MAKALAHTEKNOLOGI BAHAN IBAHAN BESI DAN BAJA

DISUSUN OLEH :A. HAIDAR ILHAMY(125060100111035)DEFRI ARYA U.(125060100111033)RIZKI WAHYU F.(125060100111034)RONNY SETIAWAN(125060100111032)

JURUSAN TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS BRAWIJAYATAHUN AJARAN 2012/2013BAHAN BESI DAN BAJA

Besi sendiri merupakan bahan logam yang diperoleh dari proses pemurnian bijih besi. Dalam prosesnya, bijih besi diolah dalam dapur tinggi (tanur) yang akan menghasilkan besi kasar yang merupakan bahan baku untuk pembuatan besi cor / tuang (cast iron), besi tempa (wrought iron) serta baja (steel).Sebagai bahan dasar besi, bijih besi diambil dari alam melalui proses penambangan terbuka maupun dengan pembuatan terowongan - terowongan. Selain mengandung unsur utamanya yakni besi (Fe), dalam bijih besi juga terkandung beberapa unsur maupun senyawa sebagai komposisi yang andil dalam penentuan kualitas dan pembentukan karakteristik besi nantinya, yang diantaranya adalah :ElementKadarEfek

Carbon< 0.90%Meningkatkan kekerasan, daya rentang dan kemampuan bereaksi terhadap panas

> 0.90%Meningkatkan kekerasan, namun kehilangan kemampuan untuk ditempa

Manganese0.50% - 2.00%Memberikan kekuatan dan kemempuan bereaksi terhadap panas, meningkatkan kekerasan serta keseragaman dalam berat internal struktur

Silicon< 2.50%Memberikan kekuatan dan kemampuan bereaksi terhadap panas, meningkatkan kekerasan serta keseragaman dalam berat internal struktur

Sulfur< 0.05%Menjaga kandungan guna menahan kemampuan ditempa pada temperatur tinggi

0.05% - 3.00%Meningkatkan kemampuan sehubungan dengan permesinan

Phosphorus< 0.05%Meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap korosi

A. BIJIH BESISebagai bahan mentah untuk menghasilkan besi kasar, bijih besi telah dikelompokkan menjadi 5 jenis yang sering ditemukan dalam tambang berdasarkan kandungan besinya, dimana akan memberi pengaruh terhadap kualitas dan karakteristiknya, seperti : Bijih Besi Hematit (Fe2O3), dengan kandungan besinya mencapai 65% - 70% dan berat jenisnya berkisar 4.5 - 5.3, biasa berwarna merah hingga abu - abu kehitaman, sedikit kadar airnya, dengan kandungan belerang dan fosfornya relatif rendah. Bijih Besi Magnetit (Fe3O4), bijih besi dengan kandungan besi mencapai 70% - 73% dengan berat jenis 4.9 - 5.2, bersifat magnet, sangat keras dan berwarna hitam mengkilap. Bijih Besi Limonit (2Fe2O3 . 3H2O), mengandung besi berkisar 60% dengan air yang terikat sebesar 14.5%, memiliki berat jenis 3.6 - 4.0 yang berwarna kekuningan menghitam. Bijih Besi Siderit (FeCO3), dengan kadar besinya mencapai 40% - 45% dan berat jenisnya 3.7 - 3.9 yang berwarna kuning muda hingga sedikit kemerahan. Bijih Besi Pirit (FeS2), memiliki kandungan besi berkisar 45% - 47% dengan berat jenis 4.8 - 5.1, berwarna kuning perunggu, keras dan kandungan belerangnya sukar dihilangkan.

Setelah bijih besi disortir dan kemudian dilebur dalam tanur atau dapur tinggi, maka akan diperoleh terak dan besi kasar yang sering disebut pula besi gupal, selain itu juga menghasilkan gas dan debu yang masih mengandung oksida besi. Pada proses pengolahan bijih besi, biasanya dihasilkan terak dengan kuantitas sekitar 3 kali volume besi gupal. Terak sendiri, biasanya masih dapat dimanfaatkan untuk keperluan lainnya, seperti bahan pupuk fosfat, batu tegel, bahan bendungan air dan pasir terak. Sedangkan besi gupal inilah yang akan diolah kembali menjadi besi tuang / cor, besi tempa dan baja.Comment by Arya_Polaris: Pupuk Fosfat dari terak yang mengandung forfor (Ca2PO4).Comment by Arya_Polaris: Dengan kualitas sebanding dengan batu alam.Comment by Arya_Polaris: Ketika terak cair dikeluarkan dari tanur, langsung disemprot dengan air sehingga terbentuklah butiran pasir yang disebut sebagai pasir terak. pasir terak ini biasanya akan digunakan untuk campuran aspal dalam pengerasan jalan raya dan campuran beton dalam konstruksi bangunan, namun perlu diingat bahwa pasir terak masih bermuatan statis.

B. BESI TUANG / CORBesi tuang sendiri adalah besi yang dihasilkan dengan cara mencairkan kembali besi gupal hingga mencapai kadar Carbon tertentu, berkisar antara 1.80% - 4.00% yang tentunya masih mengandung unsur lainnya yang terdiri atas Sulfur, Fosfor, Silikon dan Mangan.ElementKadar

Ferrum93.00% - 96.00%

CarbonComment by Arya_Polaris: Pelarutan unsur Carbon dalam besi dengan kadar sangat rendah, akan membentuk larutan padat yang strukturnya berbentuk Ferit yang terdiri atas campuran besi murni dan grafit, dengan karakteristik : lunak, tidak kuat, mendekati kenyal dan mudah dibentuk serta biasanya berwarna hitam mengkilap. Sedangkan jika dalam kadar hingga 6.67%, akan membentuk struktur Sementit yang biasa disebut besi karbit karena berwarna putih, yang memiliki kuat tarik lebih tinggi dan keras. Namun dalam kadar yang lebih tinggi lagi dan pelarutan Carbon dalam besi bersifat bebas, maka akan menghasilkan struktur Grafit yang cenderung tidak kuat dengan warna kelabu.1.80% - 4.00%

ManganeseComment by Arya_Polaris: Pelarutan unsur mangan dalam besi tidak akan melebihi ambang 1.20%, dimana akan meningkatkan tingkat kekerasan dan kuat tariknya.0.04% - 1.20%

SiliconComment by Arya_Polaris: Larutnya unsur Silicon akan mengurangi sifat larutnya Carbon dalam besi, dengan kata lain Silikon dapat digunakan untuk mengontrol kadar Carbon dalam besi yang menjadikannya berwarna cenderung kelabu kehitam - hitaman.1.00% - 1.20%

SulfurComment by Arya_Polaris: Kandungan Sulfur dalam besi akan menjadikan besi relatif kuat dan akan memelihara kondisinya yang berwarna putih0.05% - 0.12%

PhosphorusComment by Arya_Polaris: Sifat kelarutan zat fosfor akan terhalang oleh adanya kandungan Carbon dalam besi. Fosfor sendiri akan menjadikan besi menjadi lemah terhadap guncangan, dan akan membentuk besi Fosfit (memiliki titik cair amat rendah) bilamana kandungan Fosfor melebihi ambang 1.70%.0.05% - 1.00%

Terdapat beberapa jenis besi cor, diantaranya adalah besi cor abu - abu atau gray cast iron, ductile iron, white cast iron dan malleable iron serta berbagai jenis besi cor paduan lainnya yang biasa disebut alloy cast iron.

C. BESI TEMPAMerupakan besi murni dengan kadar besi sekitar 99.00% yang diperoleh dengan pemrosesan kembali besi gupal, yang mampu menekan kadar karbon hingga dibawah 0.25%.ElementKadar

Ferrum99.10% - 99.70%

Carbon0.10% - 0.25%

Manganese< 0.25%

Silicon< 0.10%

Sulfur0.02% - 0.10%

Phosphorus0.04% - 0.20%

D. BAJAMerupakan logam yang diperoleh dari proses pemurnian kembali besi dengan kandungan karbon berkisar antara 0.10% - 1.70%, yang saling berikatan dalam proses termokimia sehingga didapatkan karaktristik khusus dan kualitas yang dikehendaki. Jika besi dalam proses lanjutannya dicampur dengan unsur logam lainnya untuk mendapat karakteristik khusus, maka biasa disebut sebagai baja paduan (alloy steel), yang dapat diklasifikasikan kembali menjadi :1. Baja Tahan PakaiBaja Mangan berlapis AustesitSelain unsur campuran utama, pada baja ini juga mengandung unsur karbit seperti Chromium maupun Vanadium yang tingkat kekuatannya lebih baik. Jenis ini bisa digunakan pada ember keruk, pemecah batu, lintasan dan penyeberangan jalan kereta api.Baja ChromiumKandungan Carbon dalam baja ini telah berikatan dengan Chromium yang menghasilkan kekuatan tinggi dan biasanya digunakan dalam industri senjata untuk pembuatan peluru, dan untuk peralatan penggilingan padi.2. Baja Kuat Tarik TinggiBaja ManganMerupakan type baja dengan kandungan mangan yang tergolong ekonomis namun memiliki tingkat kekuatan cukup tinggi akibat adanya pembentukan struktur ferit.Baja NikelKarena kandungan nikelnya, memberikan tingkat kekuatan dan kekerasan yang baik sehingga biasa digunakan untuk poros engkol dan batang penggerak.Baja Nikel - ChromiumAkibat campuran nikel dan krom dalam baja, menjadikannya tingkat kekerasan dan keliatan yang baik.

Baja Chromium - VanadiumDengan kandungan sekitas 0.50% vanadium dalam campuran, maka akan mampu memperbaiki ketahanan baja terhadap guncangan maupun getaran, yang membuatnya dapat ditempa dan ditumbuk dengan mudah.3. Baja Tahan KaratBaja FeritMemiliki 13% - 20% kandungan chromium yang mampu meningkatkan ketahanannya terhadap karat yang dapat diolah dengan cara dipres, ditarik dan dipuntir, sehingga untuk kandungan terendah (13%) dapat digunakan untuk membuat sendok dan garpu, sedang dengan kandungan tertinggi (20%) dapat digunakan untuk membuat tabung sinar katoda.Baja AustenitBaja tahan karat austenit biasanya memiliki kandungan nikel dan chromium sangat tinggi yang relatif sesuai untuk pembuatan alat - alat rumah tangga dan dekoratif.Baja MartensitBaja dengan kandungan carbon cukup tinggi disamping unsur chromium dan mangan, yang membuatnya sesuai digunakan untuk pembuatan peralatan gas turbin dan pegas.4. Baja Tahan PanasMasalah yang biasanya timbul sehubungan dengan temperatur tinggi adalah kehilangan kekuatan, beban rangkak, serangan oksidasi maupun unsur kimia. Dimana unsur nikel dan chromium akan membantu meminimalisir kehilangan kekuatan dan penambahan titanium, aluminium dan molibdenum akan memperbaiki ketahanan terhadap rangkak, sedangkan ketahanan terhadap oksidasi dapat dikurangi dengan penambahan silicon dan chromium, selain itu dengan mengoptimalkan unsur besi akan menghambat perlakuan panas. Dapat diklasifikasikan menjadi baja tahan karat ferit, baja tahan karat austenit dan baja tahan karat martenit.

5. Baja Temperatur RendahKomponen yang digunakan dalam baja paduan pada temperatur rendah biasanya sifatnya kan tetap terjaga baik saat didinginkan maupun saat berada pada temperatur panas, sehingga kekuatannya dapat diperbaiki dan hanya sedikit kekenyalan dan keliatan yang akan tereduksi. Yang terbagi dalam Baja Pegas, yang digunakan untuk pembuatan pegas kendaraan dan Baja Motor, dengan kandungan Silicon dan Chromium membuatnya mampu menahan beban berat dan Natrium untuk pendinginan, biasanya digunakan dalam industri pesawat terutama pada bagian katup motor pesawat terbang.

E. KARAKTERISTIKSifat FisikMerupakan sifat bahan akibat peristiwa fisika, seperti Sifat Terpengaruh Panas yang menyebabkan mencair dan perubahan ukuran maupun strukturnya, kemudian Sifat Terpengaruh Listrik yang menjadikannya sebagai konduktor maupun suatu bahan yang tahan terhadap aliran listrik.Sifat KimiaSifat kimia biasanya mencakup kelarutan dan oksidasinya, yang erat hubungannya dengan kerusakan secara kimia.Sifat MekanikSifat mekanis sendiri merupakan kemampuan dalam menahan pembebanan yang diberikan berupa beban statis maupun dinamis pada temperatur tinggi maupun rendah, yang mencakup : Pembebenan Tarik Pembebanan Dinamis Pembebanan Tiba - Tiba Ketahanan Geser dan Puntir Redaman Kekerasan Kekuatan Kekenyalan Keliatan Kegetasan Tahan Aus Penjalaran Penekanan PlastisSifat TeknologisSifat yang timbul dalam proses pengolahannya, yang biasa diinterpretasikan dalam pengujian yang meliputi kemampuan mesin, kemampuan las, kemampuan cor dan kekerasan.

F. KELEBIHAN DAN KEKURANGANBesi adalah logam yang paling banyak dan paling beragam penggunaannya. Hal itu karena beberapa hal, diantaranya : Kelimpahan besi di kulit bumi cukup besar Pengolahannya relatif mudah dan murah Besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan dan mudah dimodifikasiSedangkan untuk kekurangannya dapat mencakup : memberikan beban yang tinggi pada struktur bangunan (berat) cenderung mudah berkarat / tidak tahan terhadap korosi memiliki kuat tekan relatif rendah konduktor panas dan listrik yang amat baikSalah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.Korosi besi memerlukan oksigen dan air. Berbagai jenis logam contohnya zink dan magnesium dapat melindungi besi dari korosi. Cara-cara pencegahan korosi besi yang akan dibahas berikut ini didasarkan pada dua sifat tersebut.Pengecatan.Jembatan, pagar, dan railing biasanya dicat. Cat menghindarkan kontak dengan udara dan air. Cat yang mengandung timbel dan zink (seng) akan lebih baik, karena keduanya melindungi besi terhadap korosi.Pelumuran dengan Oli atau Gemuk.Cara ini diterapkan untuk berbagai perkakas dan mesin. Oli dan gemuk mencegah kontak dengan air.Pembalutan dengan Plastik.Berbagai macam barang, misalnya rak piring dan keranjang sepeda dibalut dengan plastik. Plastik mencegah kontak dengan udara dan air.Tin Plating (Pelapisan dengan Timah).Kaleng-kaleng kemasan terbuat dari besi yang dilapisi dengan timah. Pelapisan dilakukan secara elektrolisis, yang disebut tin plating. Timah tergolong logam yang tahan karat. Akan tetapi, lapisan timah hanya melindungi besi selama lapisan itu utuh (tanpa cacat). Apabila lapisan timah ada yang rusak, misalnya tergores, maka timah justru mendorong/mempercepat korosi besi. Hal itu terjadi karena potensial reduksi besi lebih negatif daripada timah. Oleh karena itu, besi yang dilapisi dengan timah akan membentuk suatu sel elektrokimia dengan besi sebagai anode. Dengan demikian, timah mendorong korosi besi. Akan tetapi hal ini justru yang diharapkan, sehingga kaleng-kaleng bekas cepat hancur.Galvanisasi (Pelapisan dengan Zink).Pipa besi, tiang telepon dan berbagai barang lain dilapisi dengan zink. Berbeda dengan timah, zink dapat melindungi besi dari korosi sekalipun lapisannya tidak utuh. Hal ini terjadi karena suatu mekanisme yang disebut perlindungan katode. Oleh karena potensial reduksi besi lebih positif daripada zink, maka besi yang kontak dengan zink akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode. Dengan demikian besi terlindungi dan zink yang mengalami oksidasi (berkarat). Badan mobil-mobil baru pada umumnya telah digalvanisasi, sehingga tahan karat.Cromium Plating (Pelapisan dengan Kromium).Besi atau baja juga dapat dilapisi dengan kromium untuk memberi lapisan pelindung yang mengkilap, misalnya untuk bumper mobil. Cromium plating juga dilakukan dengan elektrolisis. Sama seperti zink, kromium dapat memberi perlindungan sekalipun lapisan kromium itu ada yang rusak.Sacrificial Protection (Pengorbanan Anode).Magnesium adalah logam yang jauh lebih aktif (berarti lebih mudah berkarat) daripada besi. Jika logam magnesium dikontakkan dengan besi, maka magnesium itu akan berkarat tetapi besi tidak. Cara ini digunakan untuk melindungi pipa baja yang ditanam dalam tanah atau badan kapal laut. Secara periodik, batang magnesium harus diganti.

DAFTAR PUSTAKA

Amanto, Hari dan Daryanto. 1999. Ilmu Bahan. Jakarta : PT. Bumi Aksara.Marotta, Theodore W. dan Charles A. Herubin. 1997. Basic Construction Materials, 5th Edition. New Jersey : Prentice Hall, Inc.Nurlina, Siti. 2008. Teknologi Bahan. Malang : Bargie Media.Surdia, Tata dan Shinroku Saito. 1992. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta : Pradnya Paramita.Suseno, Hendro. 2010. Bahan Bangunan untuk Teknik Sipil. Malang : Bargie Media.