Transcript
MODUL PERKULIAHAN
PENGETAHUAN BAHAN TEKNIKBESI DAN BAJA
Fakultas Program Studi
Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Teknik Teknik Industri 06 Selamet Riadi, ST,MT
Abstract KompetensiBesi dan baja paling banyak dipakai sebagaibahan industri yang merupakan sumber sangatbesar, dimana sebagian ditentukan oleh nilaiekonominya, tetapi yang paling pentingkarena sifat-sifatnya yang bervariasi. Yaitubahwa bahan tersebut mempunyai berbagai
Mahasiswa memahamimengenai material besidan baja dalam kaitannyadengan bahan insustri.
sifat dan yang paling lunak dan mudah dibuatsampai yang paling keras dan tajampun untukpisau pemotong dapat dibuat. Dari unsur besiberbagai bentuk struktur logam dapat dibuat,itulah sebabnya mengapa besi dan bajadisebut bahan yang kaya dengan sifat-sifat.
BAB VIBESI DAN BAJA
Pendahuluan.
Besi dan baja paling banyak dipakai sebagai bahan industri yang
merupakan sumber sangat besar, dimana sebagian ditentukan oleh nilai
ekonominya, tetapi yang paling penting karena sifat-sifatnya yang
bervariasi. Yaitu bahwa bahan tersebut mempunyai berbagai sifat dan
yang paling lunak dan mudah dibuat sampai yang paling keras dan
tajampun untuk pisau pemotong dapat dibuat, atau apa saja dengan
bentuk apapun dapat dibuat dengan pengecoran. Dari unsur besi
berbagai bentuk struktur logam dapat dibuat, itulah sebabnya mengapa
besi dan baja disebut bahan yang kaya dengan sifat-sifat.
Struktur mikro Besi dan Baja (Logam Ferro)
Logam Ferro adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran
unsur karbon dengan besi. Untuk menghasilkan suatu logam paduan yang
mempunyai sifat yang berbeda dengan besi dan karbon maka dicampur
dengan bermacam logam lainnya. Logam Ferro terdiri dari komposisi
kimia yang sederhana antara besi dan karbon. Masuknya unsur karbon
ke dalam besi dengan berbagai cara.
2012 2 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
Jenis logam ferro adalah sebagai berikut;
1. Besi Tuang
Komposisinya yaitu besi dan karbon. Kadar karbon sekitar 4 %,
sifatnya rapuh tidak dapat ditempa, baik untuk dituang, liat
dalam pemadatan, lemah dalam tegangan. Digunakan untuk membuat
alas mesin, meja perata, badan ragum, bagian-bagian mesin bubut,
blok silinder dan cincin torak.
2. Besi Tempa
Komposisi besi tempa terdiri dari 99 % besi murni, sifat dapat
ditempa, liat, dan tidak dapat dituang. Besi tempa antara lain
dapat digunakan untuk membuat rantai jangkar, kait keran dan
landasan kerjapelat.
3. Baja Lunak
Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,1 % - 0,3 %,
mempunyai sifat dapat ditempa dan liat. Digunakan untuk membuat
mur, sekrup, pipa dan keperluan umum dalam pembangunan
4. Baja Karbon Sedang
Komposisi campuran besi dan karbon, kadar 0,4 % - 0,6 %. Sifat
lebih kenyal dari yang keras. Digunakan untuk membuat benda kerja
tempa berat, poros, dan rel baja.
5. Baja Karbon Tinggi
Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,7 % - 1,5 %.
Sifat dapat ditempa, dapat disepuh keras, dan dimudakan. Digunaka
nuntuk membuat kikir, pahat, gergaji, tap, stempel dan alat mesin
bubut.
6. Baja Karbon Tinggi Dengan Campuran
2012 3 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
Komposisi baja karbon tinggi ditambah nikel atau kobalt, krom
atau tungsten. Sifat rapuh, tahan suhu tinggi tanpa kehilangan
kekerasan, dapat disepuh keras, dan dimudakan. Digunakan untuk
membuat mesin bubut dan alat – alat mesin.
2012 4 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 6.1 Diagram keseimbangan besi-karbon.
2012 5 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
Perubahan struktur pada perlakuan panas
Besi dan baja diharapkan mempunyai kekuatan statik dan dinamik,
ulet, mudah diolah, tahan korosi dan mempunyai sifat elektromagnet
agar dapat dipakai sebagai bahan untuk konstruksi dan mesin-mesin.
Dilihat dari transformasi ada tiga macam baja yaitu:
1) Baja dengan titik transformasi A1, berupa ferit di bawah A1, dan
austenit pada A3 atau di atas A1.
2) Baja dengan titik transformasi A1 di bawah temperatur kamar,
berupa austenit pada temperatur kamar.
3) Baja dengan daerah austenit yang kecil, berupa ferit sampai
temperatur tinggi pada daerah komposisi tertentu.
Baja yang tergolong macam 1) berupa ferit pada temperatur kamar
(dalam keseimbangan), dapat diproses menjadi berbagai struktur
dengan jalan perlakuan panas. Struktur tersebut diikhtisarkan pada
Table 6.1. Fasa-fasa tersebut memiliki sifat-sifat khas. Ferit
mempunyai sel satuan kubus pusat badan atau body centered cubic
(bcc), menunjukkan titik mulur yang jelas dan menjadi getas pada
temperatur rendah. Austenit mempunyai sel satuan kubus pusat muka
atau face centered cubic (fcc) menunjukkan titik mulur yang jelas
tanpa kegetasan pada keadaan dingin. Akan tetapi kalau berupa fasa
metastabil bisa berubah menjadi a’ pada temperatur rendah dengan
pengerjaan. Martensit adalah fasa larutan padat lewat jenuh dan
karbon dalam sel satuan tetragonal pusat badan atau body centered
tetragonal (bct). Makin tinggi derajat kelewat jenuhan karbon, makin
besar perbandingan satuan sumbu sel satuannya dan makin keras serta
makin getas mertensit tersebut. Bainit mempunyai sifat-sifat antara
martensit dan ferit.
Sesuai dengan keaneka-ragaman strukturnya, maka dapat diperoleh
berbagai sifat baja termasuk kekuatan dan keuletan. Faktor-faktor
2012 6 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
yang menentukan sifat-sifat mekanik adalah macam fasa, kadar unsur
áduan dalam fasa, banyak fasa, ukuran dan bèntuk senyawa. Untuk
mendapatkan sifat-sifat mekanik yang diinginkan perlu mendapat
struktur yang cocok dengan komposisi kimia dan perlakuan panas yang
tepat.
Tabel 6.1 Fasa yang ada pada baja.
Penggunaan baja untuk kekuatan dan keuletan
Sebagai petunjuk pertama dalam pemilihan baja yang akan dipakai
sebagai bahan konstruksi ialah kekuatan dan keuletan yang memadai.
Satu dan sekian sifat-sifat baja yang paling penting ialah kekuatan,
2012 7 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
tetapi karena pada umumnya apabila kekuatan ditingkatkan,
keuletannya menurun, maka kekuatan yang berlebihan menyebabkan
kerusakan karena benturan, dsb. Pada umumnya baja yang telah
dikeraskan dan ditemper dipakai untuk keperluan tersebut.
Baja paduan untuk konstruksi mekanik
Sebagai unsur paduan untuk baja paduan yang dipergunakan bagi
konstruksi mekanik adalah Ni-Cr, Ni-Cr-Mo, Cr, Cr-Mo, Mn, dan Mn-Cr.
Baja paduan mempunyai kelebihan sebagai berikut:
1) Mempunyai mampu keras yang baik meskipun berukuran besar dapat
dikeraskan sampai ke dalam, jadi dengan penemperan dapat
diperoleh struktur yang lebih uniform. Di samping itu kekuatan
yang lebih tinggi dan keuletan yang lebih baik dapat diperoleh.
2) Karena mempunyai mampu keras yang lebih baik tidak perlu
pendinginan yang cepat pada pengerasannya, hal mi menyebabkan
rendahnya tegangan sisa.
2012 8 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 6.2 Pengaruh temperatur penemperan pada sifat-sifat mekanikdan baja martensit yang ditemper. (Japan Industrial StandardAssociation; Manual for JIS machine structural carbon steel andstructural alloy steel (1962), 33).
Gb. 6.2. menunjukkan contoh perubahan pada sifat mekanik untuk baja
yang ditemper dan dikeraskam. Kekerasan, kekuatan tank dan kekuatan
mulur menurun kalau temperatur tempering meningkat dan harga impak
meningkat kecuali di antara daerah 200—300°C.
Komponen mekanik yang umumnya dibuat adalah: poros roda gigi, baud,
mur, batang torak, dsb. Berkat pengembangan dalam teknik pembuatan,
2012 9 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
bukan hanya pemesinan tetapi juga pengerolan dingin, ektrusi dingin
dan penempaan dingin lainnya banyak dipergunakan. Dalam perlakuan
panas juga dipakai pemanasan frekwensi tinggi hanya pada permukaan
yang dikeraskan. ini semua disebabkan oleh permintaan penurunan
biaya produksi penghematan energi dan pengurangan polusi lingkungan.
Baja Ni—Cr-Mo sangat baik kekuatan dan keuletannya, tetapi Ni mahal;
hal mi merupakan suatu pembatas, usaha dilakukan dalam teknik
produksi mi untuk mencoba menggantikannya dengan baja Cr-Mo atau
baja Cr. Untuk maksud yang sama B dipakai karena pengaruhnya dapat
memperbaiki mampu keras dengan penambahan yang sedikit saja.
Baja kekuatan sangat tinggi
Baja yang mempunyai kekuatan mulur di atas 1000 MPa, dan mempunyai
kekuatan tank di atas 2000 MPa dinamakan baja berkekuatan sangat
tinggi, yang dikembangkan sebagai bahan untuk memenuhi permintaan
perbandingan kekuatan/berat yang tinggi, yang diperlukan untuk
pesawat terbang, bahan konstruksi untuk kendaraan ruang angkasa,
baut kekuatan tinggi, konstruksi kedap tekanan, dsb. Kekuatannya
harus lebih baik tanpa mengurangi keliatan dan keuletannya, oleh
karena itu berbagai usaha dikembangkan dalam pemaduan unsur dan
perlakuan panasnya.
Baja tahan karat
Salah satu cacat pada penggunaan baja adalah terjadinya karat, yang
biasanya dicegah dengan mempergunakan pelapisan dan pengecatan. Baja
tahan karat adalah semua baja yang tidak dapat berkarat. Banyak di
antara baja mi yang digolongkan secara metalurgi menjadi baja tahan
karat austenit, baja tahan karat ferit, baja tahan karat martensit
dan baja tahan karat tipe pengasan presipitasi.
2012 10 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
1. Pengaruh unsur-unsur paduan pada ketahanan karat dan besi
Kalau Cr dipadukan pada besi di atas 12—13%, karat yang berwarna
merah tidak terbentuk, karena oleh adanya oksigen di udara terjadi
permukaan yang stabil (permukaan pasif). Oleh karena itu baja yang
mengandung unsur tersebut dinamakan baja tahan karat. Kalau baja
mengandung lebih dan 17% Cr akan terbentuk suatu lapisan yang
stabil. Karat pada lasan dan baja tahan karat 17% Cr sering terjadi
disebabkan karena presipitasi karbida Cr pada batas butir dan
oksidasi Cr dan permukaan karenanya lapisan permukaan menjadi
kekurangan Cr yang mengurangi ketahanan karatnya.
Kalau Ni dipadukan pada besi, kehilangan berat yang disebabkan
korosi di dalam asam berkurang dan ketahanan korosi bisa diperbaiki.
Baja tahan karat adalah baja paduan yang memanfaatkan keefektifan
unsur paduan tersebut seperti Cr dan Ni dan dapat dibagi menjadi
sistim Fe-Cr dan Fe-Cr-Ni. Yang pertama termasuk baja tahan karat
martensit dan ferit dan yang terakhir baja tahan karat austenit.
Biasanya Mo, Cu, dsb. ditambahkan kepada baja mi untuk memenuhi
maksud tertentu pada penggunaan.
2. Struktur baja tahan karat
Memperhatikan unsur Cr, yang menjadi komponen utama pada baja
tahanan karat, diagram fasa Fe—Cr ditunjukkan dalam Gb. 2.28. Cr
dapat larut dalam besi memperluas daerah a (ferit). Dalam baja
dengan 12%Cr pada temperatur di atas 900°C terjadi fasa y
(austenit). Dalam paduan yang nyata, C dan N juga terkandung, jadi
fasa y diperluas ke daerah yang mempunyai konsentrasi Cr lebih
tinggi. Baja tahan karat 12%Cr biasa dipakai, diaustenitkan dan 900
sampai 1000°C tergantung kadar C nya, dan dicelup dingin pada
2012 11 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
minyak. Sehingga mempunyai struktur marten- sit ia menjadi baja
tahan karat.
Baja tahan panas dan paduan tahan panas yang super
Penggunaan baja tahan panas sangat luas termasuk pada ketel uap
untuk pernbangkit tenaga listnik, turbin uap dan turbin gas,
berbagai reaktor untuk industri kimia dan reaktor untuk tenaga atom,
terutama penting untuk bahan konstruksi pem bangkit tenaga. Karena
bahan-bahan ini cenderung dipakai dalam temperatur tinggi dan
tekanan tinggi dalam skala besar, atau dipakai dalam lingkungan yang
khusus, umpamanya dalam pembangkit tenaga nuklir, dsb, banyak
diminta bahan yang mem punyai persyaratan tertentu dalam lingkup
yang luas, jadi penyempurnaan dan pengembangan bahan tersebut maju
pesat. Pada umumnya sifat-sifat yang diminta bagi bahan yang tahan
panas adalah sebagai berikut:
1) Sifat-sifat mekanis, yaitu kekuatan panas yang tinggi (kekuatan
melar) untuk bisa bertahan temperattur tinggi dalam waktu yang
lama, keuletan dan keliatan yang libih baik, mempunyai ketahanan
yang kuat untuk kelelahan pada temperatur tinggi dan ketahanan
terhadap kejutan termal dan mempunyai sensitivitas yang kurang
terhadap takikan.
2) Sifat-sifat kimia, yaitu mempunyai ketahanan yang baik terhadap
korosi dan oksidasi pada temperatur tinggi dan mempunyai
stabilitas yang baik di dalam Iingkungan di mana bahan mi
dipergunakan.
3) Sifat-sifat fisik, koefisien pemuaian panas yang rendah dan berat
jenis yang ren dah, dan mempunyai konduktivitas termal yang
besar.
4) Mudah dicairkan, mudah dicor, mudah ditempa dan juga lebih mudah
dilas, dibengkokkan dsb.
2012 12 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
5) Mempunyai harga yang murah.
Sifat-sifat dasar pada 1) dan 2) adalah sifat-sifat yang diminta
untuk dapat lebih baik, berdasarkan itu tegangan perencanaan dapat
ditetapkan.
2012 13 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
Daftar PustakaBegeman, Myron L., Manufacturing Processes, John Wiler & Sons, New York.
Budinski, K.G. dan Budinski M.K., 2010, Engineering Materials, Properties andSelection, Pearson Prentice Hall
Geng, Hwaiyu, 2004, Manufacturing Engineering Handbook, McGraw-Hill
Maisiregar.blogspot.com:
Indiyanto, Rus, tanpa tahun, Pengantar Pengetahuan Bahan Teknik,FTI, UVN Veteran, Surabaya.
Schey.Jhon.A, 2009, Proses Manufaktur : Introduction to Manufacturing Process,Andi, Yogyakarta.
Surdia, Tata dan Saito, Shinroku, 1992, Pengetahuan Bahan Teknik,Pradnya Paramita, Jakarta
Wargadinata, Arijanto S., 2002, Pengetahuan Bahan, PenerbitUniversitas Trisakti
William,, J.C. (2003). Progress in Structural Materials for Aerospace Systems
(edisi ke-51st). Acta Materialia.. hlm. 5775-5799.
Wirjosumarto, Harsono, tanpa tahun, Kekuatan dan Penguatan Logam,Laboratorium Teknik Metalurgi, Departemen Mesin, FTI, ITB,Bandung
2012 14 Pengetahuan Bahan Teknik Pusat Bahan Ajar dan eLearningSelamet Riadi,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id
top related