BAJA
Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan beberapa elemen lainnya, termasuk karbon. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga
2.1% berat sesuai grade-nya. Elemen berikut ini selalu ada dalam baja: karbon, mangan, fosfor, sulfur, silikon, dan sebagian kecil oksigen, nitrogen dan aluminium. Selain itu,
ada elemen lain yang ditambahkan untuk membedakan karakteristik antara beberapa
jenis baja diantaranya: mangan, nikel, krom, molybdenum, boron, titanium, vanadium dan niobium. Dengan memvariasikan kandungan karbon dan unsur paduan lainnya,
berbagai jenis kualitas baja bisa didapatkan. Fungsi karbon dalam baja adalah
sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Baja karbon ini dikenal sebagai baja hitam karena
berwarna hitam, banyak digunakan untuk peralatan pertanian misalnya sabit dan
cangkul.
Penambahan
kandungan karbon pada baja dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength), namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility).
Besi dapat
ditemukan pada bagian kerak bumi hanya dalam
bentuk bijih, biasanya dalam bentuk besi oksida seperti magnetit dan hematit. besi diekstraksi dari bijih
besi dengan menghilangkan atom oksigen dan kemudian menggabungkannya
kembali dengan atom lain seperti karbon. Proses ini disebut smelting. Ada sejumlah kecil besi yang sudah melalui proses ini pada masa
lampau dengan cara memanaskan bijih yang ditanam pada bara api dan kemudian
menggabungkan kedua logam dengan menempanya palu. Kandungan karbon yang
terkandung juga dapat dikontrol.
Temperatur
tinggi pada proses smelting dapat dicapai dengan metode kuno yang sudah dipakai
sejak zaman Tembaga. Karena
tingkat oksidasi besi meningkat sangat cepat diatas suhu 800 °C
(1,470 °F), maka harus diperhatikan bahwa proses smelting harus
dilaksanakan pada lingkungan dengan tingkat oksigen rendah. Proses peleburan
akan menghasilkan paduan yang dinamakan baja.
Baja karbon
dibagi menjadi 3 bagian yaitu :
1.
Baja karbon rendah
· kandungan karbonnya
< 0,25%C
· tidak responsif
terhadap perlakuan panas yang bertujuan membentuk martensit
· metode penguatannya
dengan “Cold Working” ìstruktur mikronya terdiri ferit dan perlit
· relatif lunak dan
lemah ìulet dan tangguh
· mampu mesin dan
mampu lasnya baik
· murah
aplikasi : bodi mobil,bentuk struktur (profil I, L,
C, H), dan pipa saluran.
2.
Baja
karbon sedang
·
kandungan karbonnya: 0,25 – 0,6%C
·
dapat dinaikkan sifat mekaniknya melalui perlakuan
panas austenitizing, quenching, dan tempering
·
banyak dipakai dalam kondisi hasil tempering
sehingga struktur mikronya martensit
·
lebih kuat dari baja karbon rendah
Aplikasi : poros, roda gigi, crankshaft
3.
Baja
karbon tinggi
·
kandungan karbonnya: 0,6 < % C ≤ 1,7
·
dapat dinaikkan sifat mekaniknya melalui perlakuan
panas austenitizing, quenching, dan tempering
·
banyak dipakai dalam kondisi hasil tempering
sehingga struktur mikronya martensit
·
paling keras, paling kuat, paling getas di antara
baja karbon lainnya
·
tahan aus
Aplikasi : pegas, pisau cukur, kawat kekuatan tinggi, rel kereta
api,perkakas potong, dies
Sifat fisik adalah segala aspek dari suatu objek atau zat yang dapat diukur atau dipersepsikan tanpa mengubah identitasnya. Berikut adalah sifat fisik pada baja
karbon :
·
Titik
didih : 1550OC
·
Titik
lebur : 2900OC
ALUMUNIUM
Nama aluminium berasal nama kuno untuk
alum (tawas atau kalium aluminium sulfat). Aluminium adalah logam lunak dan
ringan dan memiliki warna keperakan kusam karena lapisan tipis oksidasi yang
terbentuk saat unsur ini terkena udara. Aluminium adalah logam tidak beracun
dan non magnetik. Unsur ini hanya memiliki satu isotop alami, aluminium-27,
yang tidak radioaktif.
Aluminium merupakan elemen berlimpah
dalam kerak bumi dengan persentase sekitar 7,5% hingga 8,1%. Aluminium sangat
jarang ditemukan dalam bentuk unsur bebasnya. Aluminium berkontribusi besar
mempengaruhi sifat-sifat tanah, yang hadir terutama sebagai aluminium
hidroksida. Aluminium merupakan logam yang reaktif sehingga sulit untuk
mengekstrak dari bijihnya yaitu aluminium oksida (Al2O3).
Aluminium adalah salah satu logam yang
paling sulit untuk dimurnikan karena teroksidasi sangat cepat. Oksidasi
aluminium membentuk senyawa yang sangat stabil, tidak seperti karat pada besi
yang rapuh.
Beberapa batu permata terbuat dari
kristal jernih aluminium oksida yang dikenal sebagai korundum. Kehadiran jejak
logam lain menciptakan berbagai warna: kobalt menciptakan batu safir biru, dan
kromium membuat batu rubi merah. Sedangkan topaz adalah aluminium silikat
berwarna kuning dengan jejak besi.
Penggunaan Aluminium
Aluminium ditemukan terutama sebagai
bijih bauksit dan memiliki ketahanan terhadap oksidasi, kuat, serta ringan.
Aluminium digunakan di banyak industri untuk membuat jutaan produk dan sangat
penting bagi perekonomian dunia. Komponen struktur yang terbuat dari aluminium
sangat penting bagi industri kedirgantaraan dan industri lain dimana diperlukan
logam dengan bobot ringan, serta memiliki daya tahan dan kekuatan.
Sifat Fisika
aluminium
Elektronegativitas
menurut Pauling: 1,5
Kepadatan: 2,7 g/cm-3 pada 20 °C
Titik lebur: 660,4 °C
Titik didih: 2467 °C
BESI
Besi adalah logam yang berasal dari
bijih besi dan jarang ditemukan dalam keadaan unsur bebas. Besi banyak
digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari dan juga mempunyai nilai ekonomis
yang tinggi. Besi adalah logam paling melimpah nomor dua setelah setelah
alumunium.
Sifat
Fisika
1.
Pada suhu kamar berwujud padat, mengkilap dan berwarna keabu-abuan.
2.
Merupakan logam feromagnetik karena memiliki empat elektron tidak berpasangan
pada orbitan d.
3.
Merupakan penghantar panas yang baik.
4.
Kation logam besi berwarna hijau (Fe2+) dan jingga (Fe3+).
Hal ini disebabkan oleh adanya elektron tidak berpasangan dan tingkat energi
orbital tidak berbeda jauh. Akibatnya, elektron mudah tereksitasi ke tingkat
energi lebih tinggi menimbulkan warna tertentu.
5.
Besi bersifat keras dan kuat.
6.
Titik Lebur
: 1536
°C
7.
Titik Didih
: 2861 °C
CACAT DISLOKASI
Dislokasi adalah
cacat garis yang menimbulkan distorsi pada lattice yang berpusat pada suatu
garis atau ketidaksempurnaan susunan periodik atom dalam kristal yang membentuk
suatu jalur tertentu, jalur ini merupakan yang menyebabkan gejala slip maupun
penyebab sebagian besar logam berubah bentuk menjadi plastik. Dislokasi
terdiri dua jenis yaitu dislokasi sisi dan dislokasi ulir, dan dapat juga terjadi
dislokasi yang merupakan kombinasi dari keduanya yang dinamakan dislokasi
campuran.
Dislokasi sisi
(edge Dislocation)
Dapat digambarkan
sebagai sisipan satu bidang atom tambahan dalam struktur kristal. Di
sekitar dislokasi terdapat daerah yang mengalami tekanan dan tegangan sehingga
terdapat energi tambahan sepanjang dislokasi tersebut.
Dislokasi Ulir
(screw dislocation)
Menyerupai
spiral dengan garis cacat sepanjang sumbu ulir. Vektor luncur sejajar
dengan garis dislokasi atom-atom disekitar, dislokasi ini mengalami gaya geser,
oleh karena itu terdapat energi tambahan. Dislokasi ini memudahkan pertumbuhan
kristal, karena atom dalam sel satuan tambahan dapat bertumpuk pada setiap anak
tangga ulir.
Dislokasi
campuran
Mudah terjadi
pada saat behan mengalami deformasi dimana suatu pergeseran dapat mengakibatkan
terjadinya dislokasi sisi maupun dislokasi ulir. Keduanya menghasilkan
deformasi akhir yang sama dan sebenarnya dihubungkan satu sama lainya oleh
garis dislokasi yang terjadi.
HUBUNGAN
STRAIN HARDENING DENGAN DISLOKASI
Strain
hardening (pengerasan regangan) adalah penguatan logam untuk deformasi plastik
(perubahan bentuk secara permanen atau tidak dapat kembali seperti semula).
Penguatan ini terjadi karena dislokasi gerakan dalam struktur kristal dari material. Deformasi bahan disebabkan
oleh slip (pergeseran) pada bidang kristal tertentu. Jika gaya yang menyebabkan
slip ditentukan dengan pengandaian bahwa seluruh atom pada bidang slip kristal
serempak bergeser, maka gaya tersebut akan besar sekali. Dalam kristal terdapat
cacat kisi yang dinamakan dislokasi. Dengan pergerakan dislokasi pada bidang
slip yang menyebabkan deformasi dengan memerlukan tegangan yang sangat kecil.
Kalau
kristal dipotong menjadi pelat tipis dan dipoles secara elektrolisa, maka akan
terlihat di bawah mikroskop elektron, sejumlah cacat yang disebut dislokasi.
Dislokasi merupakan cacat kisi yang menentukan kekuatan bahan berkristal.
Karena adanya
tegangan dari luars, dislokasi akan bergerak kepermukaan luar, sehingga terjadi
deformasi. Selama bergerak dislokasi bereaksi satu sama lain. Hasil reaksi ada
yang mudah bergerak dan ada yang sulit bergerak. Yang sulit bergerak berfungsi
sebagai sumber dislokasi baru (multiplikasi dislokasi). Sehingga kerapatan dislokasi
semakin tinggi. Semakin tinggi kerapatan dislokasi, maka semakin sulit
dislokasi bergerak sehingga kekuatan logam akan naik.
Strain
hardening (pengerasan regangan) terjadi selama pengujian tarik. Pada proses uji
tarik regangan akan bertambah sehingga kekuatan tarik, kekuatan mulur dan
kekerasannya akan meningkat pula sedangkan massa jenis dan hantaran listriknya
menurun. Hal ini juga mengakibatkan menurunnya keuletan.
Kristal
logam mempunyai kekhasan dalam keliatan yang lebih besar dan pengerasan yang
luar biasa. Sebagai contoh, kekuatan mulur baja lunak sekitar 180 MPa dan dapat
ditingkatkan sampai kira – kira 900 MPa oleh pengerasan regangan (Surdia Tata :
1984). Inilah yang melatarbelakangi mengapa mekanisme pengerasan logam
merupakan sesuatu yang berguna.
SISTEM
PENOMORAN AISI (AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE)
AISI dan SAE membuat sistem
penomoran didasarkan pada empat angka. Beikut adalah tata cara penomoran
sistem AISI:
1. Angka Pertama Mengindikasikan Kelompok Baja. 1= Baja Karbon,
2= Baja Paduan Nikel, 3=Baja Paduan Nikel-krom, dan sebagainya.
2. Angka kedua mengindikasikan Presentase unsur paduan utama.
3. Angka ketiga dan keempat mengindikasikan presentase
kandungan karbon dibagi seratus
Contoh:
AISI-SAE 2340 = Baja paduan nikel, dengan
kandungan nikel 3% dan kandungn karbon 0,4%
AISI-SAE 1045 = Baja karbon, dengan kandungan karbon 0,45%
AISI-SAE 1045 = Baja karbon, dengan kandungan karbon 0,45%
SISTEM PENOMORAN JIS ( JAPANESE
INDUSTRIAL STANDARAD)
Standarisasi JIS
mempunyai beberapa ketentuan, diantaranya:
1.
Diawali dengan SS atau G dan diikuti dengan
bilangan yang menunjukan kekuatan tarik minimum dalam kg/mm2.
2.
diawali dengan s dan diikuti dengan bilangan
yang menunjukan komposisi kimianya.
3.
Untuk golongan stainless steel biasanya menggunakan
grade dari ASTM dengan menggunkan kode huruf SUS diikuti dengan kode angka
sesuai dengan AISI atau SAE.
Contoh standar
JIS baja:
1.
JIS G 4150 (Baja karbon chromium molybdenum
hot rolled).
2.
JIS G 5101 (Baja karbon cor).
3.
JIS G 3201 (Baja karbon tempa).
4.
JIS G 3102 (Baja karbon untuk konstruksi
mesin).
5.
JIS G 3101 (Baja karbon untuk konstruksi
baja).
CARA PENOMORAN DIN (DEUTSCHES INSTITUT FUR NORMUNG )
1.
Diawali dengan ST dan diikuti bilangan yang
menunjukan kekuatan tarik minimumnya
contoh: ST37
ST memiliki makna baja (dalam bahasa jerman:
stahl, dalam bahasa inggris: steel)
37 memiliki makna kekuatan tarik sebesar 37
kg/mm2
sehingga ST menunjukan baja structural,
sedangkan dua digit di belakang menunjukan kekuatan tarik dalam kg/mm2.
Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa ST37 merupakan baja structural dengan
kekuatan tarik sebesar 37 kg/ mm2
a.
ST44 baja structural dengan kekuatan tarik
sebesar 44 37 kg/ mm2
b.
ST50 merupakan baja structural dengan kekuatan
tarik sebesar 50 kg/ mm2
2.
Diawali dengan S dan diikuti dengan bilangan
yang menunjukan komposisi kimianya.
3.
Untuk golongan stainless steel biasanya
menggunakan grade dari ASTM dengan menggunakan kode huruf SUS diikuti dengan
kode angka sesuai dengan AISI atau SAE.