MATERIAL TEKNIK

ENGINEERING MATERIAL

MODUL KULIAH JURUSAN TEKNIK MESIN

STTNAS YOGYAKARTA

Disusun oleh ;

DJOKO SUPRIJANTO

JURUSAN TEKNIK MESIN

STTNAS YOGYAKARTA

2008

ILMU BAHAN TEKNIK

1

Bahan teknik dapat dikelompokkan menjadi beberapa kelompok yaitu :

1. Bahan non logam

a. Organik

b. Mineral

c. Sintetis

2. Bahan logam

a. A. Logam ferro dan paduannya

b. Logam non ferro dan paduannya

3. Bahan komposit : gabungan dari serat dan matrik

BAHAN TEKNIK

LOGAM BUKAN LOGAM KOMPOSIT

LOGAM FERRO NON FERRO

Besi kasar Baja Besi cor Al & paduan Cu & paduanTimah, Nikel

Seng, Magnesi

Baja karbon baja paduan

Dural (Al-Cu) Al,Ni, Si

Kuningan perunggu bronze

baja

2

tahan panas baja ulet baja kek, tinggi baja perkakas

Dan karat (Cr,Ni ) Mn,Ni tinggi Mn.Ni,Cr tinggi Tu, Cr,Mo,Va

LOGAM FERRO

Logam ferro adalah logam dengan bahan dasar ferrum ( besi ) dengan rumus kimia Fe.

Dialam besi berupa bijih yang biasanya berujud oksida. Untuk mendapatkan besi maka bijih

dilakukan proses reduksi yaitu pengurangan oksigen

Bentuk-bentuk bijih ;

1. Berbetuk batu : Fe2O3 ( hematite),

Fe3 O 4 ( magnetit)

2Fe2O3 3H 2O ( batu besi merah)

2. Berbentuk pasir : Fe 3 O4 disertai TiO2 ( pasir besi hitam )

3. Berbentuk butiran halus cmapur tanah liat :

Fe CO3 ( sperosiderit)

Bijih besi biasanya disertai bahan pengiring, yang terdiri dari siliksat dan aluminat, batu

pengiring ( kotoran ) perlu dipisahkan agar proses reudksi pada pengolahannya efisien.

Pembersihan bahan pengiring dengan cara pencucian dengan talang bergoyang untuk

menghilangkan lumpur dan pemisahan magnetic untuk memisahkan bahan yang tidak

mengandung besi dengan pemisah magnetic

Pengolahan bijih besi yaitu dengan cara mereduksi oksid-oksid serta mencairkan bijih

dilakukan dalam Dapur Tinggi. Sebelumnya perlu dilakukan agar pengolahan bijih besi

berhasil dengan baik. Persiapan bijih besi sebelum masuk Dapur tinggi seperti dibawah:

1> Bijih yang berbentuk batuan dipecah dhulu smpai ukuran dengan diameter kira-kira 6

cm untuk DAPUR Tinggi 30 m, bahan bakar koas.Sedang untuk dapur tinggi 17 meter

ukurannya sekitar 3 cm bahan bakar arang kayu.

3

2> Bijih besi yang berupa pasir atau lebih halus dibuat sinter, yaitu butiran yang dibuat

dengan mencampurkan bijih dengan sebuk arang kayu atau kokas dan dipanggang

dalam dapur yang berputar. Disini terjadi reduksi tidak sempurna . Bijih besi setengah

meleleh, berputar putar lalu terjadi butiran bijih besi yang disebut sinter.

3> Bijih besi yang berbentuk ngat halus, lumpur diberi bahan perekatserbuk kokas dan tir

atau tetes dipres menjadi briket denga ukuran 6 cm. setelah kering dibakar dulu agar

gas yang ada dalam tetes atau tir hilang.

MACAM BIJIH BESI ;

1. Ferro Karbonat (Fe CO 3) mengandung 33 – 58 % Fe, tidak mengandung P,

berbentuk Kristal , warna kuning muda, dalam udara erbentuk Fe(OH)3 yang

berwarna birukehitam-itaman. Reduksinya mudah, di Indonesia tidak banyak.

2. Sperosideirt ( Fe CO3) berbutir halus , campur tanah liat,mengandung banyak P,

reduksi mudah. Kadar besi 34 %

3. Batu besi merah ( Fe2 O3 3 H2 O ) mengandng 35 % Fe, kebanyakan mengandung p

4. Hematit ( Fe 2O3 )mengandung 49 -69 % Fe, di Indonesia ada 2 macam :

a. Berbentuk batu , terdapat di Sulawesi Tengah :dengan susunan :

49 -69% Fe 0,0965 %S 0,041% P 0,30 %Ni

b. Berbentuk butiran halus campur tanah liat tedapat di teluk Bone dengan

susunan :

49 – 68% Fe 0,07% C 3,20% Cr 0,45% Mn 0,73% Ni

sedikit P

5. Magnetit ( Fe3 O4 ) mengandung 72 % Fe warna hijau kehitaman sedikit P reduksi

sukar harus dipanaskan lebih dulu ;

Fe3 O4 Fe 2 O3 + Fe O di Indonesia tidak banyak

4

6. Pasir besi hitam ( Fe3 O4 dengan Ti O2 sampai 11 %. Terdapat di pantai Cilacap

barat reduksi sukar.Bijih besi yang mngandung fe < dari 30% tidak dikerjakan

karena tidak menguntungkan

BAHAN BAHAN PERSIAPAN PENGOLAHAN BIJIH BESI DALAM DAPUR

TINGGI (BLAST FURNACE)

Karena ukuran Dapur dan kapasitasnya berbeda beda maka perlu dipesiapkan bahan

sebelum diolah dalam dapur tinggi. Pada dasarnya adalah gabungan dari proses reduksi

dan pelelehan Hasil utama Dapur tinggi berupa besi cair, sedangkan hasil sampingan berupa

gas dan terak.

Bahan yang diperlukan pada pengolahan bijih besi ;

1. Bijih besi yang telah diselesaikan ( dipecah, dicuci, sinter, briket0

2. Bahan bakar :

a. Arang kayu

Keuntungannya : tidak mengandung S dan P, kandungan S menyebabkan besi

rapuh panas, kandungan P menjadkan besi rapuh dingin

Kerugiannya : panas pembakarannya rendah 3000 kal/kg, tidak keras tidak

berpori , maka hanya untuk dapur tinggi kecil ( < 17 m)

b. Kokas : kokas diperoleh dengan pembakaran tidak sempurna batu bara

Keuntungan : Jumlah banyak, murah, harga kalor tinggi 8000 kal/kg

Kerugiannya ;mengandung S. Harus dipilih yang keras dan berpori-pori

5

3. Bahan tambahan, biasanya berupa batu kapur CaO atau CaCo3

Fungsinya untuk mengikat P dan S dan untuk melindungi oksidasi besi cair. Dalam dapur

tinggi batu kapur akan meleleh berupa terak. Berat jenis terak < dari bsi cair sehingga

terak akan mengapung diatas besi cair dan melindungi dai oksidasi udara.Disamping itu

semua kotoran diisap oleh terak sehingga didapatkan besi cair yang bersih.REAKSI

PEMBENTUKAN TERAK

Ca CO3 -- Ca O + CO2 pada 900o C

Fe S + CaO + C Fe + CaS + CO2

Fe S + CaO + CO Fe + CaS + CO2

P O + 3 CaO Ca 3 ( PO4 )2 TERAK

4.UDARA

Udara sebagai sumber oksigen melakukan pembakaran bahan bakar dan

menghasilkan gas CO sebagai bahan pereduksi hasil 300 ton besi kasar diperlukan 300 ton

kokas, 800 ton bijih besi dan 104 m3 udara. Agar pemakaian bahan bakar lebih hemat maka

udara dipanaskan dulu dalam pemanas Cowper sampai 900o C sebelum dimasukkan dalam

dapur tinggi.. Dengan cara ini dapat dihemat pemakaian bahan bakar sampai 20%. Jadi secara

umum perbandingan antara hasil besi kasar : bijih : bahan bakar : udara adalah 3 : 3 : 8 : 104.

Agar efisien maka pemanasn udara pada dapur pemanas Cowper memanfaatkan gas buang

hasil pembakaran dari dapur tinggi itu sendiri.

DAPUR TINGGI (BLAST FURNACE)

Dapur tinggi adalah suatu konstruksi pengolah bahan untuk mengolah bahan baku bijih

besi menjadi besi kasar.. Karena proses pada dapur tinggi merupakan proses gabungan dari

reduksi dan pelelhan bijih besi maka konstruksinya disesuaikan dengan fungsi tersebut.

Adapun proses yang tejadi dalam dapur tinggi seperti berikut.

6

Udara sebelum masuk kedapur dipanaskan dulu dalam pemanas Cowper sampai suhu

900o C. Selanjutnya udara dimasukkan kedalam dapur melalui tuyer yang akan terbakar

menjadi CO ( karbon monoksida ) Unsur ini akan meyerap asam dari oksid besi sehingga

berubah menjadi gas CO2. Akibat terikatnya asam maka bijih besi akan mejadi besi murni.

Pada saat yang bersamaan okigen ari udara yang ditiupkan akan membakar bahan bakar

sehingga menaikkan suhu sampai diatas titik leleh besi dengan sendirinya besi akan mencair.

Selama besi cair berada didalam tungku, lapisan terak yang mengapung diatasnya akan

melindungi besi tersebut dari proses oksidasi oleh udara. Disamping melindungi besi cair dari

oksidasi, terak juga berfungsi mengikat unsure P dan S serta kotoran yang berada didalam besi

mempunyai pengaruh jelek terhadap besi.

Pengeluaran hasil dapur tinngi berupa besi cair setiap 4 jam sekali melalui saluran

cerat, semmentara terak dikeluarkan lebih sering melalui saluran terak yang berada diatas

saluran cerat besi. Produksi terak volumenya tiga kali lebih banya dibandin volume besi cair

yang dihasilkan.

Bagian-bagian Dapur tinggi

a. Tungku :

Berbentuk tabung , dengan perbandingan Diameter : tinggi = 7 : 4, biasanya terbuat

dari pelat baja. Pada dasar tungku trerdapat lobang cerat yang fungsinga untuk

mengeluarkan hasil dapur tinngi secara berkala dengan mebuka sumbat tanah liat.

Dipertengahan tinggi tungku terdapat lobang terak untuk mengeluarkan terak, sedang

pada bagian atas tungku tedapat lobang udara ( tuyer untuk menghembuskan udara

pembakar dari pemanas Cowper.Arah lobang udara dibuat tangensial agar terjadi efek

pusaran udara sehingga dapat meratkan aliran udara keseluruh bagian dan cairan terak

terkumpul dan memisahkan dengan cairan besi. Lapisan dalam tungku berupa batu

tahan api dengan kwalitas baik karena mengalami pengaruh kimia dan bekerja pada

suhu tinggi. Tebal lapisan 1 – 2 meter agar panas tidak keluar

b. Hentian

7

Berupa kerucut terpancung membuka keatas, dibuat terlepas dengan bagian atasnya

agar saat penggantian batu tahan api mudah dilakukan. Karena disini tempat

dimulainya pelelehan besi maka harus dilapisi batu tahan api kwalitas baik.

c. Corong bagian yang paling panjang ukurannya. Karena tidak menderita panas tinggi

maka pelapisan dilakukan dengan batu tahan api kwalitas sedang. Pada daerah ini

terjadi proers pendahuluan yaitu proses pemanasa/ pengeringan bahan yang masih

mengandung air atau uap air dan gas.

Batu tahan api biasanya dibuat dari campuran silikat ( SiO2) dan aluminat (Al2O3 ).

Silikat mempunyai titik leleh yang tinggi maka batu api lebih asam,susunannya :

Al2Si2O2.2H2O, mengembangnya berkurang. Dapur yang memakai batu api ini tidak

boleh ditambahnkan Fe2O3 atau CaCO3 karena akan merendahkan suhu leleh. Batu api

sedang dibuat dari campuran kaolin baru dicampur bubuk batu api bekas silikat dan

aluminat dalam keadaan kering. Setelah dibuat adonan dengan air kemudian dipres

cetak dengan tekanan tinggi menjadi batu api, setelah dikeringkan dan dibakar. Batu

ini sering disebut chamot.

PROSES DAPUR TINGGI ( LIHAT GAMBAR )

8

Gambar 2.

DAPUR

TINGGI

DENGAN

PEMANAS

COWPER

HASIL DAPUR TINGGI

9

Hasil utama dapur tinngi adal besi kasar cair dengan prosen karbon 4,3% sampai

6,7 %

Sedangkan sebagai hasil samping berupa terak dan gas dapur tinngi.

1. Besi kasar cair.

Hasil dapur besi kasar cair dikeluarkan dicetak dalam cetakan menjadi ingot, atau

langsung dimasukkan kedalam Dapur baja untuk diubah menjadi baja. Besi kasar

belum bisa langsung dimanfaatkan menjadi komponen mesin atau bahan lain,

tetapi masih perlu dikerjakan lebih lanjut menjadi baja atau besi tuang . Ada dua

macam hasil besi kasar yaitu :

a. Besi kasar putih :

Mengandung banyak Mn, sedikit Si , dihasilkan pada suhu dapur yang sedang.

Karena Mn pada suhu tinggi mengoksid kembali maka besi jenis ini baik untuk

bahan baku pembuatan baja. Tidak baik sebagai bahan tuangan karena besifat

keras, getas dan lekas membeku/ laju pembekuan cepat. Maka jenis besi ini

biasanya langsung dikerjakan pada dapur Bessemer, Thomas atau Siemens

Martin.Jika % Mn 5 -25% isebut besi kaca. Bila Mn lebih dari 60 % disebut

ferro-mangan ( bahan inokulan )

b. Besi kasar Kelabu muda.

b.1 .Besi kasar kelabu muda : Berbutir halus denag Si : 0,5 – 1%. Baik untuk

membuat silinder blok mesin atau rangka-rangka mesin perkakas.

b.2 Besi kasar kelabu hitam

Berbutir kasar , baik sebagai bahan dasar besi tuang,/ besi cor, dengan jalan

menuangkan besi kasar cair kedalam cetakan pasir, sehingga SiO2 mudah

meresap kedalam pasir. Jika Si : 5 – 20% disebut ferro- silisium

10

2. Gas Dapur tinggi

Gas yang keluar dari dapur tinngi selama proses pencairan besi kasar bias

mencapai 5000 M3 tiap ton besi kasar yang dihasilkan. Gas ini msih cukup

ekonomis karena masih mempunyai nilai kalor 900 k.cal/M3. Biasanya digunakan

sebagai gas pembakar . Komposisi gas adalah :

30 – 35 % gas CO; 8 – 12 % gas CO2 ; 60 – 64 gas N2 ;

0,2 - 0,4 % CH4 ; 2 % gas H2

Karena masih mempunyai nilai kalor yang tinggi maka banyak digunakan untuk

pemanas Cowper, pembangkit tenaga listrik, pemanas dapur Thomas dan

Bessemer. Sebelum digunakan, gas dapur tinggi perlu dibersihkan secara basah

atau kering . Debu yang terbawa berjumlah 7% dari hasil besi kasar dan

mengandung 50% besi. Karena berupa butiran yang halus maka bisa dibuat briket

atau sinter, selanjutnya dicairkan dalam dapur tinggi.

3. Terak/slag

Terak dapur tinggi 0,6 – 1,5 ton setiap ton besi kasar yang dihasilkan. Sebagian

besar terdiri dari silikat, calsium dan aluminat.

Pemakaian terak :

1. Sebagai pengganti batu alam, untuk pengerasan jalan

2. Sebagai isolator panas dengan cara dibuat wool terwk, untk instalasi

pendingin atau pemanas.

3. Bila banayak mengandung P digiling halus dibuat pupuk phospat.

(Ca3(PO4)2

4. Digiling halus sebagai pengganti pasir pada bangunan beton

11

5. Dapat dibuat pasir terak dengan jalan menemburkan air saat keluar dari

dapur tinggi, dipakai campuran aspal untuk jalan dengan beban ringan.

6. Untuk mengisi lobang-lobang atu tanggul

DAPUR BAJA

Dapur baja bertujuan untuk menghasilkan baja yang akan dibuat sebagai bahan baku

konsrksi mesin maupun keperluan teknk yang lain. Pada dasarnya ada 3 jenis dapur baja

a. Dapur baja yang mengolah bahan baku besi kasar menjadi baja

b. Dapur baja yang mengolah besi baja bekas menjadi bahan baja

c. Dapur baja untuk mengolah aja paduan yaitu dengan menambahkan unsur-unsur

paduan dari bahan/logam lain untuk memperbaiki sifat baja

Sebelumnya diberikan pembagian logam ferro secara umum menurut kadar karbonnya;

a. Besi ( Iron ) , yang dimaksud adlah besi murni, tetapi tidak mungkin ad maka

diambil batasan logam ferro yang mengandung Karbon 0 -0,02 %

Sifat-sifatnya: lunak, mudah ditempa dan ditarik, mempunyai tegangan tarik

tinggi,

b. Baja (steel ) adalah logam ferro dngan kandungan karbon antara 0,1 -1,7 %,

semakin tinggi prosen karbon akan semakin keras dan semakin kuat.

Sifat-sifatnya : keras liat, tahan terhadap tarikan dan tekanan, dapat

dikeraskan/disepuh.

c. Besi cor/besi tuang (cast iron)

a. Besi tuang putih : mengandung 2,3 – 3,8% C. Bersifat keras dan getas ,

tidak dapat ditempa, baik untuk silinder tegangan tingi.

12

b. Besi tuang kelabu ; mengandung 3,8 -4,3 % C. Sifat : mudah dituang, getas

untuk bahan tuangan umumnya

d. Besi kasar ( pig iron) . mengandung karbon : 4.3 – 6,6% untuk bahan baja

Bahan besi dengan prosen karbon 1,7 -2,3 % tidak diproduksi karena tidak dapat dituang

maupun ditempa.

dpt. Ditempa Dpt dituang

0 0,3 1,7 2,3 3,8 4,3 6,6

Besi baja besi cor besi kasar

Pada dasarnya proses pada dapur baja adalah pembakaran unsur-unsur pengikut dan

pengurangan kadar karbon dari bahan baku. Ada beberapa macam dapur baja :

1. Dapur Pudel

2. Konvertor : Bessemer, Thomas, basic Oksigen , Basic acid

3. Dapur Siemens Martin/Open heart

4. Dapur Listrik.

5. Dapur Kruisible

DAPUR PUDEL

Dapur Pudel adalah Dapur Baja paling sederhana Proses pengolahan baja dilakukan

dalam dapur api dengan bahan bakar batu bara yang mempunyai nyala api panjang dengan

udara berlebih. Sebagai bahan baku adalah besi tuang putih. Lantai dapur dilapisi tanah liat

dan campuran Fe3O4. Pada pengolahan baja ini akan terbakar bahan-bahan yang ikut dalam

bahan baku, Mula-mula Si dan Mn baru C, isi tungku selalu diaduk sehingga selalu

bersinggungan baik dengan api. Dengan turunnya kadar C maka suhu cair baja akan turun,

karena temperatur dapur tidak lebih dari 1300oC maka baja akan menggumpal . Gumpalan

baja ini terus digulung/diaduk dengan pengaduk sehinnga teraknya keluar, selanjutnya

13

ditempa dengan hamer agar teraknya cepat keluar. Produk biasanya dibentuk tempaan batang-

batang baja yang disebut paket. Prosen karbon yang dikandung 0,05 % sehingga termasuk

baja karbon rendah, atau mendekati besi lunak. Sifat baja hasil dapur Pudel : baja lunak,

mudah dilas, tahan terhadap beban lentur dan puntir. Banyak dipakai untuk paku keling, baja

konstruksi bangunan. Bila akan dibuat baja dengan prosen karbon lebih tinggi dapat dipakai

besi tuang kelabu. Dapur dengan kapasitas 300 kg/ charge dapat dipakai 15 kali cerat selama

24 jam.

KONVERTOR BESSEMER

Biasa disebut konvertor Basic acid, Diketemukan oleh Bessemer ( Jerman ) tahun 1855.

Prosesnya adalah mengubah besi kasar cair menjadi baja dengan cara

mengoksidasi/membakar unsur-unsur dengan hembusan udara melalui logam cair. Konstruksi

dapur berupa tabung silindris/bulat dari pelat baja yang dilapisi batu api asam.(kwarsa).

Konvertor dapat diputar pada dua tap (poros pendek ) berlobang untuk mengalirkan udara

bertekanan 1,5 atmosfer melalui saluran-saluran udara didasar konverter. Diameter saluran 10

-30 mm.

14

Besi kasar cair dimaksukkan kedalam konvertor yang sudah dimiringkan posisinya. Udara

dihembuskan lalu konvertor ditegakkan dengan cepat. Terjadi reaksi pembakaran unsur

secara cepat dengan ditandai munculnya nyala api yang panjang dengan warna sesui unsur

yang terbakar. Proses oksidai berlangsung sekitar 20 menit. Setiap % unsur yang terbakar

pada besi kasar akan menaikkan suhu seperi dibawah :

Si : 196oC , P ; 120o C, Mn : 46oC , C ; 6oC

Secra teoritis suhu dapur akan semakin meningkat, tetapi biasanya tidak melebihi 2000o C.

/Karena Si merupakan unsure yang paling banyak menimbulkan energi panas maka Proses

Bessemer menggunakan besi kasar kelabu yang banyak mengandung Si. Udara yang mengalir

dalam besi cair segara mengoksidasi si, Mn, P dan C menjadi SiO2, Si O3Mn O,Co, CO2, P2O5, .

Lebih dulu Si dan Mn yang terbakar baru C. Terbakarnya unsur tersebut disertai suara

gemuruh dan warna api yang menyala terang dan panjang. Semakin rendah kadar C nya maka

nyala api akan semakin lemah dan akhirnya padam. Selama proses selalu timbul FeO.

Sebelum dituang dalam cetakan diadakan penelitian kadar Mn, C. . Sering ditambahkan ferro

mangan / besi kaca untuk memperbaiki sifat baja agar lebih ulet. Baja cair ditunangkan dalam

cetakan ingot melalui ladel/panci penuang.. Kapasitas dapur 20 – 30 ton . Tiap ton besi kasar

(pig iron) memerlukan udara penghembus sebanyak 350 m3 Proses Bessemer hanya bisa

15

dilakukan terhadap besi kasar yang tidak mengandung P dan S. Unsur P menyebabkan baja

rapuh panas, S menyebabkan baja rapuh dingin.

CONVERTOR THOMAS

Diketemukan oleh Thomas ( Inggris ) tahun 1878, untuk mengolah besi kasar putih

yang banyak mengandung P dan S. Walaupun P mudah terbakar tetapi hanya dapat

dihilangkan dari besi apabila oksid yang terjadi dapat diikat oleh bahan tambah yang bersifat

basa, biasanya kapur. Batu api pelapis dapur bersifat basa biasanya dolomite yang terdiri dari

unsur MgO dan CaO. yang dikempa dengan pengikat ter yang bebas minyak dan amoniak,

lalu dibakar. Pada proses Thomas dapat ditambahkan kapur bakar untuk mengikat P.

2P + 5 Fe O + 4 CaO (CaO)4.P2O5 + 5 Fe

Pada pengolahan dengan Convertor Thomas yang mula-mula dimasukkan adalah kapurnya

Keunggulan pengolahan baja dengan konvertor :

1. Produksi besar

2. Instalasi sederhana

3. Dapat diperoleh baja cair tanpa menggunakan bahan bakar

Keugiannya :

1. Tak dapat mencairkan baja bekas yang banyak

2. Tak dapat membuat baja istimewa/paduan

TANUR OKSIGEN BASA ( BASIC OXIGEN FURNACE)

Diketemukan oleh Linz Donovitz ( Perancis ) tahun 1900. Disini sebagai pembakar

ditambahkan hembusan oksigen kedalam besi kasar cair (65-80%), yang dicampur dengan

besi bekas (20-40%)

16

Besi bekas dimasukkan kedalam dapur yang dilapisi batu api basa. Besi kasar cair

dimasukkan kedalam dapur kemudian dihembuskan oksigen bertekanan yang dapat diatur

jaraknya terhadap permukaan besi cair. Oksigen yang dihembuskan akan menimbulkan nyala

dengan suhu mendekati 1650o C dan akan mengoksidasi unsur-unsur karbon, silicon dan

mangan. Proses mirip pada konvertor Bessemer dan Thomas, hanya waktunya lebih lama (45

menit) untuk 27 ton baja , karena adanya besi bekas yang ditambahkan dalam proses. Tiap ton

baja memerlukan 50 m udara hembus.

17

18

DAPUR SIEMENS MARTIN

Diketemukan oleh William Siemens ( Jerman ) dan Martin ( Perancis ) tahun 1865. Pada

dapur ini dapat mengolah besi bekas yang banyak maupun juga besi kasar cair. Untuk

mengadakan pembakaran dipakai gas yang sudah dipanaskan lebih dahulu.

Cara pemanasan gas. Dibawah dapur terdapat 4 ruangan yang berisi saluran saluran batu tahan

api, dua sebagai ruangan udara U1, dan U2 sedang yang dua sebagai ruangan ga G1 dan G2.

Ruangan ruang udara lebih besar disbanding ruangan gas. Mula-mula udara masuk ruang U1

dan gas masuk G1. Gas dan udara bertemu di dapur dan mengadakan pembakaran. Hasil

pembakaran merupakan gas panas masuk U2 dan G2. Disini gas menyerahkan panasnya

kesaluran-saluran yang terbuat dai batu api selanjutnya dibuang ke crobong. Setelah suhu

mencapai 900o C, arah aliran gas dan udara dibalik dengan membalik kelep , sehingga gas

masuk melalui G2 dan udara melalui U2 biasanya setlah 30 menit. Dengan demikian udara dan

gas yang masuk tungku suhunya lebih tinggi. Pembakaranselanjutnya menghsilkan suhu yang

lebih tinggi dari pembakaran mula-mula. Demikian seterusnya setian 15 - 20 menit arah

aliran dibalik. Dengan cara ini dapat dicapai suhu 1700 – 1800o C sehingga cukup untuk

melebur besi bekas yang banyak. Kapasitas dapur dapat mencapai 350 ton, lamanya proses 4 –

7 jam. Dapur ini sering disebut dapur terbuka/tanur terbuka (open hearth)

19

Keuntungan dapur Siemens Martin :

1. Dapat mengerjakan besi bekas yang banyak

2. Dapat dilakukan penelitian susunan bahan dari baja karena prosesnya lama

3. Kemungkinan dapat membuat baja paduan

Kerugiannya:

1. Waktu yang diperlukan lama

2. Instalasinya mahal

DAPUR LISTRIK

Dapur listrik dipakai untuk mencairkan bahan baku dengan tenaga listrik sebagai

sumber panasnya. Pada dapur ini tidak ada kontak langsung bahan baku dengan bahan bakar.

Pada prinsipnya dapur listrik hanya sebagai alat untuk mencairkan bahan baku. Dengan

sendirinya tidak ada perubahan komposisi pada bahan, sehingga perhitungan prosentase bahan

sudah diperhitungkan secara cermat.

Keunggulan dari dapur listrik

1. Bersih, tidak ada kotoran dari pembakaran

2. Mudah pengaturan panasnya

3. Temperaturnya tinggi ( 3500 o C) , baik untuk logam paduan

Kerugiannya :

1. Aliran listriknya besar, sewa listrik mahal, biaya oprasi mahal

2. Instalasi mahal

Macam-macam dapur listrik :

1. Dapur busur cahaya

2. Dapur induksi

20

DAPUR BUSUR CAHAYA

Dapur busur cahaya mendapatkan tenaga panas dari busur yang muncul diantara elektroda .

ada 2 macam yaitu

a.Dapur busur tak langsung karena panas dari busur yang timbul dari elektroda

dipancarkan secara radiasi kelogam sehingga mencair Contoh Dapur Stassano

( sudah jarang dipakai karena tidak efisien ). Busur listrik diatas bahan baku.

b. Busur langsung : busur listrik timbul dari electrode ke elektroda lain melalui bahan .

Contoh Dapur Girod , Satu elektroda kabon dibagian atas dan 6 eletroda didasar

dapur dimana ada bahan baku. Busur listrik muncul dari elektroda karbon ke baja

cair. Kapasitas dapur mencapai 15 ton dengan waktu pencairan 4 jam. Pemakaian

energy listrik antara 600 -850 KW jam tiap ton baja.

Contoh lain Dapur Heroult. Mempunyai 2 atau 3 elektroda karbon dengan listrik arus

bolak-balik bertegangtan 250 Volt., arus bebearpa ribu Ampere. Arus begerak dari

elektroda ke baja cair, baja cair – ke elektroda. Diameter elektroda 305-405 mm,

Kapasitas dapur mencapai 30 ton

21

22

23

\

DAPUR INDUKSI

Prinsip : menimbulkan induksi dialam cairan besi, sehingga timbul panas

dalam cairan besi sendiri. Dinding dapur hanya terpengeruh kecil dari arus listrik.

Banyak dipakai arus bolak-balik melelui tranformator ke lilitan primer. Sebagai lilitan

sekunder adalah cairan baja itu sendiri. Karena arus induksi ini maka akan terjadi

aliran didalam cairan besi yang akan sangat baik pengaruhnya terhadap prosoe

pengolahan baja. Aliran logam cair menyebabkan campuran yang homogen dengan

memepercepat laju pencairan bahan secara merata.Proses ekonomis jika dipakai pada

kapasitas produksi 15 ton. Contoh Dapur Rolling Raudenhauser. Biasanyadipakai

lilitan primer brupa kawat ( nikelin ) untuk menaikkan efisiensi panas yang timbul.

Dapur induksi frekensi tinggi untuk mencairkan bahan dengan tahanan listrik yang

tinggi seperti baja, nikel, sedangakan dapur induksi frekwensi rendah banyak

digunakan untuk mencairkan bahan logam ringan seperti Aluminium.

DAPU KOWI

Dapur kowi merupakan dapur peleburan baja yang paling sedrhana dngan

kapasitas kecil kurang lebih 50 kg . Kowi dibuat dari campuran tanah liat ( kaolin )

dngan semen api kemudian dibakar . Dapur ini sering dipakaimuntukmelebur bahan

logan non ferro. Sebagai bahan bakar bisa dipakai kokas atau arang kayu. Pada

keadaan tertentu serimh dipakai bahan bakar minyak. Tetapi pada dapur ini sering

menghyasilkan baja yang tidak bersih karena terkontaminasi oleh bahan bakar selama

terjadi proses pembakaran.

24

DAPUR KUPOLA

Untuk menghasilkan besi cor ( cast iron ) dapat dipakai dapur Kupola , karena proses

dan konstruksinya sederhana serta porduksi yang cukup baik (15 Ton). Selama proses logam

cair langsung bersentuhan dengan bahan bakar dan dinding batu api, sehingga kemungkinan

terjadi kontaminasi selama proses. Untuk itu perlu pengendalian mutu secara cermat. Untk

besi cor paduan dan besi cor khusus sulit dikontrol kompossisi dan suhunya maka biasanya

Kupola hanya untuk menghasilkan tuangan biasa dengan kwalitas sedang, untuk kwalitas

khusus dan padunag kurang baik.

Konstruksi dapur terdiri dari silinder logam tegak lurus yang disangga tiang-tiang penyangga,

dan lapisan batu tahan api didalamnya. Diameter dalam Kupola antara 0,3 – 2 meter

25

tergantung kapasitas yang diinginkan. Dasar dapur dapat dibuka untuk melakukan perbaikan

lapisan batu tahan api dan perbaikan lapisan pasirnya.

Pintu pengisian bahan yang diolah ditengah-tengah ketinggian dapur untuk

memasuknan bahan secara berlapis-lapis. Dibagian bawah dapur terdapat lobang udara,

lobang terak, dan lobang cerat untuk mengeluarkan besi cair. Lobang terak dibuat lebih rendah

daripada lobang udara agar tidak tertutup, sementara lobang cerat dibuat dengan kemiringan

5o. Udara pembakar ditampung dalam kotak angin yang mengambil panas dari dapur.

Kemudian udara yang sudah panas dialirkan ke lobang udara melalui tuyer tuyer ang

dipasang secara radial didinding dapur

Bahan bahan yanbg diolah dalam dapur kupola adalah scrap baja, pig iron , kokas dan

batu kapur. Perbandinga berat bahan muatan dapur adalah 1 bagian kokas dengan 8 bagian

besi. Pada dasar dapur sebelum proses dimulai diisi alas kokas agar dapat menyediakan panas

yang cukup ujtuk memcairkan logam. Untuk setiap ton besi memerlikan kapur 40 kg sebagai

bahan pengikat terak( kl 3%), sedangkan udara pembakar yang dibutuhkan untuk setiap ton

besi sekitar 800 m3 dengan tekanan 1/3 atmosfer. Pemaukan udara tidak boleh terkalu banyak

agar , kalau terlalu bnayak justru akan menurunkan suhu dapur, sehingga pencairan kurang

sempurna, Yang dimaksud dengan skrap adalah baja /besi bekas, tatal atau sekrap balik, yaitu

potongan saluran tuang dll.

Suhu yang dapat dicapai adalah 1540 o C dengan waktu cerat 20 -30 menit, dan

kapasitas 15 ton besi tiap hari. Untuk memperbiki kwalitas coran sering ditambahkan Fe-Si

atau Fe-Mn sebagai inokulan , yang akan memperbaiki sifat bahan tanpa mengubah komposisi

kimianya.

26

27

BAHAN-BAHAN NON LOGAM

Dalam teknik mesin banyak sekali bahan non logam dipakai sebagai pelengkap atau

penggati logam. Umumnya prosentasenya lebih sedikit dibanding bahan utama konstruksi

mesin yaitu logam.

Beberap bahan yang dipakai antaralain :

1. KERAMIK

Keramik dalam bahan tekniuk tidak hanya meliputi bahan dari tanah liat saja atau sejenisnya.

Keramik bisa bwerupa senyawa logam dan non logam. Keramik biasanya berupa ikatan

kristalin hanya ikatan anta atomnya berupa ikatan kovalen atau ionik karena itu keramik

sangat stabil tidak gampang terpengaruh oleh lingkungan. Bandingkan dengan ikatan organik

atau biologik (serat kayu), palstik (polimer), yang sangat rentan terhadap pengaruh dari luar

terutama suhu dan kimia.

Biasanya keramik terdiri dari dari berbagai oksida , karbida silikat dll. Beberapa jenis

keramik mempunyai arti penting yang banyak dipakai dlam teknik antara lain :

- Refraktory ( batuy tahan api )

- Glass ( kaca )

- Abrasif

- Cement

1.1 Refraktory

Batu tahan api banyak dipaki pada konstruksi peleburan yang menggunakan suhu

tinggi selama operasinya.

28

Sifat batu tahan api adalah

- mempunyai ketahanan terhadap suhu tinggi

- sifat yang tetap satabil

- konduktivitas panas yang rendah.,

- kuat, keras tetapi getas.

Menurut sifat kimianya batu tahan api dibagi menjadi :

1. Batu tahan api asam ( acid refractory)

Biasanya terbuat dari Quartz yang mengandung bnyak silika ( Si O2 ) Titik lebur 1690

– 1730 0 C mulai melunak pada suhu 15500 C digunakan pada convertor Bessemer,

dan Dapur lain yang mempunyai basis Acid lining.

2. Batu tahan api Basa ( Basic refractory)

Banyak mengandung Magnesia (MgO) Dibuat dari dolomit dan atau magnetit. Batu

dolomit dapat tahan sampai shu 188 C 1950 C

3. Batu tahan api netral (neutral refractory)

Banyak mengandung Alumina ( Al2 O3) dan silika ( SiO2) Terbuat dari kaolinit, tahan

sampai suhu 1600 - 1700 C

Disamping itu jga sering dibagi menurut kandungan senyawa yang paling dominan maka

sering disebut batu tahan api silika, alumina, magsnesia chromit dll.

1.2 . Kaca ( Galss )

Kaca banya dipakai karena sifatnya yang transparan, non yoxit, inert, (tidak bereaksi

dengan berbagai bahan kimia) tidak menyebabkan kontaminasi dan cukup kuat/keras. Kaca

dibuat dari cmouran berbagai oksida. Pada umumnya kaca adalah non kristalin/amorph.

Atom/molekulnya tidak tersusun menurut pols tertentu seperti logam tetapi sebagi jaringan

tiga dimensi nyang acak . Sebagian dari oksida berupa glass former yatitu yang membentuk

network kaca., sebagian sebagai modifier dan intermediate. Glas former SiO2, P2O5, B2O3 dll.

Modifier ; Oksid alkali dan alkali tanah sementara sebagai intermediate adalah oksida

alumina, berilina, titania dan zirconia. Sebagian dari modifier berguna untuk menurunkan

29

sebagai flux yang menururnkan suhu pelunakan kaca sehingga kaca cair masih dapat

dikerjakan dengan temperatur yang rendah, Tetapi kalau mterlalu banyak flux akan

menurunkan daya tahan terhadap reaksi kimia ( ingat unsur flux dapat bereaksi dngan zat lain

dalam hl ini kaca dapat larut. Biasanya untuk mengurangi efek ini ditambah oksida sebagai

stabiliser. Pembentukan kaca dengan banyak dilakukan dengan cara penuangan moulding )

kedalam model atau peniupan (blowing). Kaca dapat dibentuk sebagai serat ( fibre 0 dengan

cara menarik filamen kaca yang masih kental (Continous filament proces) atau dengan

memasukkan kaca cair kedalam piringanyang berputar ( Crown proces ) akan diperoleh serat

gelas yang pendek yang biasa disebut glass woll ( isolator panas ) Fiber glass mempunyai

kekuatan yang tinggi sampai 600 Mpa sehingga banyak dipakai sebagi serat pada pembuatan

komposit sebagai penganti logam pada konstruksi mesin.

Dibawah ini beberapa jenis kaca yang sering dipakai didalam teknik :

Soda lime glass.

- Merupakan kaca yang paling banyak dipakai karena harganya murah

- Tahan kegetasan

- Relatip tahan air

- Mudah dihot work

- Tahan terhadap bahan kimia

Banyak dipakai pada kaca cendela, botol, bola lampu, dan beberapa instalasi teknik kimia

Dengan low table ware

Lead glass :

Sering disebut flint glass, yang banyak dipakai untuk konstruksi dengan high quality

table ware. Pemakaian : keperluan optik, tabung lampu iklan, dan untuk benda seni. Bnayak

mengandung timbal ( sampai 80 % ) . Untuk kaca optik yang sangat gelap dan uyntuk

pelindung dari X ray. Sifat sifat Lead glas yang menonjol :

- Titiklebur rendah

30

- Mudah dihotwork

- Tahanan listrik tuinng

- Index bias tinggi

Borosilicate glass

Dikenal dengan nama pyrex . Bnayak digunakan untuk industri pipa, galas ukuran, alat

laboratorium, isolator listrik, dan beberapa keperluan rumah tangga. Sifat-sifatntya :

- sangat stabil terhadap bahan kimia

- Sngat tahan terhadap themal sochk

- Tahanan listrik tinggi

High silica glass

Kaca untuk keperluan khusus sehingga harganya sangat mahal. Sifat-sifatnya :

- Sangat tahan terhadap thermal sock dan temperatur tinggi ( sampai 900 0 )

2. ABRASIVES

Abrasive adalah bahan yang digunakan untuk menghaluskan permukaan bahan lain

dengfan cara menggosokkkan bahan abrasiv pada permukaan yang dihaluskan sehingga

terjadi pengikisan. Bahan abrasiv digunakan untuik batu grinda, kerytas gosok atau

serbuk/pasta. Besarnya butiran ditunjukkan dengan besarnya angka mess. Semakin besar

angka maka semakun banyak butiran yang mengisi setiap satuan luas sehingga butirannya

makin kecil. Biasanya dtunjukkan dengan jumlah butirna tiap inci persegi. . Bahan abrasiv

terbuat dari berbagai oksid yng sangat keras sepertyi Alunmina, slsica, slsicon caebide,

mtungten carbide dll. Dengan perekat tertentu dibentu menjadi batu grinda atau dilapiskan

pada kertas (amplas) atau dalam bentuk pasta, (Autosol). Pada keadaan tertentu dapat

dibentuk sinter menjadi sisi alat potong ( Widia )

31

3. CEMENT ( SEMEN )

Semen adalah semacam bahan perekat, beupa serbuk yang bila dicampur dengan air

akan menjadi pasta. Setelah didiamkan beberapa sat (6 jam) akan mengeras. Untuk menjadi

keras ada yang memerlukan banyak air misal Portland cement, ada yang tidak memerlukan

tambahan air seperti kapur bubuk ( Ca (OH)2 ) dan gips ( Ca SO4)

Kapur bubuk dibuat dngan memanggang (calcining) batu kapur (CaCO3) pada

temperatur 1000 C sehingga berdekomposisi menjadi gamping CaO . Dengan menyiram CaO

dengan air akan diperoleh Ca (OH)2 bertupa serbuk. selanjutnya banyak dipakai pada

kontruksi bangunan gedung dll.

Semen yang paling banyak dipakai adalah Portland semen . Pembuatannya dengan

bahan batu kapur dan tanah liat yang dihaluskan dan dibakar dalam kilang berputar ( rotary

Kiln ). Ini menyebabkan bahan-bahan tersebut berfusi menjadi clinker yang keluar berbentuk

bola-bola. Clinker ini dicampur dengan gips dan dihaluskan menjadi serbuk halus.. Komposisi

portland semen terdiri dari bweberapa macam oksida silikat, aluminat dll. Semakin banyak

aluminat maka akan mempercepat pengerasan, Biasanya 24 jam sudah keras, tetapi keras

sempuran biasanya 28 hari ( umur beton)

4. PLASTIK ( POLIMER )

Pada dasarnya plastik adalah senyawa organik sebagai gabungan molekul besar dan

kecil yaitu senyawa karbon, hidrogen oksigen dan nitrogen.

Beberapa sifat kahas plasytik adalah :

1. Ringan, dengan berat jenis 1,1 -1,6 ( logam paling ringan MG = 1,75 )

2. Penyekat panas dan listrik yang baik

3. Surface finish dapat diperoleh langsung dari cetakan

4. Dapat diberi beberapa warna langsung tanpa cat atau transparan

5. Kekuatan rendah

6. Ketahanan panas yang rendah

7. Stabilitas kurang baik

32

Sesuai dngan sifatnya maka plastik cocok untuk beban rendah dengan konduktivitas panas dan

listrik yang baik, sebagai exterior, interior dan cashing sangat luas penggunaannya.Juga

dipakai sebagai peredam getaran/ suara yang baik. Pada kondisi tertentu dapat dipakai

sebagai pengganti logam

Molekul palstik sebagai senyawa organik merupakan rantai ikatan kimia ”mer” maka

sering disebut polimer, maka nama-nama plastik selalu pakai poli. Pole vinil Chlorida (PVC),

polyethilene, polytetrafluorthylene dll.

Beberapa jenis plastik :

Thermosetting palstics : plastik yang segera mengeras setelah mencapai temperatur

pembentukannya, dan selanjutnya tidak dapat tidak akan menjadi lunak walaupun dipanasi

kembali. Plastik ini tidak dapat dibentuk ulang

Thermoplastic plastics : plastik yang akan menjadi kuat jika sampai temperatur

( kamar ) dan akan lunak kembali jika diberi pemanasan. Plastik jenis ini dapat dibentuk

berulang-ulang.

Phenolic Melanic termasuk bahan thermosetting, tahan panas , tahan air, tidak

bereaksi dengan bahan kimia isolator listrik yang baik

Epoxy. Ulet, tangguh , elastis tidak bereaksi dengan zat kimia, kestabilan dimensa

cukup baik banyak digunakan untuk keperluan listrik, bahan coating, perekat, jig, forming

dies mudah dibentuk pada tempeatur kamar

Acrylic, thermopalstik palstics transparan cuckup kuat tahan impact, dan lenturan

isolator yang baik mudah diberi warna, tahan berbagai zat kimia. Acrilyc secara optic paling

transparan dari semua jenis plastik. Tapi kerburukannya mudah tergores. Dikenal dengan

nama Lucite dan Plexiglass.

Nylon, theroplastis palstics, tahan abrasi dan dimensi baik, ulet, RG relatip mahal .

Kofisian gesek sangant rendah maka baik dipakai sebagai bantalan. Banyak dipakai sebagi

tekstile , tali, senar dll

33

Sesuai dngan sifatnya maka plastik cocok untuk beban rendah dengan konduktivitas panas dan

listrik yang baik, sebagai exterior, interior dan cashing sangat luas penggunaannya.Juga

dipakai sebagai peredam getaran/ suara yang baik. Pada kondisi tertentu dapat dipakai

sebagai pengganti logam

Molekul palstik sebagai senyawa organik merupakan rantai ikatan kimia ”mer” maka

sering disebut polimer, maka nama-nama plastik selalu pakai poli. Pole vinil Chlorida (PVC),

polyethilene, polytetrafluorthylene dll.

Beberapa jenis plastik :

Thermosetting palstics : plastik yang segera mengeras setelah mencapai temperatur

pembentukannya, dan selanjutnya tidak dapat tidak akan menjadi lunak walaupun dipanasi

kembali. Plastik ini tidak dapat dibentuk ulang

Thermoplastic plastics : plastik yang akan menjadi kuat jika sampai temperatur

( kamar ) dan akan lunak kembali jika diberi pemanasan. Plastik jenis ini dapat dibentuk

berulang-ulang.

Phenolic Melanic termasuk bahan thermosetting, tahan panas , tahan air, tidak

bereaksi dengan bahan kimia isolator listrik yang baik

Epoxy. Ulet, tangguh , elastis tidak bereaksi dengan zat kimia, kestabilan dimensa

cukup baik banyak digunakan untuk keperluan listrik, bahan coating, perekat, jig, forming

dies mudah dibentuk pada tempeatur kamar

Acrylic, thermopalstik palstics transparan cuckup kuat tahan impact, dan lenturan

isolator yang baik mudah diberi warna, tahan berbagai zat kimia. Acrilyc secara optic paling

transparan dari semua jenis plastik. Tapi kerburukannya mudah tergores. Dikenal dengan

nama Lucite dan Plexiglass.

Nylon, theroplastis palstics, tahan abrasi dan dimensi baik, ulet, RG relatip mahal .

Kofisian gesek sangant rendah maka baik dipakai sebagai bantalan. Banyak dipakai sebagi

tekstile , tali, senar dll

34

Polystirene, thermopalsts plastics, stabilitas dimensi baik, menyerap air sedikit,

isolator listrii terbaik, mudah terbakar dan bereaksi dengan asam.

Vinyl, dapat dibuat dengnan bentuk titps yang elastis, seperti karet sampai bentukj

kekar/kaku. Ulet, flexibele tidak mudah rapuh. Jenis yang kaku /kekar mempunyaim stabilitas

dimensi yang baik dan tahan air.

Polythilene dan poli carbonat dieknal karena mempunyai ketangguhan dan kekuatan

yang tinggi mendekati baja dan sebagao isolator listrik yang baik

Silicone , merupakan plastik yang unik karena rantai molekulnya berselang seling

dngfan non organik jadi gabungan semi organik. Dikenal sebagai bahan sangat tahan panas

dan sifat dielektrik yang tinnggi dan penyerapan kelembaban yang rendah.

Urea formldehyde, thermosetting seperti penolic tetapi dapat dibuat warna terang.

Fluorocarbon. Dikenal inert terhadap bahan kimia tahan tempeertur tinggi dan

koefisen gesek sangat rendah. Banyak digunakan untuk non-lubricatted bearingdan lapisan

nonstick ( anti lengket) pada alat masak dan setrika ( Ingat lapisan hitam pada panci teflon )

KOMPOSIT

Bahan komposit : to compose= menyusun, menggabung

Composit : besifat gabungan, susunan

Bahan komposit : Gabungan secara makro

Gabungan makro : `

- bisa dilihat, dibedakan

- lebih secara fisis, mekanis

- bisa dipisahkan lagi secara fisis. Mekanis.

Gabungan mikro :

- tidak bisa dibedakan/dilihat

35

- lebih secara chemis

- pemisahan sulit secara chemis, contoh paduan logam

Pada dasarnya komposit adalah susunan atau gabungan dua atau lebih bahan yang membentuk

susunan secara makro, yang mempunyai sifat yang lebih baik atau yang tidak dipunyai oleh

masing-masing bahan penyusun. Sifat-sifat yang bisa diperbaiki adalah :

- Kekuatan

- Kekakuan

- Ketahan korosi

- Keahanan aus

- Keindahan

- Berat

- Sifat-sifat lelah

- Sifat pada temperatur tinggi/rendah

- Isolasi panas

- Konduktivitas panas / listrik

- Isolasi akustik

Tidak semua sifat-sifat tersebut dapat diperbaiki dalam satu bahan.

Komponebn pokok komposit adalah serat sebagai bahan penguat/reinforment matreial dan

matrik sebagai bahan pengikat. Serat mempunyai sifat keras,kuat, getas, tidak bebrbetuk,

tidak bisa langsung dipakai sebagai bahan teknik yang bisa menahan beban, sementar matrik

bersifat lemah, liat. Apabila bahan matreikdan serat disusun dalamperbandingan yang tepat

dpat menghasilkan bahan yang mempunyai kekuatan tertentu yang dapat direncanakan.

Klasifikasi dan karakteristik bahan-bahan komposit:

BAHAN BAHAN SERAT

1. Serat gelas ( silika) SiO2

- Serat yang pertama kali dipakai sebagai bahan penguat

- Harganya murah

- Jenis-jenisnya :

36

E glass dg komposisi :

52,4% SiO2 - 4,6 % MgO

14,4% Al2O3, Fe2O3 - 9,6% Na2O,K2O

17,2 % CaO - 0,9% BaO3

Sifat : - penghantar listrik, kekuatan dan kekakuan tinggi

C glass dg komposisi :

:64,,4% SiO2 - 3,3% MgO

4,1% Al2O3, Fe2O3 - 0,8 % Na2O,K2O

13,4 % CaO - 10,6% BaO3

sifat : - Tahan korosi dibanding E glass

- lebih mahal

- lebih kecil kekuatnnya

S glass dengan komposisi ;

:64,,4% SiO2 - 10,3% MgO

25,0% Al2O3, Fe2O3 - 0,3 Na2O,K2O

Sifatnya : Modulus lebih tinggi

- lebih tahan terhadap suhu dan lebih mahal dari E glass

o S glass, x 30% lebih kuat dari E glass, harganya lebih mahal

2. Serat grafit /kabon: serat yang paling banyak dipakai untuk advanced

- Lebih kuat tetapi lebih mahal dari serat gelas apabila diproduksi massal lebih

murah

3. Silikon Carbide (SiC) Untuk temoeratur tinggi

- Diameter kecil ( 20 -50 nm ), panjannya 0,03 mm harganya mahal

4. Kevlar, Spectra, serat khusus yang dapat dibuat tipis dan sangat kuat

BAHAN-BAHAN MATRIK

Fungsi matrik :

37

1. Mengikat serat

2. Melindungi serat

3. Membagi dan menerus beban dari luar ke serat

4. Menahan getaran yang timbul saat terjadi pembebanan

Untuk itu serat harus bisa melekat pada matrik, dan meratakan beban yang ada, matrik harus

kompatibel yang tidak bereaksi dengan lingkungan, biasanya dipilih yang tahan terhadap

pengaruh suhu.

Macam-macam matrik :

Epoxy polyster: matrik utama yang paling bayak dipakai pada suhu rendah (150o C)

Polimer (plastik) paling banyak dipakai

Termoset : plastik yang tidak bisa diubah karena panas , tidak bisa di recycle

Themoplastik : berubah karena panas, bisa diresycle

Keramik- tahan temperatur tinggi

SiC atau SiN than sampai 1600o C getas

Logam : Al. Ti, Mg, Baja, Karet dll

Pemakaian komposit sangat luas. Hampir semua bidang menggunakan komposit sebagai

bahan alternatip. Suatu contoh , bahan pesawat B 757 1350 kg komposit, 30 % exterior adalah

komposit . banyak komponen otomotif yang menggunakan bahan komposit karena mudah

dibentuk, ringan tahan suhu tinggi dan tidak korosif.

Nama-nama komposit :

Plastik + gelas = plastik yang diperkuat dengan serat gelas ( glass fiber reinforced

plastic) (=GFRP)

Plastik + Karbon = CFRP

Istilah umum serat penguat dan matriknya :

38

FRP = Fiber Reinforced Plastik

FRM = Fiber Reinforced Metal

FRR = Fiber Reinforced Rubber

FRCr= Fiber Reinforced Ceramic

MMC=Metal Matrik Composit

Klasifikasi Komposit:

- Fibrous komposit : fiber didalam matrik = kayu

- Laminat composit : terdiri dari beberapa lapisan material

- Particular komposit : terdiri dari partikel-partikel dalam matrik

- Kombinasi diatas : contoh beton bertulang (laminate fibrous Reinforced composit )

FIBROUS COMPOSIT :

Fiber yang panjang lebih lebih kuat dan lebih kaku dibanding dngn fiber berbentuk ”bulk”

pendek. Fiber mepunyai struktur

Fiber : - punya perbandingan diameter denagn panjang yagng besar

- Dimeter mendekati ukuran kristal

- Perbandingan kekuatan dan kekakuan terhadap density besar

Whisker:

- Perbandingan diameter dan panjang rendah

- Lebih sempurna daripada fiber

PARTICULAR COMPOSITE

Bahan partikel fiber dan matrik bisa metal atau non metal

Non metal dalam non metal : semen dan agregrat

Metal dalam non metal : bahan penghalus , autosol, cat metalik

Metal dalam metal : Baja + Al ; SiC + Al

39

Non metal dalam metal : Keramik + Al

Proses pembuatan nya:

Metal : metal cair dialirkan kedalam sistem fiber yang telah diatur dengan perekatan difusi

atau pemanaasan

Karbon : Fiber dapat direkat bahan karbon dengan pemanasan sehingga terjadi karbonisasi

Keramik : Keramik cair dituang dalam fiber yang telah diatur orientasinya.

LAMINATE COMPOSITE

Bimetal : Termostat

Pelapisan metal : Kawat Al dilapisi tembaga

Laminate glass : lapisan untuk kaca pengaman

PROSES CURING :

Mempercepat reaksi kimia dengan panas dan atau tekanan (Polimerisasi bahan matrik)

- Pressure bag

- Vacum bag

- Autoclave ( panas dan tekanan)

( melepas udara yang terjebak dan exses resin )

Chemical hardening : dalam pembuatan komposit banyak dipakai resin epoxy sebagai bahan

matrik sehingga dalam pencetakan bentuk sering bermaslah dengan kekentalannya. Maka

perlu tekanan dan suhu agar distribusi dapat merata sebelum matrik membeku sempurna.

Proses curing akan berlangsung cepat dengan temperatur yang tinggi , dalam hal ini

Temperatur diperlukan karena :

1. Banyak hardener/katalis pengeras tidak bereaksi dibawah suhu kritis

40

2. Memobilisasi molekul matrik agar bereaksi sempurna

3. Membuang solven dan air , ini dilakukan sebelum tekanan diberikan

4. Memberi kesempatan kepada resin agar bisa mengalir terdistribusi merata

Tekanan diperlukan :

1. Mendapatkan perekatan antar fiber dan matrik secar optimum

2. Menekan kelebihan ( exses) resin

MATUR NUWUN

41