Klasifikasi Baja

Posted by trisrhmd on 7 Februari 2013

Posted in: Teknologi. Tagged: Baja Karbon, Baja Paduan, Baja Perkakas. Tinggalkan sebuah Komentar

Baja dan Besi sampai saat ini menduduki peringkat pertama logam yang paling banyak penggunaanya, besi dan baja mempunyai kandungan unsur utama yang sama yaitu Fe, hanya kadar karbon lah yang membedakan besi dan baja, penggunaan besi dan baja dewasa ini sangat luas mulai dari perlatan yang sepele seperti jarum, peniti sampai dengan alat – alat dan mesin berat.
Klasifikasi baja
1. Menurut komposisi kimianya:
a. Baja karbon (carbon steel), dibagi menjadi tiga yaitu :
1. Baja karbon rendah (low carbon steel) è 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.

2. 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.

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

b. Baja paduan (alloy steel)
Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:

1. Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan sebagainya)
2. Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah
3. Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)
4. Untuk membuat sifat-sifat spesial

Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:

1. Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
2. Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
3. High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %

Selain itu baja paduan dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran khusus (special alloy steel) dan high speed steel.

• Baja Paduan Khusus (special alloy steel)

Baja jenis ini mengandung satu atau lebih logam-logam seperti nikel, chromium, manganese, molybdenum, tungsten dan vanadium. Dengan menambahkan logam tersebut ke dalam baja maka baja paduan tersebut akan merubah sifat-sifat mekanik dan kimianya seperti menjadi lebih keras, kuat dan ulet bila dibandingkan terhadap baja karbon (carbon steel).

• High Speed Steel (HSS)  è Self Hardening Steel

            Kandungan karbon : 0,70 % – 1,50 %. Penggunaan membuat alat-alat potong seperti drills, reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling cutters. Disebut High Speed Steel karena alat potong yang dibuat dengan material tersebut dapat dioperasikan dua kali lebih cepat dibanding dengan  carbon steel. Sedangkan harga dari HSS besarnya dua sampai empat kali daripada carbon steel.
Baja Paduan dengan Sifat Khusus
1. Baja Tahan Karat (Stainless Steel)
Sifatnya antara lain:

• Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekan
• Tahan temperature rendah maupun tinggi
• Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil
• Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus
• Tahan terhadap oksidasi
• Kuat dan dapat ditempa
• Mudah dibersihkan
• Mengkilat dan tampak menarik

2. High Strength Low Alloy Steel (HSLS)
Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifat-sifat di atas maka baja ini diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium.
3. Baja Perkakas (Tool Steel)
Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam atau mudah diasah, tahan panas, kuat dan ulet.
Kelompok dari tool steel berdasarkan unsur paduan dan proses pengerjaan panas yang diberikan antara lain:

1. Later hardening atau carbon tool steel (ditandai dengan tipe W oleh AISI), Shock resisting (Tipe S), memiliki sifat kuat dan ulet dan tahan terhadap beban kejut dan repeat loading. Banyak dipakai untuk pahat, palu dan pisau.
2. Cool work tool steel, diperoleh dengan proses hardening dengan pendinginan yang berbeda-beda. Tipe O dijelaskan dengan mendinginkan pada minyak sedangkan tipe A dan D didinginkan di udara.
3. Hot Work Steel (tipe H), mula-mula dipanaskan hingga (300 – 500) ºC dan didinginkan perlahan-lahan, karena baja ini banyak mengandung tungsten dan molybdenum sehingga sifatnya keras.
4. High speed steel (tipe T dan M), merupakan hasil paduan baja dengan tungsten dan molybdenum tanpa dilunakkan. Dengan sifatnya yang tidak mudah tumpul dan tahan panas tetapi tidak tahan kejut.
5. Campuran carbon-tungsten (tipe F), sifatnya adalah keras tapi tidak tahan aus dan tidak cocok untuk beban dinamis serta untuk pemakaian pada temperatur tinggi.

Klasifikasi lain antara lain :
a. Menurut penggunaannya:

• Baja konstruksi (structural steel), mengandung karbon kurang dari 0,7 % C.
• Baja perkakas (tool steel), mengandung karbon lebih dari 0,7 % C.

b. Baja dengan sifat fisik dan kimia khusus:

• Baja tahan garam (acid-resisting steel)
• Baja tahan panas (heat resistant steel)
• Baja tanpa sisik (non scaling steel)
• Electric steel
• Magnetic steel
• Non magnetic steel
• Baja tahan pakai (wear resisting steel)
• Baja tahan karat/korosi

Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut kegunaan dan komposisi kimia maka diperoleh lima kelompok baja yaitu:

1. Baja karbon konstruksi (carbon structural steel)
2. Baja karbon perkakas (carbon tool steel)
3. Baja paduan konstruksi (Alloyed structural steel)
4. Baja paduan perkakas (Alloyed tool steel)
5. Baja konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)

Selain itu baja juga diklasifisikan menurut kualitas:

1. Baja kualitas biasa
2. Baja kualitas baik
3. Baja kualitas tinggi

About these ads

Baja

Dari sudut pandang metalurgi, maka baja dan besi hanya dibedakan oleh % karbon nya, dimana baja dapat dibentuk melalui proses pengecoran atau pun penempaan.

Pembuatan baja, pada hakekat nya adalah proses pemurnian besi kasar hasil Tanur Tinggi yang persentase Karbon nya masih sangat tinggi, di iringi oleh perpaduan sedemikian rupa, sehingga memenuhi persyaratan kimia tertentu.

Baja, merupakan paduan antara:

1. besi
2. karbon untuk menaikkan kekerasan dan kekuatan
3. unsur lain

Berdasarkan paduan nya, klasifikasi baja mengikuti kriteria SAE dan AISI.
Contoh: S.A.E. C.1020, maka material ini dibuat pada “dapur open heart basa” (initial “C”)
Untuk setiap negara, standarisasi/klasifikasi ini ber beda-beda, contoh nya: untuk di Jerman, dipakai: DIN, di Jepang, dipakai JIS, di Indonesia, dipakai: SNI, dll.

Dapur-Dapur Untuk Membuat Baja
Karena secara umum, % karbon baja lebih kecil dari % karbon besi, maka dapur yang digunakan untuk membuat baja adalah khusus. Baja, biasa nya dibuat dengan menggunakan:
- Open heart furnace
- Electric furnace
- Basic Oxigen Furnace (BOF)
- dll.

Catatan:
Bahan baku utama untuk membuat baja adalah pig iron hasil Tanur Tinggi, kemudian di proses di dalam dapur-dapur tersebut untuk menurunkan persentase C, , , dll.

Pengelompokan Baja
Baja dapat di golong kan menjadi 2 (dua) kelompok besar, yakni:

• Baja Karbon, yang terdiri dari:

- Baja karbon rendah untuk membuat: kawat baja, baja profil, sekrup, baut, dll
- Baja karbon sedang untuk membuat: rel KA, as, roda gigi, dll
- Baja karbon tinggi untuk membuat: pisau, gurdi, tap, pahat, dll

• Baja Paduan, yang terdiri dari:

- Baja paduan rendah (paduan khusus nya 8 %)
- Baja paduan tinggi (paduan khusus nya 8 %)

Sifat-Sifat Baja Paduan:
Baja paduan mempunyai beberapa sifat yang unggul dibandingkan dengan material lain, sepert baja karbon, keunggulan yang dimaksud adalah:

• Ke uletan dan kekuatan tarik nya tinggi
• Mampu terhadap proses heat treatment (tidak menjadi retak-retak)
• Relatif tahan terhadap korosi dan ke aus an
• Tahan terhadap perubahan suhu (sifat fisis tidak banyak berubah)
• Dari sudut pandang metalurgi, maka butir-butir kristal nya sangat halus.

Contoh Pembuatan Baja Batangan (ingot)
Umum nya, setelah baja cair dituang (lihat gambar ilustrasi: Cetakan Ingot Baja), maka proses pendinginan (pembekuan) nya berlangsung secara bertahap, yakni dimulai dari permukaan cetakan menuju ke bagian tengah nya.

Pada peristiwa pendinginan baja cair, akan bisa terjadi penyusutan yang cukup signifikan. Volume logam mengecil, akibat nya akan terbentuk rongga susut, yang disebut “pipe”.
Baja Cair

Laju pendinginan baja cair, akan sangat menentukan mutu (kualitas) ingot, untuk itu harus selalu disiapkan baja cair (stand-by) di bagian atas cetakan, sehingga dengan demikian diharapkan mampu mengisi rongga-rongga kosong (pipe) akibat penyusutan tersebut.

Struktur baja ingot yang berbeda dapat diperoleh dengan cara meniadakan atau pun mengendalikan terbentuk nya gas, selama proses pembekuan berlangsung, artinga lingkungan dimana cetakan baja ingot berada, dikondisikan sedemikian rupa sehingga selama proses solidifikasi berlangsung,tidak terjadi reaksi dengan lingkungan yang dapat menimbulkan/terbentuk nya gas.

Sebagai gambaran: baja killed, adalah jenis baja yang telah mengalami deoxidasi, dimana selama proses pembekuan nya, dijaga sehingga tidak terjadi pelepasan gas. Sementara itu, untuk pembuatan baja calmed, adalah cukup rumit, dimana bahan baku yang digunakan memiliki kadar karbon yang lebih tinggi daripada yang dipersyarat kan. Namun demikian, kadar karbon ini akan turun sampai persentase nya memenuhi kriteria standard baja, penurunan ini terjadi akibat peristiwa reduksi oksidasi.

Umum nya setelah di reduksi, maka baja kemudian di deoksidasi didalam dapur atau di dalam ladle, yakni dengan cara menambahkan besi kasar berkadar silikon tinggi, ataupun menambahkan suatu paduan yang berkadar silikon tinggi. Suatu baja dengan kadar karbon lebih besar dari 0,3 % haruslah “ditenangkan”, agar bisa memiliki struktur kristal yang baik dan memiliki sifat-sifat yang unggul.

Struktur baja ingot yang lain adalah: baja rimmed, jenis baja ini sama sekali tidak mengalami de-oksidasi selama proses solidifikasi, atau kalau pun ada, sangat sedikit sekali. Ketika baja cair jenis rimmed ini dituang, ada terjadi pelepasan gas karbon monoksida (CO), sehingga logam cair tampak seolah-olah mendidih.

Hasilnya mempunyai struktur yang mirip sarang tawon (honey comb), dimana renik-renik atau rongga pori-pori tersebut tidak akan berakibat buruk, asal saja tidak bersentuhan langsung (terkontaminasi) dengan udara luar, umumnya, renik-renik tersebut akan bisa tertutup sendiri akibat teknan-tekanan ketika mengalami proses pengerjaan panas.

Keunggulan baja rimmed ini adalah, permukaan yang halus/mulus dan logam cair nya lebih lancar mengalir untuk mengisi rongga-rongga cetakan, sehingga hanya sedikit kemungkinan untuk terbentuknya rongga-rongga penyusutan atau “pipe”.

Pada baja killed, biasanya mempunyai struktur kristal dendritik, tetapi sebagai efek dari pengerjaan panas, maka struktur krisal dendritik ini akan dapat ditiadakan. Umum nya akan ada muncul ketidakmurnian dan hal ini cendrung ber-segregasi (terakumulasi) dibagian ujung atas dari ingot, oleh karena itu, sebelum dilakukan pengerjaan panas misal nya: proses rolling terhadap baja killed ingot ini, maka bagian atas ujung nya harus terlabih dahulu dipotong, karena bagian ini mempunyai kecendrungan kristal-kristal yang tidak stabil.

Selain kegiatan proses pembentukan baja ingot diatas, dikenal juga proses pengolahan baja yang dilakukan secara kontinu. Pengolahan baja secara kontinu ini dapat terlihat melalui gambar skematik dibawah ini:

Pada proses kontinu ini, logam cair langsung dibentuk menjadi slab hanya dalam waktu sekitar 45 menit saja (bandingkan dengan proses pembentukan ingot yang memerlukan waktu sekitar 12 jam). Di pabrik besi dan baja PT. Krakatau Steel, terdapat proses pengolahan billet dengan 4 unit dapur listrik, yang masing-masing berkapasitas 65 ton dengan 2 mesin tuang kontinu berjalur 4. Sedangkan untuk pembuatan slab, terdapat 4 dapur listrik, yang masing-masing berkapasitas 120 ton dengan 2 unit mesin tuang kontinu yang dapat menghasilkan 1000.000 juta ton per tahun.

Secara umum ada terdapat 5 (lima) jenis dapur yang dapat digunakan untuk membuat atau memproses (mengecor) baja, yakni:

• tanur terbuka
• tanur busur listrik
• dapur induksi
• dapur oksigen basa
• kowi

Mengingat baja akan mencair (suhu tuang baja cair) berkisar antara 1590 C samapai dengan 1760 C, maka diperlukan konstruksi dari struktur tanur atau dapur yang khusus, artinya diperlukan bahan yang tahan api dan pasir yang tahan temperatur tinggi untuk cetakan nya.

Cetakan yang digunakan untuk benda cor berukuran sedang dan besar, biasanya dipanaskan atau dikeringkan terlebih dahulu, hal ini dimaksudkan untuk mencegah pelepasan gas ketika logam cair berada didalam cetakan pasir, namun demikian, untuk benda-benda cor yang kecil dan ringan, termasuk yang mempunyai bentuk rumit, dapat menggunakan pasir mentah, sebab pasir mentah, dapat dengan mudah mengikuti bentuk penyusutan dari benda cor. Karena temperatur peleburan baja yang sangat tinggi, maka penyusutan yang terjadi pun akan sangat besar, oleh karena itu cetakan untuk membuat benda cor baja, harus mempunyai saluran penambah yang relatif besar, sebagai langkah antisipasi terhadap penyusutan tersebut.

Gambar struktur mikro dari baja cor berkadar karbon sedang, dapat dilihat dibawah ini:

Daerah yang putih pada gambar, disebut ferit, sedangkan yang berwarna kehitam-hitaman, disebut: perlit.
Hal yang juga perlu di ingat adalah: butiran baja cor adalah besar, karena suhu penuangan nya yang besar, sementara laju pendinginan nya relatif rendah.

Benda cor baja, biasanya mempunyai kadar karbon sedang, benda ini banyak digunakan pada industri transportasi, mesin dan konstruksi. Keuletan nya baik dan kekuatan tarik nya setelah mendapatkan proses perlakuan panas (heat treatment) dapat mencapai 400 s/d 690 MPa.

Komposisi baja coran berkadar karbon sedang adalah:
- C = (0,21 s/d 0,46) %
- Mn = (0,55 s/d 0,73) %
- Si = (0,28 s/d 0,45) %
- P dan S = kurang dari 0,1 %
- Fe = sisanya.