kandungan atom

15

KANDUNGAN ATOM ATAU UNSUR KANDUNGANNYA

Baja adalah logam aloy yang komponen utamanya adalah besi, dengan

karbon sebagai material pengaloy utama. Baja mengandung elemen utama Fe dan

C. Baja karbon merupakan salah satu jenis logam paduan besi karbon terpenting

dengan prosentase berat karbon hingga 2,11%. Baja karbon memiliki kadar C

hingga 1.2% dengan Mn 0.30%-0.95%. Elemen-elemen prosentase maksimum

selain bajanya sebagai berikut: 0.60% Silicon, 0.60% Copper.

Karbon adalah unsur kimia dengan nomor atom 6, tingkat oksidasi 4.2 dan

Mangan adalah unsur kimia dengan nomor atom 25, tingkat oksidasi 7.6423.

Karbon dan Manganese adalah bahan pokok untuk meninggikan tegangan

(strength) dari baja murni. Karbon (C) adalah komponen kimia pokok yang

menentukan sifat baja. Semakin tinggi kadar karbon di dalam baja, semakin tinggi

kuat tarik serta tegangan leleh, tetapi koefisien muai bahan turun, dan baja

semaikn getas. Karbon mempunyai pengaruh yang paling dominan terhadap sifat

mampu las. Semakin tinggi kadar karbon menjadikan sifat mampu las turun.

Fasa-fasa padat yang ada didalam baja :

a. Ferit (alpha) : merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan

teratur) berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan), Ferit ini

mempunyai sifat : magnetis, agak ulet, agak kuat, dll.

b. Autenit : merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC =kubus

pusat muka), Austenit ini mempunyai sifat : Non magnetis, ulet, dll.

c. Sementid (besi karbida) : merupakan sel satuan yang berupa orthorombik,

Semented ini mempunyai sifat : keras dan getas.

d. Perlit : merupakan campuran fasa ferit dan sementid sehingga mempunyai sifat

Kuat.

e. Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus

pusat badan).

15

STRUKTUR MIKRO BAJA KARBON

Baja karbon rendah atau sangat rendah, banyak digunakan untuk proses

pembentukan logam lembaran, misalnya untuk badan dan rangka kendaraan serta

komponen-komponen otomotif lainnya. Baja jenis ini dibuat dan diaplikasikan

dengan mengeksploitasi sifat-sifat ferrite. Ferrite adalah salah satu fasa penting di

dalam baja yang bersifat lunak dan ulet. Baja karbon rendah umumnya memiliki

kadar karbon di bawah komposisi eutectoid dan memiliki struktur mikro hampir

seluruhnya ferrite. Pada lembaran baja kadar karbon sangat rendah atau ultra

rendah, jumlah atom karbon-nya bahkan masih berada dalam batas kelarutannya

pada larutan padat sehingga struktur mikronya adalah ferrite seluruhnya

Struktur Mikro Baja Karbon Ultra Rendah. Seluruhnya Ferrite.

Pada kadar karbon lebih dari 0,05% akan terbentuk endapan karbon dalam

bentuk hard intermetallic stoichiometric compound (Fe3C) yang dikenal sebagai

cementite atau carbide. Selain larutan padat alpha-ferrite yang dalam

kesetimbangan dapat ditemukan pada temperatur ruang terdapat fase-fase penting

lainnya, yaitu delta-ferrite dan gamma-austenite. Logam Fe bersifat

polymorphism yaitu memiliki struktur kristal berbeda pada temperatur berbeda.

Pada Fe murni, misalnya, alpha-ferrite akan berubah menjadi gamma-austenite

saat dipanaskan melewati temperature 910oC. Pada temperatur yang lebih tinggi,

mendekati 1400oC gamma-austenite akan kembali berubah menjadi delta-ferrite.

(Alpha dan Delta) Ferrite dalam hal ini memiliki struktur kristal BCC sedangkan

(Gamma) Austenite memiliki struktur kristal FCC.

15

Pada kadar karbon lebih tinggi akan mulai terbentuk endapan cementite

atau fase pearlite pada batas butirnya

Struktur Mikro Baja Karbon Rendah

Sifat cementite atau carbide yang keras dan getas berperan penting di

dalam meningkatkan sifat-sifat mekanik baja. Salah satu parameter penting yang

menunjukkan hal tersebut, sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya adalah a

mean ferrite path. A mean ferrite path menunjukkan jarak antar cementite, baik

pada pearlite maupun sphreodite. Jarak antar carbide di dalam pearlite secara

khusus dikenal sebagai interlamellar spacing atau spasi antar lamel atau lembaran.

CARA PEMBUATAN BAJA

Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja antara lain :

1. Proses KonvertorTerdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping.

Sistem kerja

Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0C, Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume

konvertor) Kembali ditegakkan. Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor. Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.

15

Proses konverter terdiri dari:

Proses Bassemer (asam)Lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang

mengandung kwarsa asam atau aksid asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO2,

SiO2 + CaO CaSiO3

Proses Thomas (basa)Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau

dolomit [kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)], besi yang diolah besi kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6-0,8 %. Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O5), untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO),

3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak cair)

2. Proses Siemens Martin Menggunakan sistem regenerator (± 3000 0C.). Fungsi dari regenerator adalah: memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur sebagai Fundamen/ landasan dapur menghemat pemakaian tempat bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,

besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO2), besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO3)

3. Proses Basic Oxygen Furnace logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan) Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan

kecepatan tinggi. (55 m3 (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m2.

ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.Keuntungan dari BOF adalah: BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen Proses hanya lebih-kurang 50 menit. Tidak perlu tuyer di bagian bawah Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon Biaya operasi murah

4. Proses dapur listrik

Temperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi listrik.

15

Keuntungan :

Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat Temperatur dapat diatur Efisiensi termis dapur tinggi Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga

kualitasnya baik Kerugian akibat penguapan sangat kecil

5. Proses dapur kopel

mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang.

Proses

pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair. Bahan bakar(arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam. kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas

mencapai 700 – 800 mm dari dasar tungku. besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan. 15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur (CaCO3) dan akan terurai menjadi:

akan bereaksi dengan karbon:

Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit mesin-mesin lain.

6. Proses dapur Cawan

proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam cawan,

kemudian dapur ditutup rapat. kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan

dan muatan dalam cawan akan mencair. baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan

menambahkan unsur-unsur paduan yang diperlukan.

15

Bagan proses pembuatan baja

Proses pembuatan baja dimulai dengan proses ekstraksi bijih besi. Proses reduksi umumnya terjadi di dalam tanur tiup (blast furnace) di mana di dalamnya bijih besi (iron ore) dan batu gamping (limestone) yang telah mengalami pemanggangan (sintering) diproses bersama-sama dengan kokas (cokes) yang berasal dari batubara. Serangkaian reaksi terjadi di dalam tanur pada waktu dan lokasi yang berbeda-beda, tetapi reaksi penting yang mereduksi bijih besi menjadi logam besi adalah sebagai berikut:

Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2

Luaran utama dari proses ini adalah lelehan besi mentah (molten pig iron) dengan kandungan karbon yang cukup tinggi (4%C) beserta pengotor-pengotor lain seperti silkon, mangan, sulfur, dan fosfor . Besi mentah ini belum dapat dimanfaatkan secara langsung untuk aplikasi rekayasa karena sifat-sifat (mekanis)-nya belum sesuai dengan yang dibutuhkan karena pengotorpengotor tersebut. Besi mentah berupa lelehan atau coran selanjutnya dikirim menuju converter yang akan mengkonversinya menjadi baja.

Proses pembuatan baja umumnya berlangsung di tungku oksigen-basa (basic-oxygen furnace). Di dalam tungku ini besi mentah cair dicampur dengan hingga 30% besi tua (scrap) yang terlebih dahulu dimasukkan ke dalam tanur. Selanjutnya, oksigen murni ditiupkan dari bagian atas ke dalam leburan, bereaksi dengan Fe membentuk oksida besi FeO. Beberapa saat sebelum reaksi dengan oksigen mulai berlangsung, fluks pembentuk slag dimasukkan dalam jumlah tertentu.

15

Oksida besi atau FeO selanjutnya akan bereaksi dengan karbon di dalam besi mentah sehingga diperoleh Fe dengan kadar karbon lebih rendah dan gas karbon monoksida. Reaksi penting yang terjadi di dalam tungku adalah sebagai berikut:

FeO + C Fe + COSelama proses berlangsung (sekitar 22 menit), terjadi penurunan kadar karbon dan unsur-unsur pengotor lain seperti P, S, Mn, dalam jumlah yang signifikan.

Klasifikasi Baja Karbon

A. Baja karbon (carbon steel), dibagi menjadi tiga yaitu;

Baja karbon rendah (low carbon steel) machine, machinery dan mild

steel

- 0,05 % - 0,30% C.

Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Penggunaannya:

- 0,05 % - 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets,

screws, nails.

- 0,20 % - 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings.

Baja karbon menengah (medium carbon steel)

- Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.

- Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong. Penggunaan:

- 0,30 % - 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles.

- 0,40 % - 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits,

screwdrivers.

- 0,50 % - 0,60 % C : hammers dan sledges.

Baja karbon tinggi (high carbon steel) tool steel

- Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % -

1,50 % C

Penggunaan

- screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers,

vise jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers, tools

15

for turning hard metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine

cutters.

σp = kekuatan patah, σu = kekuatan tarik maksimum, σy = kekuatanluluh, ef = regangan sebelum patah, x = titik patah, YP = titik luluh

STANDARISASI dan PENGKODEAN DARI BAJA KARBON

Standardisasi adalah proses merumuskan, merevisi, menetapkan, dan

menerapkan standar, dilaksanakan secara tertib dan kerjasama dengan semua

pihak. Standar Nasional Indonesia adalah standar yang ditetapkan oleh instansi

teknis setelah mendapat persetujuan dari Dewan Standardisasi Nasional, dan

berlaku secara nasional di Indonesia. Struktur penomoran SNI terdiri atas

serangkaian kode dengan arti tertentu yaitu berupa kode SNI, nomor unik, nomor

bagian dan nomor seksi, serta tahun penetapan. Kode SNI menyatakan bahwa

dokumen tersebut adalah Standar Nasional Indonesia. Sedangkan nomor unik

adalah identifikasi dari suatu standar tertentu yang jumlah digitnya sesuai

kebutuhan, minimal 4 digit dan diawali dengan angka 0. Nomor bagian

merupakan identifikasi yang menunjukan nomor urutbagian dari suatu standar

yang mempunyai bagian. Nomor seksi merupakan identifikasi yang menunjukan

nomor urut seksi dari suatu standar bagian tertentu.

Selain standarisasi nasional ada pula standarisasi dari Jepang yang biasa di

singkat dengan JIS( Japan Industrial Standart ) dan dari Amerika seperti ASTM

15

( American Society for Testing Materials ), AISI (Americal Iron and Steel

Institute) dan dari berbagai Negara lain.

Ada beberapa tipe standarisasi yang umumnya digunakan pada baja,

termasuk baja karbon, diantaranya adalah :

AISI (American Iron Steel Institute).

SAE (Society for Automotive Engineering).

JIS (Japanese Industrial Standard).

SNI (Standar Nasional Indonesia).

A. AISI-SAE

Standarisasi dengan sistem AISI dan juga SAE merupakan tipe

standarisasi dengan berdasarkan pada susunan atau komposisi kimia yang ada

dalam suatu baja. Ada beberapa ketentuan dalam Standarisasi baja berdasarkan

AISI atau SAE, yaitu :

Dinyatakan dengan 4 atau 5 angka:

1. Angka pertama menunjukkan jenis baja.

2. Angka kedua menunjukkan:

a. Kadar unsur paduan untuk baja paduan sederhana.

b. Modifikasi jenis baja paduan untuk baja paduan yang kompleks.

3. Dua angka atau tiga angka terakhir menunjukkan kadar karbon perseratus

persen.

4. Bila terdapat huruf di depan angka maka huruf tersebut menunjukkan

proses pembuatan bajanya.

Contoh standarisasi Baja karbon dengan AISI-SAE :

SAE 1045, berarti :

Angka 1 : Baja Karbon

Angka 0 : Persentase bahan alloy (tidak ada)

Angka 45 : Kadar karbon (0.45% Karbon)

B. JIS (Japanese Industrial Standard)

15

Standarisasi dengan sistem JIS merupakan salah satu tipe standarisasi atas

dasar aplikasi produksi dan grade (kualifikasi untuk aplikasi tertentu). JIS

standard dikembangkan oleh Japanese Industrial Standards Comitee yang

merupakan bagian dari Kementrian Industri dan Perdagangan Internasional di

Tokyo. Sama halnya dengan standarisasi AISI-SAE, standarisasi JIS juga

mempunyai beberapa ketentuan, diantaranya :

1. Diawali dengan SS atau G dan diikuti dengan bilangan yang menunjukkan

kekuatan tarik minimum dalam kg/mm2

2. Diawali dengan S dan diikuti dengan bilangan yang menunjukkan

komposisi kimianya.

3. Untuk golongan Stainless Steel biasanya menggunakan grade dari ASTM

dengan menggunakan kode huruf SUS diikuti dengan kode angka sesuai

dengan AISI atau SAE.

*) Contoh standarisasi baja karbon dengan JIS :

JIS G 5101 (Baja karbon cor).

JIS G 3201 (Baja karbon tempa).

JIS G 3102 (Baja karbon untuk konstruksi mesin).

JIS G 3101 (Baja karbon untuk konstruksi biasa).

C. SNI (Standar Nasional Indonesia)

Standarisasi SNI ini merupakan tipe standarisasi yang sama dengan JIS,

yaitu berdasarkan aplikasi produksi. Ada beberapa contoh standarisasi SNI pada

baja karbon yang umumnya terdapat di pasaran, diantaranya :

SNI 07-0040-2006 (Kawat baja karbon rendah).

SNI 07-0053-2006 (Batang kawat baja karbon rendah).

SNI 07-2052-2002 (Baja karbon untuk tulang beton).

SNI 07-0601-2006 (baja karbon dalam bentuk plat).

Mengenai struktur mesin baja karbon . logam campuran

Nomor

ukuran.

JIS ISO AISI

SAE

BS DIN NF ГOCT

15

Nama

Menge

nai

struktur

mesin

baja

karbon

. logam

campur

an

S10

CC10 1010 040A10·045A

10·045M10

CK10

·C10 XC10 -

S12

C- 1012 040A12 - XC12 -

S15

C

C15E4·C15

M2 1015 055M15

CK15

·C15- -

S17

C- 1017 - - XC18·XC18S -

S20

C- 1020 070M20

CK22

·C22- -

S22

C- 1023 -

CK22

·C22- -

S25

C

C25·C25E4·

C25M2 1025 070M26

CK25

·C25XC25 -

S28

C- 1029 - - - 25T

S30

C

C30·C30E4·

C30M21030

080A30·080M

30

CK30

·C30- 30T

S33

C- -

060A32·080A

32- XC32 30T

S35

C

C35·C35E4·

C35M2

1035.

1037

080A35·080M

36

CK35

·C35- 35T

S38

C- 1038 080A37 -

XC38·XC38H

1·XC38H235T

S40

C

C40·C40E4·

C40M2

1039.

1040

060A40·080A

40·080M40

CK40

·C40- 40T

S43

C-

1042.

1043080A42 -

XC42H1·XC4

2H240T

S45

C

C45·C45E4·

C45M2

1045.

1046

060A45·080M

46

CK45

·C45XC45 45T

S48 - - 060A47·080A - XC48·XC48H 45T

15

C 47 1·XD48H2

S50C

C50·C50E4·C50M2

1049 080M50CK50·C50

XC50 50T

S53C

1050.1053

080M52 - XC54 50T

S55C

C55·C55E4·C55M2

1055 070M55CK55·C55

XC55H1·XC55H2

-

S58C

C60·C60E4·C60M2

1060060A57·080A

57CK60·C60

XC60 60T

S09CK

- -045A10·045M

10CK10 XC10 -

S15CK

- - - CK15 C12 -

S20CK

- - - CK22 XC18 -

JIS G4105

baja chrome molybdenum

SCM415

- - - - - -

SCM418

18CrMo4·18CrMoS4

- - - 18CD4 20XM

SCM420

- - 708M20 - - 20XM

SCM421

- - - - - -

SCM430

- 4130 708A30 - 30CD430XM·30XMA

SCM432

- - - - - -

SCM435

34CrMo4·34CrMoS4

4135.4137

708A37·709A37

34CrMo4

34CD4·38CD4

35XM

SCM440

42CrMo4·42CrMoS4

4140.4142

708A40·708M40·709M40

708A42·709A42

42CrMo4

42CD4 -

SCM445

-4145.4147

708A47 - - -

SCM822

- - - - - -

Penggunaan Baja Karbon Dalam Teknik PertanianBaja karbon rendah/ low carbon steel/ mild stell :

Kandungan C = 0.1 – 0.2%

Penggunaan untuk bahan konstruksi, seperti :

Besi plat

Besi strip

Besi siku

15

Besi beton, dll

Kandungan C = 0.2 -0.3%

Digunakan untuk bahan pembuatan :

Mur

Baut

Paku keling

Baja tempa, dll

1. Baja karbon sedang/ medium steel :



Pipa

Kawat

Baja tempa, dll



Per (pegas)

Tambang baja

Kepala martil, dll

2. Baja karbon tinggi/ high carbon steel :



Per (pegas)

Mata pahat kayu

Mata gergaji kayu

Mata serutan kayu, dll



Mata pahat besi

Pelubang (pumcher)

Tap

Snei

Bahan pembuat poros, dll

15



Silet

Gergaji besi

Kikir

Tap

Snei, dll

BENTUK DAN HARGA YANG TERSEDIA DI PASAR

Kisaran harga di pasaran adalah sebagai berikut:

Baja Karbon dalam bentuk pipa

Panjang pipa : 6 meter

Diameter (inch) Harga / buah

6 Rp 30.000

15

8 Rp 38.000

10 Rp 68.000

12 Rp 91.000

16 Rp 162.000

19 Rp 228.000

22 Rp 305.000

25 Rp 392.000

Baja Karbon dalam bentuk besi beton

Panjang besi beton : 12 meter

Diameter (inch) Harga / batang

0.5 Rp 150.000

0.75 Rp 175.000

1 Rp 250.000

1.25 Rp 300.000

1.5 Rp 375.000

2 Rp 450.000

Sumber : Toko Amazon Jaya, Bogor

DAFTAR PUSTAKA

Surdia, Tata & Shindroku Saito. 1999. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta : PT. Pradnya Paramita.

Syuaib, M. Faiz. 2006. Kuliah Perbengkelan Modul Penuntun. Bogor: IPB

http://img.alibaba.com/photo/233416762/High_strength [26 November 2009 ; 19.05 WIB]

http://img.alibaba.com/photo/233416762/High_strength

15

http://www.emeraldinsight.com/fig [27 November 2009 ; 14.00 WIB ]

http://www.enican.com/LightSteelMicrostructure [27 November 2009 ; 14.05 WIB]

http://www.enican.com/LightSteelMicrostructure

http://www.emeraldinsight.com/fig

kandungan atom

Documents