selamat malam kawan, selamat ya telah menjadi mahasiswa teknik sipil ☺☺☺☺☺☺☺
ini contoh laporan mengenai materi baja
ILMU BAHAN
BANGUNAN
“BAJA”
COVER
DAFTAR ISI
BAB 1
PENDAHULUAN
Latar
belakang
Baja adalah paduan antara besi (Fe) dan karbon (C)
dengan penambahan paduan lainnya. Baja paling banyak digunakan sebagai produk
akhir seperti komponen otomotif, tranformerlistrik dan untuk proses manufaktur
lainnya seperti proses
pembuatan
lembaran besi, proses ekstrusi dan lain-lain. Dasar pemilihan pemakaian
baja ini
seiring dengan terus berkembangnya industri otomotif dan kebutuhan
masyarakat
akan kendaraan bermotor, komponen permesinan, ban konstruksi dan
bidang
lainnya terutama didasarkan pada sifat mekaniknyajika sifat logam sangat
keras sangat
sulit dalam pembentukannya.( Tri Harya Wijaya,2010 )
Sifat mekanik ini sangat ditentukan oleh kandungan
paduan yang terdapat di dalamnya. Kandungan unsur ini akan membentuk struktur
mikro pada baja, sehingga
dengan
merubah komposisi maka struktur mikro juga berubah dan perubahan ini akan
mempengaruhi
sifat mekaniknya. Selain itu perubahan struktur mikro juga dapat
dilakukan
dengan cara perlakuan panas yaitu dengan merubah kecepatan pendinginan.
Kemampuan
pengerasan baja (hardenability) memiliki rentangan yang
besar
sehingga dapat disesuaikan dengan sifat mekanik yang sesuai dengan yang diinginkan
dari baja itu Paduan logam baja karbon rendah yang terdiri besi (Fe) dan
unsur-unsur karbon (C), Silikon(Si), Mangan(Mn), Phosfor (P) dan unsur lainnya(
Wikipedia, 2010a).
menentukan apakah struktur dan sifat-sifat material
optimum, agar daya tahan yang dicapai maksimum (Taufikkurrahman,dkk.,2005).
Pada pengecoran dengan cetakan pasir, laju pembekuan tergolong lambat sehingga
karakteristik paduan yang dihasilkan cenderung memiliki butiran yang kasar yang
mengakibatkan kuat tarik dan kekerasan coran yang relatif rendah. Selain itu
pada pengecoran statik dengan cetakan pasir sering terjadi rongga penyusutan
dalam (internal sringkage) dan pengotor bukan logam (non metallic inclusions)
terdapat pada coran (Tata Surdia, 1975). Pengaturan komposisi bahan pada tanur
kupola sulit
dilakukan
karena pada proses peleburan berlangsung, material yang mempunyai titik lebur yang
lebih rendah akan mencair terlebih dahulu dan material yang mempunyai titik
cair yang lebih tinggi mencair belakangan, sehingga ketika pengeluaran cairan
logam dari tanur (tapping) dilakukan, komposisinya dapat berubah dari tapping
yang pertama ke tapping selanjutnya. Komposisi dari logam cair juga dapat
berubah karena tanur kupola menggunakan bahan bakar kokas karena bahan bakar
ini bersentuhan langsung dengan logam cair, sehingga dapat terjadi penambahan
karbon pada logam cair akibat pemakaian kokas tersebut.(Haposan Situngkir,
2010) Mikrostruktur dari suatu material (yang secara umum dapat digolongkan
kedalam
logam, polimer, keramik, dan komposit) dapat juga mempengaruhi sifat-sifat mekanik
dari suatu material (Wikipedia,2007b). Aspek terpenting dari setiap bahan
rekayasastrukturnya, karena struktur suatu material berkaitan dengan
komposisinya, sifatnya, sejarahnya, dan kinerja pengolahannya.Komposisi logam menentukan
sifat dari logam tersebut sehingga perlu dilakukan analisis mikrostruktur.Analisis
mikrostruktur digunakan untuk memperoleh informasi tentang bagaimana bahan tersebut
diproduksi dan kualitasbahan yang dihasilkan (Microstrukture, 2007a).
BAB 2
ISI
BAJA
A.
Pengertian Baja
Baja adalah bahan dasar vital untuk industri. Semua segmen kehidupan, mulai dari peralatan dapur, transportasi, generator pembangkit listrik, sampai kerangka gedung dan jembatan menggunakan baja. Eksploitasi besi baja menduduki peringkat pertama di antara barang tambang logam dan produknya melingkupi hampir 95 persen dari produk barang berbahan logam.
Belakangan dunia perindustrian digemparkan oleh kabar peningkatan performan (kekuatan dan umur) baja menjadi dua kali lipat. Untuk mendapatkan baja dengan kekuatan sama dengan yang konvensional, hanya perlu setengah dari bahan sebelumnya dengan ketebalan dan berat juga setengahnya.
Baja super ini diperoleh dengan menghaluskan struktur mikronya menjadi seperlima dari baja sebelumnya atau bahkan lebih kecil lagi (di bawah 1 mikrometer). Nakayama Steel, sebuah perusahaan di Jepang, telah berhasil memproduksi lembaran baja super dengan kekuatan tarik 600 MPa atau sekitar 1,5 kali kekuatan tarik baja biasa. Kenaikan performan baja diharapkan dapat mengurangi berat bahan sehingga meningkatkan efisiensi dan menghemat sumber daya alam
Baja adalah paduan logam yang tersusun dari besi sebagai unsur utama dan karbon sebagai unsur penguat. Unsur karbon inilah yang banyak berperan dalam peningkatan performan. Perlakuan panas dapat mengubah sifat baja dari lunak seperti kawat menjadi keras seperti pisau. Penyebabnya adalah perlakuan panas mengubah struktur mikro besi yang berubah-ubah dari susunan kristal berbentuk kubik berpusat ruang menjadi kubik berpusat sisi atau heksagonal.
Dengan perubahan struktur kristal, besi adakalanya memiliki sifat magnetik dan adakalanya tidak. Besi memang bahan bersifat unik.
Bijih besi bertebaran hampir di seluruh permukaan Bumi dalam bentuk oksida besi. Meskipun inti Bumi tersusun dari logam besi dan nikel, oksida besi yang ada di permukaan Bumi tidak berasal darinya, melainkan dari meteor yang jatuh ke Bumi.
Di Australia, Brasil, dan Kanada, ditemukan bongkahan bijih besi berketebalan beberapa puluh meter dan mengandung 65 persen besi. Besi adalah unsur yang sangat stabil dan merupakan unsur terbanyak ke delapan di Jagat Raya setelah silikon. Pada lapisan kulit Bumi, besi merupakan unsur logam terbanyak ketiga setelah silikon dan aluminium. Hampir lebih dari 70 abad lalu-5.000 tahun sebelum Masehi-dari peninggalan di Mesopotania, Iran, dan Mesir diketahui bahwa manusia telah menguasai teknologi pembuatan peralatan dari besi baja untuk berburu. Suku Hatti dan Hittite- 2.500-1.500 tahun sebelum Masehi-di daerah Anatria dan Armenia telah berhasil membuat pedang besi berukuran besar dan baju besi dengan proses semi-lebur.
Kelebihan dan Kekurangan Baja
Kelebihan :
-Kuat tarik tinggi.
-Tidak dimakan rayap
-Hampir tidak memiliki perbedaan nilai muai dan susut
-Bisa di daur ulang
-Dibanding Stainless Steel lebih murah
-Dibanding beton lebih lentur dan lebih ringan
-Dibanding alumunium lebih kuat
Kekurangan :
-Bisa berkarat.
-Lemah terhadap gaya tekan.
-Tidak fleksibel seperti kayu yang dapat dipotong dan dibentuk berbagai
profile
B.
Proses Pembuatan Baja
Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat
maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Ada beberapa
proses pembuatan baja antara lain:
1)
Proses Konvertor
terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap
kesamping.
Sistem kerja
·
Dipanaskan dengan
kokas sampai ± 1500 0C,
·
Dimiringkan untuk
memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor)
·
Kembali ditegakkan.
·
Udara dengan
tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor.
·
Setelah 20-25 menit
konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.
·
2)
proses Bassemer
(asam)
lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang mengandung kwarsa
asam atau aksid asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu
cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO2, SiO2 +
CaO
CaSiO3
3)
proses Thomas
(basa)
Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau dolomit
[ kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)], besi yang diolah besi kasar
putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6-0,8 %. Setelah
unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O5), untuk
mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO),
3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak
cair)
4)
Proses Siemens
Martin
menggunakan sistem regenerator (± 3000 0C.) fungsi dari
regenerator adalah:
1.
memanaskan gas dan
udara atau menambah temperatur dapur
2.
sebagai Fundamen/
landasan dapur
3.
menghemat pemakaian
tempat
Bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,
·
Besi kelabu dinding
dalamnya dilapisi batu silika (SiO2),
·
besi putih dilapisi
dengan batu dolomit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO3)
5)
Proses Basic Oxygen
Furnace
·
logam cair
dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan)
·
Oksigen (± 1000)
ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan kecepatan
tinggi. (55 m3 (99,5 %O2) tiap satu ton muatan)
dengan tekanan 1400 kN/m2.
·
ditambahkan bubuk
kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.
Keuntungan dari BOF adalah:
·
BOF menggunakan O2 murni
tanpa Nitrogen
·
Proses hanya
lebih-kurang 50 menit.
·
Tidak perlu tuyer
di bagian bawah
·
Phosphor dan Sulfur
dapat terusir dulu daripada karbon
·
Biaya operasi murah
6)
Proses Dapur
Listrik
temperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi
listrik.
Keuntungan :
·
Mudah mencapai
temperatur tinggi dalam waktu singkat
·
Temperatur dapat
diatur
·
Efisiensi termis
dapur tinggi
·
Cairan besi
terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik
·
Kerugian akibat
penguapan sangat kecil
7)
Proses Dapurkopel
mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang.
Proses :
·
pemanasan
pendahuluan agar bebas dari uap cair.
·
Bahan bakar(arang
kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam.
·
kokas dan udara
dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 – 800 mm dari
dasar tungku.
·
besi kasar dan baja
bekas kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan.
·
15 menit baja cair
dikeluarkan dari lubang pengeluaran.
Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur
(CaCO3) dan akan terurai menjadi:
akan bereaksi dengan karbon:
Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk
pembangkit mesin-mesin lain.
8)
Proses Dapur Cawan
·
Proses kerja dapur
cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam cawan,
·
kemudian dapur
ditutup rapat.
·
Kemudian dimasukkan
gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan muatan dalam cawan akan
mencair.
C. Jenis- Jenis Baja (Types of Steel)
Baja secara umum dapat dikelompokkan
atas 2 jenis yaitu :
- Baja karbon (Carbon steel)
- Baja paduan (Alloy steel)
1.
Baja Karbon (carbon steel)
Baja karbon dapat terdiri atas :
- Baja karbon rendah (low carbon steel)
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
- 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
- Baja karbon tinggi (high carbon steel) tool steel
Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong.
Kandungan 0,60 % – 1,50 % C
- 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
2.
Baja Paduan (Alloy steel)
Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:
- Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan sebagainya)
- Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah
- Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)
- Untuk membuat sifat-sifat spesial
Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar
karbonnya dibagi menjadi:
- Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
- Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
- High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %
Baja paduan juga dibagi menjadi dua golongan yaitu
baja campuran khusus (special alloy steel) &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) 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
Jenis Lainnya :
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
D.
Macam dan Bentuk Baja
Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut
kegunaan dan komposisi kimia maka diperoleh lima kelompok baja yaitu:
- Baja karbon konstruksi (carbon structural steel)
- Baja karbon perkakas (carbon tool steel)
- Baja paduan konstruksi (Alloyed structural steel)
- Baja paduan perkakas (Alloyed tool steel)
- Baja konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)
Baja dalam teknik
konstruksi bangunan gedung terdapat dalam bermacam-macam bentuk sebagai berikut
:
1. Baja Pelat
Yaitu baja berupa pelat baik pelat lembaran maupun pelat strip dengan tebal
antara 3 mm s.d 60 mm. Baja Pelat Lembaran terdapat dengan lebar antara 150 mm
s.d 4300 mm dengan panjang 3 s.d 6 meter. Sedangakan Baja Pelat Strip biasanya
dengan lebar £ 600 mm dengan panjang 3 s.d 6 meter. Permukaan baja pelat ada
yang polos dan ada yang bermotif dalam berbagai bentuk motif. Namun untuk
keperluan konstruksi pada umumnya digunakan baja pelat yang polos rata dengan
lebar dapat dipotong sendiri sesuai dengan kebutuhan.
2. Baja Profil
Yaitu baja berupa batangan (lonjoran) dengan penampang berprofil dengan bentuk
tertentu dengan panjang pada umumnya 6 meter ( namun dapat dipesan di pabrik
dengan panjang sampai 15 meter.). ½ Dalam daftar baja lama terdapat profil INP,
Kanal, DIN, DiE, DiR, DiL, INP, ½ DIN, Profil T, Profil L ( baja siku s ama
kaki dan tidak sama kaki ), batang profil segi empat sama sisi, dan batang
profil bulat, juga daftar paku keling, baut, dan las. ½ Sedangkan daftar baja
yang baru profil INP, DIN, DiE, DiR, DiL, ½ INP, DIN, batang profil segi empat
sama sisi, batang profil bulat, daftar paku keling, baut, dan las tidak ada,
yang ada adalah : profil WF, Light Beam and Joists, H Bearing Piles, Structural
Tees, Profil Kanal, Profil Siku ( sama kaki dan tidak sama kaki ), Daftar
Faktor Tekuk (w), Light Lip Channels, Light Channel, Hollow Structural Tubings
( profil tabung segi empat ), Circular Hollow Sections ( profil tabung bulat ),
serta tabel-tabel pelengkap lainnya. Kedua daftar baja tersebut di atas masih tetap
digunakan kedua-duanya karena saling melengkapi satu sama lain. Untuk memahami
profil-profil baja secara lebih mendetail maka pelajarilah secara teliti kedua
daftar baja tersebut di atas.
3. Baja Beton Yaitu baja yang digunakan untuk penulangan / pembesian
beton ( untuk konstruksi beton ). Pada umumnya berbentuk batangan / lonjoran
dengan berbagai macam ukuran diameter, panjang 12 meter. Terdapat baja tulangan
berpenampang bulat polos, juga baja tulangan yang diprofilkan.
Kesimpulan
Konvertor adalah bejana yang berbentuk bulat lonjong terbuat dari pelat
baja. Bagian dalam dilapisi dengan batu
tahan api yang berfungsi untuk menyimpan panas yang hilang sekaligus
menjaga supaya pelat baja tidak lekas aus.
Proses Bessemer diinginkan baja bersifat asam sehingga batu tahan apinya
harus bersifat asam (Misal : kwarsa atau aksid asam SiO2). Besi mentah cair
yang digunakan dalam proses Bessemer harus mempunyai kadar unsur Si <= 2%;
Mn <= 1,5%; kadar unsur P dan S sekecil mungkin. Ketika udara panas
dihembuskan lewat besi mentah cair, unsur-unsur Fe, Si dan Mn terbakar menjadi
oksidasinya.
Proses Thomas disebut juga “Basic Bessemer Process” yaitu proses Bessemer
dalam keadaan basa. Proses ini memakai Converter yang di bagian dalamnya
dilapisi bahan tahan api (refractory) bersifat basa seperti dolomite (Mg CO3
CaCO3).
Pada dasarnya berbagai metode dalam proses pembuatan baja ini ialah proses
pemurnian unsur besi dari berbagai unsur yang merugikan sebagaimana telah
dikemukakan terdahulu, oleh karena itu dalam proses pembuatan baja dengan
menggunakan sistem converter ini ialah salah satu proses pemurnian atau
pemisahan besi dengan menggunakan bejana sebagai alat pemanasan (peleburan)
besi kasar tersebut.
Jadi
perbedaan macam dan bentuk suatu baja, juga memiliki fungsi dan kegunaan yang
berbeda beda.
Saran
Untuk menghasilkan hasil yang maksimal pada proses pembuatan baja dengan
konvertor dapat menggunakan proses yang tepat dan pencampuran bahan baku yang
sesuai baik menggunakan konvertor bessember, dan Thomas.
DAFTAR PUSTAKA
