berbentuk FLAKE.

Sifat dari Besi Tuang ini kekuatan tariknya tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali

(Nil Ductility).

4. BESI TUANG NODULAR (NODULAR CAST IRON)NODULAR CAST IRON adalah

perpaduan BESI TUANG KELABU. Ciri Besi tuang ini bentuk graphite FLAKE dimana

ujung – ujung FLAKE berbentuk TAKIK-AN yang mempunyai pengaruh terhadap

KETANGGUHAN, KEULETAN & KEKUATAN oleh karena untuk menjadi LEBIH BAIK,

maka graphite tersebut berbentuk BOLA (SPHEROID) dengan menambahkan sedikit

INOCULATING AGENT, seperti Magnesium atau calcium silicide. Karena Besi Tuang

mempunyai KEULETAN yang TINGGI maka besi tuang ini di kategorikan DUCTILE CAST

IRON.



18

FAKTOR-FAKTOR APA YANG MEMPENGARUHI SIFAT MAMPU LAS

(WELDABILITY) PADA MATERIAL INI

1. Ketegangan saat pendinginan.Secara teori pengelasan (welding) material las (logam las /

weld metal) akan berkontraksi selama pendinginan. Karena kerapuhan dari besi tuang inilah

kontraksi cast iron mempunyai kemampuan yang lebih rendah dibandingkan Baja.

2. Bentuk yang tidak beraturan.Umumnya Besi Tuang ini dibuat dalam bentuk yang tidak

berarturan atau boleh saya bilang artistik. Dengan adanya bentuk yang rumit besi tuang

tersebut sedikit banyak mempunyai ketebalan yang tidak seragam hal ini akan mempengaruhi

kontraksi tegangan yang terjadi pada material tersebut dan mudah terjadi retak dan perlu

diingat juga yang melatarbelakangi ini adalah sifatnya yang mempunyai daya lentur yang

sangat rendah.

3. HAZ yang keras.HAZ pada Besi Tuang yang berdekatan dengan Weld Metal akan

mempunyai sifat yang KERAS. Pengerasan ini diakibatkan oleh adanya bagian HAZ yang

tidak ikut mencair.

4. Pengikatan Karbon dari Base Metal.Akibat Pengelasan Besi tuang yang tercampur

dengan Base Metal akan menyebabkan terjadinya pengikatan KARBON pada WELD

METAL sehingga menyebabkan peningkatan kandungan SULFUR dan PHOSPOR dalam

WELD METAL tersebut.

5. Penyerapan Minyak pada Besi Tuang.Karena bentuk kareketeristik material ini rata-

rata berpori maka kemungkinan terjadinya peresapan minyak dalam graphite yang

menyebabkan porositas pada logam las. Biasanya sering dialami

oleh temen praktisi welding, repair pada saat maintenance.

Mengapa Cast Iron jika di Las Sering terjadi retak? Sebelum kita bahas hanya keretakan pada

Cast Iron, ada baiknya jika kita mengerti terlebih dahulu apa yang disebut Crack pada logam,

apa yang menyebabkan crack pada logam, apa pengaruh Chemical Composition terhadapmudah tidaknya suatu logam retak, Apa itu diagram CCT dan CCCT, dll.

Sehingga kita tidak salah dalam mengambil kesimpulan dalam memahami terjadinya crack

pada pengelasan Cast Iron…..



19

Keretakan pada proses pengelasan Cast Iron, ada beberapa faktor yang saling dukung

mendukung sehingga memudahkan terjadinya Crack.

Faktor utamanya adalah :

1. Chemical Composition : %C = Carbon terlalu tinggi. Unsur C yang tinggi memang akan

menurunkan Titik Lebur baja (Mesti dibahas juga Diagram Fe-Fe3C) sehingga antara proses

peleburan dan penuangan di cetakan lebih mudah. Tetapi karena sifatnya yang lunak akan

menjadi sumber keretakan di paduan Besi Cor, apalagi yang C nya berbentuk Flake (Besi cor

mempunyai Carbon bebas, mungkin seperti radikal bebas di tubuh kita). %P= Posphor dan

%S=Sulphur Tinggi. Dalam paduan Fe, kadar P dan S tidak boleh lebih besar dari keteentuan.

Karena lebih dari itu akan menyebabkan sumber keretakan (kalau di proses rolling

pembuatan besi beton bisa pecah) . Lantas mengapa unsur P dan S ini tidak diturunkan saja?

Dalam proses pengecoran, unsur P dan S sangat diperlukan untuk meningkatkan mampu alir

dari cairan besi….

2. Faktor-faktor lain seperti bentuk yang kompleks dan lain tidak banyak berpengaruh,

karena kebanyakan pada proses pengelasan Cast Iron, keretakan terjadi pada daerah HAZ.

3. Bagaimana pengaruh Olie dll ? Pengotor seperti ini lebih banyak berpengaruh terhadap

terjadinya Porosity pada weld metal.

Lantas bagaimana untuk menghindari terjadinya keretakan pada pada proses pengelasan Cast

Iron?

1.Gunakan kawat las Nickel.

2.Kontrol heat input dan Cooling rate…

3.Sebelum mengelas harus dibersihkan terlebih dulu dari misalnya Olie, Cat dlll.

Pada umumnya Besi Tuang (Cast Iron) mempunyai bentuk yang rumit suatu contoh (PIPE

FITTING, SPROKECT, PUMP, CRANK SHAFT MESIN MOBIL dan beberapa peralatan

yang terdapat pada Pabrik GULA) bukan dalam bentuk MILD seperti STEEL yang sering

kita temui dipasaran.

aris aditiyawan nim 1431310121

Documents