PENGETAHUAN BAHAN TEKNIK

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


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.


Gambar 6.1 Diagram keseimbangan besi-karbon.


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


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,


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.


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,


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.


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


minyak. Sehingga mempunyai struktur martensit 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.


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.


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


PENGETAHUAN BAHAN TEKNIK

Documents