BAHAN KONSTRUKSI KIMIA( LOGAM BESI )

Oleh :

A.Slamet Riadi (061130400289)

Andini Permata Sari(061130400291)

Novi Retno Sari (061130400304)

Kelas: 4 Ka

Dosen Pembimbing : Ir.Fatria.M.T

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

PALEMBANG

2013/2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Ilmu logam adalah suatu pengetahuan tentang logam-logam yang menjelaskan tentang sifat-sifat, struktur, pembuatan, pengerjaan dan penggunaan dari logam dan paduannya. Bahan teknik dapat digolongkan dalam kelompok logam dan bukan logam. Selain dua kelompok tersebut ada kelompok lain yang dikenal dengan nama metaloid (menyerupai logam) yang sebenarnya termasuk bahan bukan logam. Logam dapat digolongkan pula dalam kelompok logam ferro yaitu logam yang mengandung besi, dan logam non ferro atau logam bukan besi. Dari semua jenis logam dapat digolongkan menjadi logam murni dan logam paduan. Logam paduan artinya logam yang dicampur dengan logam lain atau bahkan dicampur dengan bukan logam.

Besi merupakan logam yang paling banyak terdapat dialam. Besi juga diketahui sebagai unsur yang paling banyak membentuk bumi, yaitu kira-kira 4,7 - 5 % pada kerak bumi. Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi dan jarang dijumpai dalam keadaan bebas, kebanyakan besi terdapat dalam batuan dan tanah sebagai oksida besi, seperti oksida besi magnetit ( Fe3O4) mengandung besi 65 %, hematite ( Fe2O3 ) mengandung 60 – 75 % besi, limonet ( Fe2O3 . H2O ) mengandung besi 20 % dan siderit (Fe2CO3). Dalam kehidupan, besi merupakan logam paling biasa digunakan dari pada logam-logam yang lain. Hal ini disebabkan karena harga yang murah dan kekuatannya yang baik sreta penggunaannya yang luas.

Bijih besi yang dapat diolah harus mengandung senyawa besi yang besar. Bijih besi adalah suatu zat mineral yang mengandung cukup kadar besi untuk dileburkan kira-kira 20 %. Komposisi dan bentuk bijih besi berbeda-beda, jika besi dipanaskan bersama-sama karbon pada suhu 1420°K – 1470°K maka akan terbentuk suatu alloy.

Seiring dengan perkembangan zaman banyak teknologi baru yang bermunculan untuk menghasilkan besi . Salah satu sebabnya adalah karena besi memiliki kegunaan yang sangat banyak dan terlebih lagi karena bijih besi yang relatif melimpah dipenjuru dunia.

1.2 Rumusan Masalah- Apa saja klasifikasi bahan logam ?- Apa saja jenis-jenis logam dan paduannya ?- Apa saja jenis-jenis baja dan paduannya ?- Bagaimana proses pembuatan besi ?

1.3 Tujuan Penulisan- Mengetahui klasifikasi bahan logam- Mengetahui dan menjelaskan jenis-jenis logam dan paduannya- Mengetahui dan menjelaskan jenis-jenis baja dan paduannya- Mengetahui proses pembuatan besi

1.4 Manfaat Penulisan- Dapat mengetahui klasifikasi bahan logam- Dapat mengetahui dan menjelaskan jenis-jenis logam dan paduannya- Dapat mengetahui dan menjelaskan jenis-jenis baja dan paduannya- Dapat mengetahui proses pembuatan besi

1.5 Metode PenulisanMakalah ini dibuat berdasarkan sumber-sumber tertulis dan media elektronik sebagai pelengkap materi.

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Definisi Logam dan Non-Logam

Dalam kimia, sebuah logam (bahasa Yunani: Metallon) adalah sebuah unsur

kimia yang siap membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam, dan kadangkala

dikatakan bahwa ia mirip dengan kation di awan elektron. Metal adalah salah satu dari

tiga kelompok unsur yang dibedakan oleh sifat ionisasi dan ikatan, bersama dengan

metaloid dan nonlogam. Dalam tabel periodik, garis diagonal digambar dari boron (B) ke

polonium (Po) membedakan logam dari nonlogam. Unsur dalam garis ini adalah

metaloid, kadangkala disebut semi-logam; unsur di kiri bawah adalah logam; unsur ke

kanan atas adalah nonlogam.

Nonlogam lebih banyak terdapat di alam daripada logam, tetapi logam banyak

terdapat dalam tabel periodik. Beberapa logam terkenal adalah aluminium, tembaga,

emas, besi, timah, perak, titanium, uranium, dan zink.

Logam paduan adalah bahan campuran yang mempunyai sifat-sifat logam, terdiri

dari dua atau lebih unsur-unsur, dan sebagai unsur utama campuran adalah logam.

Logam paduan merupakan pencampuran dari dua jenis logam atau lebih, untuk

mendapatkan sifat fisik, mekanik, listrik dan visual yang lebih baik.

Logam paduan dikelompokkan menjadi 2 bagian, yaitu:

1. Logam Besi (ferrous)

Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, keras, penghantar listrik

dan panas, serta mempunyai titik cair tinggi. Bijih logam ditemukan dengan cara

penambangan yang terdapat dalam keadaan murni atau bercampur.

2. Logam Non Besi (Non Ferrous)

Logam non besi merupakan semua unsur logam yang komposisi utamanya bukan

besi. Logam non besi juga sering digunakan walaupun pada umumnya jarang sekali

di industri. Itu karena Logam besi lebih banyak dipakai semua industri. Misalnya :

Seng, Timah, Magnesium, Logam dan paduan dari Aluminium, dll.

2.2 Klasifikasi bahan paduan logam

Paduan besi adalah paduan logam dimana besi paling dominan dan digunakan secara

luas didalam masyarakat. Klasifikasi skema berbagai logam besi ditunjukkan berikut ini:

2.3 Jenis-Jenis logam dan paduannya :

Logam Besi (Ferrous) juga terdiri menjadi dua yaitu :

2.3.1 Baja (Steel)

Baja adalah paduan logam yang tersusun dari besi sebagai unsur utama dan

karbon sebagai unsur penguat. Unsur karbon banyak berperan sebagai peningkatan

kekerasan. Perlakuan panas dapat mengubah sifat fisis baja dari lunak seperti kawat

menjadi keras seperti pisau. Penyebabnya perlakuan panas mengubah struktur

mikro baja dan struktur kristal dari bcc ke fcc yang bersifat paduan dan bila

didinginkan tiba-tiba terjadi perubahan struktur kristal dari fcc ke hcp. Salah satu

jenis baja yang banyak digunakan adalah tipe AISI 1045. Baja tersebut banyak

digunakan pada komponen mesin seperti poros, roda gigi, kontruksi dan alat

pertahanan. Sifat yang dimiliki baja ini adalah tahan aus dan keuletan yang baik.

2.3.1.1 Struktur Mikro Baja

Baja secara umum memiliki struktur mikro berupa ferit, dan pearlite. Ada beberapa

perbedaan struktur mikro yang disebabkan oleh konsentrasi karbon pasa masing

masing campuran, Fasa-fasa padat yang ada didalam baja :

a. Ferrite (alpha): merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan

teratur) berupa Body Centered Cubic (BCC= kubus pusat badan), Ferit ini

mempunyai sifat magnetis, agak ulet, dan agak kuat. suatu komposisi logam yang

mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723

Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada

temperature kamar mempunyai batas kelarutan Carbon 0,008%C.

b. Austenite : merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC = kubus

pusat muka), Austenit ini mempunyai sifat non magnetis, dan ulet dan

mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130

Derajat Celcius.

c. Cementid (besi karbida) : suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan

perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan merupakan sel satuan

yang berupa orthorombik, Sementid ini mempunyai sifat keras dan getas.

d. Pearlite : campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk

pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C.

e. Lediburite : campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Cementid yang

dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon

4,3%C.

High Speed Steel (HSS) merupakan bagian Tool steel, HSS memilki kadar karbon

yang relative lebih tinggi ,Tungsten, Molybdenum, Vanadium, Chromium, Unsur

Nickel dan Manganese.

2.3.1.2 Baja Karbon

Baja karbon terdiri dari besi dan karbon. Karbon merupakan unsur pengeras

besi yang efektif dan murah dan oleh karena itu umumnya sebagiabn besar baja

hanya mengandung karbon dengan sedikit unsur paduan lainnya (Smallman, 1991).

Baja karbon ini digolongkan menjadi 3 bagian yaitu:

1. Baja karbon rendah (<0,30 % C)

a. Baja karbon rendah mengandung 0,04% C digunakan untuk plat strip dan

badan kendaraan.

b. Baja karbon rendah mengandung 0,05% C digunakan untuk keperluan badan

kendaraan.

c. Baja karbon rendah mengandung 0,15% - 0,25% C digunakan untuk kontruksi

dan jembatan.

2. Baja karbon menengah (0,3%-0,7% C)

Baja karbon menengah mengandung 0,03 – 0,6% C. Baja karbon menengah

dibagi menjadi 4 bagian menurut kegunaanya yaitu:

a. Baja karbon 0, 35- 0,45% C digunakan menjadi roda gigi dan poros.

b. Baja karbon 0,4% C digunakan untuk keperluan industri kendaraan, mur,

poros, engkol dan batang torak.

c. Baja karbon 0,5 – 0,6 % C digunakan untuk roda gigi.

d. Baja karbon 0,55 – 0,6 % C digunakan untuk pegas.

Baja karbon menengah memilliki ciri- ciri

a. Memiliki sifat mekanik yang lebih baik dari pada baja karbon rendah.

b. Lebih kuat dan keras dari pada baja karbon rendah dan tidak mudah dibentuk

oleh mesin.

c. Dapat dikeraskan dengan mudah (quenching).

3. Baja karbon tinggi (0,70% -1,40% C)

Baja karbon tinggi mengandung karbon antara 0,6 – 1,7% C berdasarkan

kegunaan dibagi menjadi:

a. Baja karbon 0,6 – 0,7% C digunakan untuk pembuatan pegas, perkakas

(landasan mesin, martil) dan alat-alat potong.

b. Baja karbon 0,75 – 1,7% C diguanakan untuk pembuatan pisau cukur, mata

gergaji, bantalan peluru dan bantalan mesin.

Baja karbon tinggi memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

a) Sangat kuat dan keras serta tahan gesekan.

b) Sulit dibentuk oleh mesin.

c) Mengandung unsur sulfur dan fosofor mengakibatkan kurangnya sifat liat.

d) Dapat dilakukan proses heat treatment yang baik.

Pengklasifikasian baja karbon menurut standar American International and

Steel Iron (AISI) dan Society for Automotive Engines (SAE) diberi kode dengan empat

angka. Dua angka pertama adalah 10 yang menujukan nominal 1/100 % sebagai

contoh AISI-SAE 1045 menunjukan kadar karbon 0,45 %.

Di samping unsur-unsur karbon sebagai campuran dasar dalam baja terdapat

campuran-campuran paduan yang lain yang jumlah persentasinya disesuaikan

dengan kebutuhan bahan yang akan dipergunakan. Unsur-unsur itu antara lain:

1. Mangan

Semua baja mengandung mangan karena sangat dibutuhkan dalam proses

pembuatan baja. Kandungan mangan lebih kurang 0,6 % masih belum dapat sebagai

paduan dan tidak mempengaruhi sifat baja, dengan kata lain mangan tidak

memberikan pengaruh yang besar pada sturktur baja dalam jumlah rendah. Dengan

bertambahnya kandungan mangan maka suhu kritis menurun secara seimbang.

Mangan membuat butiran lebih halus, penambahan unsur mangan dalam baja dapat

meningkatkan kuat tarik tanpa mengurangi regang, sehingga baja dengan

penambahan mangan memiliki sifat kuat dan kenyal (Amanto, 1999).

2. Silikon

Silikon sampai kadar 3,2% bersifat menurunkan kekerasan besi. Kadar silicon

menentukan beberapa bagian dari karbon yang terikat dengan besi, dan beberapa

bagian yang terbentuk grifit ( kadar karbon bebas) setelah mencapai keadaan

seimbang. Kelebihan silikon akan membentuk ikatan yang keras dengan besi,

sehingga dapat dikatakan silikon diatas 3,2 % akan meningkatkan kekerasan

(Amanto, 1999)

3. Nikel (Ni)

Nikel mempunyai pengaruh yang sama seperti mangan, yaitu menurunkan suhu

kritis dan kecepatan pendinginan kritis, memperbaiki kekutan tarik atau menaikan

sifat kenyal, tahan panas, jika pada baja paduan terdapat unsur nikel sekitar 25 %

maka baja dapat tahan terhadap korosi. Unsur yang mempunyai bentuk kisi fcc (face

centered cubic) larut dengan baik dalam austenite dan unsur yang mempunyai

bentuk kisi bcc (body centered cubic) laru dengan baik dalam ferrit. Nikel adalah

salah satu yang mempunyai bentuk kisi fcc, yang larut lebih baik dalam austenite dari

pada dalam ferrit, sehingga mempengaruhi penurunan kacepatan trasformasi dan

meningkatkan mampu kerasnya. Unsur nikel yang bertindak sebagai tahan karat

(korosi) disebabkan nikel bertindak sebagai lapisan penghalang yang melindungi

permukaan baja (Armanto, 1999).

4. Kromium (Cr)

Sifat unsur kromium (Cr) dapat menurunkan kecepatan pendinginan kritis (Cr

sejumlah 1,5 % cukup meningkatakan kekerasan dalam minyak). Penambahan

kromium pada baja mengahsilkan struktur yang lebih halus dan membuat sifat baja

dapat dikeraskan (hardenability) lebih baik karena kormium dan karbon dapat

membentuk karbida. Kromium dapat menambah kekuatan tarik dan keplastisan

serta berguna dalam membentuk lapisan pasif untuk melindungi baja dari korosi

serta tahan terhadap suhu tinggi. Kromium mempunyai kisi bcc yang lebih baik larut

dalam ferrit (Amanto, 1999).

Disamping itu, untuk memperoleh efek khusus pada baja, maka baja dicampur

dengan logam-logam transisi yang sesuai dengan sifat, kualitas dan kegunaan

tertentu. Pencampuran dilakukan dengan hati-hati dan teliti untuk mendapatkan

komposisi campuran yang memenuhi sifat yang diinginkan. Jenis baja ini disebut baja

alloy atau campuran.

Efek khusus logam transisi yang dicampurkan pada baja , antara lain:

a. Kobalt : membuat baja tetap kuat pada suhu tinggi.

b. Krom : membuat baja menjadi lebih keras, tahan gesekan, tahan korosi, dan

tahan temperature tinggi.

c. Mangan : membuat baja menjadi keras, tahan aus dan tahan gesekan.

d. Molibden : memperbaiki kekerasan baja, tahan goncangan dan tahan

temperature tinggi.

e. Nikel : membuat baja tahan korosi

f. Silikon : pada konsentrasi tinggi membuat baja tahan kondisi asam, pada

konsentrasi rendah memperbaiki sifat megnetik dan sifat listrik baja.

g. Vanadium : memperkuat baja dan meningkatkan ketahanan baja terhadap

panas.

Berdasarkan komposisi dan jenis logam transisi yang dicampurkan, baja dibagi

menjadi:

a. Stainless steel : baja tahan karat mengandung Cr 19%, Ni 9%, dan Fe 72%.

b. Baja krom : baja yang tahan karat tahan panas mengandung 12%-18% Cr.

c. Baja nikel : baja tahan karat dan keras, mengandung 25% Ni.

d. Baja mangan : baja sangat keras mengandung 11%-14% Mn.

e. Dan lain-lain.

2.3.1.3 Baja Paduan

Jenis Baja Paduan

1. Baja dengan kekuatan tarik yang tinggi

a. Baja dengan mangan rendah.

Baja ini mengandung 0.35 % C dan 1.5 % Mn dan baja ini termasuk baja

murah tetapi kekuatannya baik.Baja ini dapat didinginkan dengan minyak

karena mengandung unsur mangan sehingga temperatur pengerasannya

rendah dan menambah kekuatan struktur feritnya.

b. Baja Nikel

Baja ini mengandung 0,3% C, 3% Ni, dan 0,6% Mn serta mempunyai kekuatan

dan kekerasan yang baik, dapat didinginkan dengan minyak karena

mengandung unsur nikel yang membuat temperatur pengerasannya rendah.

Baja ini digunakan untuk poros engkol, batang penggerak dan penggunaan

lain yang hampir sama.

c. Baja Nikel Kromium

Baja ini mempunyai sifat yang keras berhubungan dengan campuran unsur

kromium dan sifat yang liat berhubungan dengan campuran unsur nikel. Baja

yang mengandung 0,3% C, 3% Ni, 0,8% Cr, dan 0,6 Mn dapat didinginkan

dengan minyak, hasilnya mempunyai kekuatan dan keliatan yang baik dan

baja ini digunakan untuk batang penggerak dan pemakaian yang hampir

sama. Baja yang mengandung 0,3% C, 4,35% Ni, 1,25% Cr, dan 0,5% Mn

(mengandung nikel dan kromium yang tinggi), mempunyai kecepatan

pendinginan yang rendah sehingga pendinginan dapat dilakukan dalam

embusan udara dan distorsi diperkecil. Apabila unsur krom dicampur sendiri

ke dalam baja akan menyebabkan kecepatan pendinginan kritis yang amat

rendah, tetapi bila dicampur bersama nikel akan diperoleh baja yang bersifat

liat. Jenis baja tersebut digunakan untuk poros engkol dan batang penggerak.

Baja nikel kromium menjadi rapuh apabila ditemper atau disepuh pada

temperatur 250 - 400°C, juga kerapuhannya tergantung pada komposisinya,

proses ini dikenal dengan nama "menemper kerapuhan" dan baja ini dapat

diperiksa dengan penyelidikan pukul takik. Penambahan sekitar 0,3%

molibden akan mencegah kerapuhan karena ditemper, juga akan mengurangi

pengaruh yang menyeluruh terhadap baja karena molibden adalah unsur

berbentuk karbid.

d. Baja Kromium Vanadium

Jika baja ini ditambahkan sekitar 0,5% vanadium sehingga dapat

memperbaiki ketahanan baja kromium terhadap guncangan atau getaran dan

membuatnya dapat ditempa dan ditumbuk dengan mudah, apabila vanadium

menggantikan nikel maka baja lebih cenderung mempengaruhi sifat-sifatnya

secara menyeluruh.

2. Baja Tahan Pakai

Berdasarkan unsur-unsur campuran yang larut di dalamnya, baja terdiri dari

dua macam, yaitu baja mangan berlapis austenit dan baja kromium.

a. Baja Mangan Berlapis Austenit

Baja ini pada dasarnya mengandung 1,2% C, 12,5% Mn, dan 0,75% Si. Selain

itu, juga mengandung unsur-unsur berbentuk karbid seperti kromium atau

vanadium yang kekuatannya lebih baik. Temperatur transformasi menjadi

rendah dengan menambahkan unsur mangan dan baja ini berlapis austenit

apabila didinginkan dengan air pada temperatur 1.050°C. Dalam kondisi ini baja

hanya mempunyai kekerasan sekitar 200 HB (kekerasan Brinel), tetapi

mempunyai kekenyalan yang sangat baik. Baja ini tidak dapat dikeraskan

dengan perlakuan panas, tetapi apabila dikerjakan dingin maka kekerasan

permukaannya akan naik menjadi 550 HB tanpa mengalami kerugian terhadap

kekenyalan intinya. Baja ini tidak dapat dipanaskan kembali pada temperatur

yang lebih tinggi dari 250°C, kecuali kalau setelah dipanaskan baja didinginkan

dalam air. Pemanasan baja pada temperatur sedang akan menyebabkan

kerapuhan pada pengendapan karbid. Baja mangan berlapis austenit dapat

diperoleh dengan jalan dituang, ditempa, dan digiling. Baja ini digunakan secara

luas untuk peralatan pemecah batu, ember keruk, lintasan, dan penyeberangan

jalan kereta api.

b. Baja Kromium

Jenis ini mengandung 1% C, 1,4% Cr, dan 0,45% Mn. Apabila baja ini

mengandung unsur karbon tinggi yang bercampur bersama-sama dengan

kromium akan menghasilkan kekerasan yang tinggi sebagai hasil dari

pendinginan dengan minyak. Baja ini digunakan untuk peluru-peluru bulat dan

peralatan penggiling padi.

3. Baja Tahan Karat

Baja tahan karat (stainless steel) mempunyai seratus lebih jenis yang

berbeda-beda. Akan tetapi, seluruh baja itu mempunyai satu sifat karena kandungan

kromium yang membuatnya tahan terhadap karat. Baja tahan karat dapat dibagi ke

dalam tiga kelompok dasar, yakni baja tahan karat berlapis ferit, berlapis austenit,

dan berlapis martensit.

a. Baja Tahan Karat Ferit

Baja ini mengandung unsur karbon yang rendah (sekitar 0,04% C) dan

sebagian besar dilarutkan di dalam besi. Sementara itu, unsur lainnya yaitu kromium

sekitar 1 3% - 20% dan tambahan kromium tergantung pada tingkat ketahanan karat

yang diperlukan. Baja ini tidak dapat dikeraskan dengan cara disepuh. Baja ini

seringkali disebut besi tahan karat dan cocok untuk dipres, ditarik, dan dipuntir. Baja

yang mengandung 13% kromium digunakan untuk garpu dan sendok, sedangkan

yang mengandung 20% kromium untuk tabung sinar katoda.

b. Baja Tahan Karat Austenit

Baja tahan karat austenit mengandung nikel dan kromium yang amat tinggi.

nikel akan membuat temperatur transformasinya rendah, sedangkan kromium akan

membuat kecepatan pendinginan kritisnya rendah. Campuran kedua unsur itu

menghasilkan struktur lapisan austenit pada temperatur kamar. Baja ini tidak dapat

dikeraskan melalui perlakuan panas, tetapi dapat disepuh keras. Pengerjaan dan

penyepuhan tersebut membuat baja sukar dikerjakan dengan mesin perkakas.

Seperti baja austenit yang lain, baja tahan karat austenit tidak magnetis.

Baja tahan karat yang mengandung 0,15% C, 18% Cr, 8,5% Ni, dan 0,8% Mn sesuai

untuk digunakan sebagai alat-alat rumah tangga dan dekoratif.

Baja tahan karat yang mengandung 0,05% C, 18,5% Cr, 10% Ni, dan 0,8% Mn, baik

untuk dikerjakan dengan cara penarikan dalam karena kandungan karbonnya

rendah. Baja tahan karat yang mengandung 0,3% C, 21% Cr. 9% Ni, dan 0,7% Mn

sesuai untuk dituang.

Kebanyakan baja tahan karat austenit mengandung sekitar 18% kromium dan

8% nikel. Proporsi unsur kromium dan nikel sedikit berbeda dengan penambahan

dalam proporsi yang kecil dari unsur molibdenum, titanium, dan tembaga untuk

menghasilkan sifat-sifat yang spesial. Baja dalam kelompok ini digunakan apabila

diperlukan ketahanannya terhadap panas.

c. Baja Tahan Karat Martensit

Baja tahan karat martensit mengandung sejumlah besar unsur karbon dan

dapat dikeraskan melalui perlakuan panas, juga mempengaruhi sifat-sifatnya melalui

pengerasan dan penyepuhan. Baja yang mengandung 0,1% C, 13% Cr, dan 0,5% Mn

ini dapat didinginkan untuk memperbaiki kekuatannya, tetapi tidak menambah

kekerasan. Baja ini seringkali disebut besi tahan karat dan digunakan khususnya

untuk peralatan gas turbin dan pekerjaan dekoratif.

Apabila baja ini digunakan untuk alat-alat pemotong maka terlebih dahulu ditemper

atau disepuh pada temperatur sekitar 180°C, dan jika digunakan untuk pegas

terlebih dahulu ditemper pada temperatur sekitar 450°C.

4. Baja Tahan Panas

Problem utama yang berhubungan dengan penggunaan temperatur tinggi

adalah kehilangan kekuatan, beban rangkak, serangan oksidasi, dan unsur kimia.

Kekuatannya pada temperatur tinggi dapat diperbaiki dengan menaikkan temperatur

transformasi dan penambahan unsur kromium atau dengan merendahkan

temperatur transformasi dan penambahan unsur nikel. Kedua pengerjaan itu akan

menghasilkan struktur austenit.

Sejumlah kecil tambahan unsur titanium, aluminium, dan molibdenum

dengan karbon akan menaikkan kekuatan dan memperbaiki ketahanannya terhadap

beban rangkak. Unsur nikel akan membantu penahanan kekuatan pada temperatur

tinggi dengan memperlambat atau menahan pertumbuhan butir-butiran yang baru.

Ketahanannya terhadap oksidasi dan serangan kimia dapat diperbaiki dengan

menambahkan silikon atau kromium.

Baja tahan panas dapat dikelompokkan sebagai berikut :

a. Baja Tahan Panas Ferit

Baja tahan panas ferit mengandung karbon yang rendah dan hampir

seluruhnya dilarutkan di dalam besi. Baja ini tidak dapat dikeraskan melalui

perlakuan panas.

b. Baja Tahan Panas Austenit

Baja tahan panas austenit mengandung kromium dan nikel yang tinggi.

Struktur austenit tetap terpelihara sewaktu pendinginan, sehingga baja ini tidak

dapat dikeraskan melalui perlakuan panas.

c. Baja Tahan Panas Martensit

Baja tahan panas martensit mempunyai kandungan karbon yang tinggi,

sehingga dapat dikeraskan melalui perlakuan panas.

5. Baja Paduan Yang Digunakan Pada Temperatur Rendah

Komponen dari baja paduan yang digunakan pada temperatur rendah tidak

hanya sifat-sifatnya terpelihara sewaktu didinginkan, tetapi juga sifat-sifatnya tidak

hilang sewaktu dipanaskan pada temperatur kamar. Baja yang telah diperbaiki

kekuatannya hanya sedikit berkurang (reduksi) kekenyalan dan keliatannya sewaktu

dites pada temperatur minus (-) 183°C. Selain itu, perubahan sifat-sifatnya kecil

sewaktu dipanaskan pada temperatur kamar yang diikuti dengan pendinginan.

a. Baja Pegas

Pegas kendaraan dibuat dari baja yang mengandung sekitar 0,8% C sesuai

dengan sifat-sifatnya yang dibutuhkan dan ditambahkan dengan lebih dan 0,4% Si

dan 0,8% Mn. Baja pegas dikeraskan dengan pendinginan air atau minyak sesuai

dengan komposisinya. Pegas katup dibuat dari baja yang sama dengan pegas

kendaraan juga ditambahkan 1,5% Cr dan 0,17% V ke dalam karbon dan nikel.

b. Baja Katup Mesin (Motor)

Katup yang menerima beban rendah digunakan baja yang mengandung 0,3%

C, 3,5% Ni, 0,35% Cr, dan 0,35% Si. Kandungan unsur silikon dan kromium menaikkan

beban yang dapat diterima katup sehingga dapat menerima beban yang berat. Katup

untuk motor pesawat terbang dibuat dari baja austenit dengan kandungan sekitar

10% Ni dan 12 - 16% Cr. Katup pompa seringkali dibuat berlubang dan mengandung

natrium untuk pendinginan.

2.3.2 Besi

Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak

digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari dari yang bermanfaat sampai

dengan yang merusakkan. Dalam tabel periodik, besi mempunyai simbol Fe dan

nomor atom 26. Besi juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi. Besi adalah logam

yang paling banyak dan paling beragam penggunaannya. Hal itu karena beberapa

hal, diantaranya:

a. Kelimpahan besi di kulit bumi cukup besar,

b. Pengolahannya relatif mudah dan murah, dan

c. Besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan dan mudah dimodifikasi.

Salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan

banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan

yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan

mengubah besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), akan tetapi proses ini

terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.

2.3.2.1 Besi Cor (cast iron)

Besi cor adalah kelompok paduan besi memiliki kadar karbon diatas 1,7%

(berat). Biasanya berkisar antara 3-4,4,3% C(berat). Dikarnakan elemen utamanya

selain C dan Si juga ada elemen-elemen pemadu lainnya seperti Mn, S, P, Mg dan

lain-lain dalam jumlah yang sedikit. Sifatnya sangat getas namun mampu cornya baik

dibanding baja. Titik cairnya lebih rendah, ketahanan korosinya lebih baik, hal ini

dikarenakan adanya grafit yang tersebar didalam besi cor. Berdasarkan jenis

matriksnya besi cor terdiri dari besi cor kelabu (gray cast iron), besi cor putih, besi

cor noduler, besticor mampu bentuk (malleable).

Komposisi dari besi tuang terdiri dari 5 yaitu:

1) Karbon

Karbon sebagai unsur paling penting mempunyai pengaruh sangat besar

terhadap sifat mekanik, seperti: kekuatan tarik, regangan patah, kekerasan, dll.

Jumlah karbon di dalam besi tuang sekitar 2-3,7 %, dia menempatkan diri pada dua

kondisi, yaitu membentuk senyawa kimia Fe3C yang dikenal dengan sementit, dan

dalam keadaan bebas yang dikenal dengan grafit.

2) Silikon

Silikon memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap perubahan sifat

mekanik. Karbon dan silikon mempunyai fungsi yang mirip, kedua-duanya

mendorong pembentukan grafit sehingga kandungan kedua unsur ditentukan

berdasarkan harga tingkat kejenuhan karbon (sattigungsgrad). Silikon ditambahkan

sekitar 1,4-2,3% untuk menggalakkan pembentukan grafit. Silikon didalam besi

menempatkan diri didalam ferit.

3) Fosfor

Fosfor bahan ini membuat besi mudah mencair dan bertambah getas. Bila

kandungan fosfor lebih dari 0.3 persen besi tuang menjadi kehilangan kekuatannya

dan tidak mudah dikerjakan dan bila besi yang diinginkan amat halus dan tipis maka

kandungan fosfornya bervariasi antara 1% - 1,5% . fosfor di dalam besi tuang hingga

0,3% akan membentuk senyawa Fe3P dan mampu alir menjadi lebih tinggi karena

suhu eutektik turun hingga 956 °C. fosfor diperlukan untuk pembuatan benda cor

tipis, namun pemberian terlalu banyak bisa mengakibatkan timbulnya lubang-lubang

kecil pada permukaan, maka kandungan fosfor dibatasi antara 0,2-2,0%.

4) Mangan

Bahan ini membuat besi tuang kuat dan getas dan kandungan mangan tidak

boleh dari 0,7%. Mangan dibutuhkan untuk merangsang pembentukan struktur

perlit, juga diperlukan untuk mengikat sulfur membentuk senyawa MnS. Jumlah

kandunngan mangan sekitar 0,5-0,7%.

5) Sulfur

Sulfur bahan ini membuat besi tuang keras dan gatas. adanya bahan ini

membuat besi tuang cepat mengeras , yang berakibat adanya cacat yang berupa

pori2 udara yang terperangkap kandungan belerang umumnya tidak lebih dari 0.1

persentidak memberikan keuntungan, justru merugikan karena pada saat cair, besi

menjadi kental dan pada saat padat besi menjadi rapuh. Kandungan sulfur maksimal

0,15%. Sulfur masuk ke dalam besi karena kontak langsung dengan kokas atau

terbawa oleh bahan baku: pig iron (besi kasar), besi cor bekas atau baja bekas.

1. Besi Cor Kelabu (gray cast iron).

Besi tuang kelabu (grey cast iron) mengandung unsur graphite yang

berbentuk serpihan sehingga memiliki sifat mampu mesin (machinability) serta

masuk dalam jajaran British Standards, yang membedakan jenis dari besi tuang

kelabu ialah nilai tegangannya Angka kekerasan dari Besi tuang ini ialah antara 155

HB sampai 320 HB tergantung tingkatannya. besi tuang kelabu (grey cast iron)

digunakan dalam pembuatan crankcases, machine tool bed, brake drums, cylinder

head dan lain-lain.

Besi tuang kelabu (grey cast iron) dapat diberi perlakuan panas (heat

treatment) untuk menghilangkan tegangan dalam setelah proses pengecoran yakni

dengan “stress reliefing” (lihat proses perlakuan panas) dengan memberikan

pemanasan lambat antara 500°C hingga 575°C, dengan holding time sekitar 3 jam

diikuti dengan pendinginan secara perlahan-lahan. Proses lain dalam perlakuan

panas (heat treatment) yang memungkinkan untuk dilakukan pada besi tuang kelabu

ini ialah pelunakan (anealing), dengan proses ini akan terjadi perbaikan pada

strukturnya sehingga dimungkinkan untuk proses machining secara cepat, untuk

proses anealing ini dilakukan dengan memberikan pemanasan pada temperatur

anealing yakni 700°C dengan waktu pemanasan (holding time) setengah hingga dua

jam, dimana akan terbentuk structure pearlite tertutup dalam kesatuan ferrite

matrix, namun demikian tingkat kekerasan akan tereduksi sebesar 240 HB sampai

180 HB.

2. Besi tuang Putih (White Cast Iron)

Besi tuang putih (white cast iron) mengandung kadar silikon rendah, dimana

pada saat pemadatan besi carbida membentuk graphite di dalam ikatan matrix.

Pada besi tuang non-paduan strukturnya berbentuk pearlite. Besi tuang putih

(white cast iron) memiliki angka kekerasan antara 400 hingga 600 HB dengan

tegangan tariknya 270 N/mm2 dan masih dapat ditingkatkan melalui penurunan

kadar karbon sebesar 2,75 sampai 2,9 % menjadi 450 N/mm2. Proses machining

untuk besi tuang putih ini hanya dapat dilakukan dengan penggerindaan

(grinding).

Besi tuang putih (white cast iron) digunakan dalam pembuatan komponen

mesin gerinda, kelengkapan penghancur, komponen dapur pemanas (furnance)

dan lain-lain. Besi tuang putih tidak terdaftar pada british standard. besi tuang

putih (white cast iron) dapat diberi perlakuan panas (heat treatment) untuk

menurunkan angka kekerasannya melalui proses pelunakan (anealing),yakni

dengan pemanasan pada temperatur 850°c untuk menguraikan free-karbon yang

terbentuk karena pendinginan cepat setelah penuangan (pengecoran). Proses ini

dilakukan hanya pada kondisi darurat. Sedangkan pengendalian sifat besi tuang

putih ini tetap dengan metoda pengendalian pendinginan dengan “iron chill”

serta komposisi unsur bahan tuangan sebagaimana yang telah disebutkan.

3. Besi tuang “Mampu Tempa” (Malleable Cast Iron) Besi tuang mampu tempa

(Malleable cast Iron) adalah salah satu jenis besi tuang yang memiliki struktur

berwarna putih, dimana memiliki unsur graphite yang sangat halus sehingga

distribusi unsur Karbon menjadi lebih merata serta mudah dibentuk. Besi tuang

mampu tempa (Malleable cast Iron) terdapat dalam 3 bentuk jenis, yakni :

Whitehearth, Blackhearth, dan Pearlitic nama-nama ini merupakan istilah sesuai

dengan bentuk microstruktur dari besi tuang tersebut.

\

2.4 Proses Pembuatan Besi

Proses pengolahan bijih besi untuk menghasilkan logam besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace). Tanur sembur berbentuk menara silinder dari besi atau baja dengan tinggi sekitar 30 meter dan diameter bagian perut sekitar delapan meter. Karena tingginya alat tersebut, alat ini sering juga disebut sebagai tanur tinggi. Bagian – bagian dari tanur tinggi adalah sebagai berikut:

a. Bagian puncak yang disebut dengan Hopper, dirancang sedemikian rupa sehingga bahan – bahan yang akan diolah dapat dimasukkan dan ditambahkan setiap saat.

b. Bagian bawah puncak, mempunyai lubang untuk mengeluarkan hasil – hasil yang berupa gas.

c. Bagian atas dari dasar (kurang lebih 3 meter dari dasar), terdapat pipa – pipa yang dihubungkan dengan empat buah tungku dimana udara dipanaskan (sampai suhunya kurang lebih 1.100°C). udara panas ini disemburkan ke dalam tanur melalui pipa – pipa tersebut.

d. Bagian dasar tanur, mempunyai dua lubang yang masing – masing digunakan untuk mengeluarkan besi cair sebagai hasil utama dan terak (slag) sebagai hasil samping.

Gambar 3. Tanur Tinggi

2.4.1 Proses Pengolahan Besi

Secara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan urutan sebagai berikut:

a. Bahan – bahan dimasukkan ke dalam tanur melalui bagian puncak tanur. Bahan – bahan ini berupa:

1. Bahan utama yaitu bijih besi yang berupa hematit (Fe2O3 ) yang bercampur dengan pasir (SiO2) dan oksida – oksida asam yang lain (P2O5 dan Al2O3). Batuan – batuan ini yang akan direduksi.

2. Bahan – bahan pereduksi yang berupa kokas (karbon).3. Bahan tambahan yang berupa batu kapur (CaCO3) yang berfungsi untuk mengikat

zat – zat pengotor.

b. Udara panas dimasukkan di bagian bawah tanur sehingga menyebabkan kokas terbakar.

C(s) + O2(g) CO2(g) ∆H = - 394 kJ

Reaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900°C.

c. Gas CO2 yang terbentuk kemudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bereaksi dengannya lagi membentuk gas CO.

CO2(g) + C(s) 2CO(g) ∆H = +173 kJ

Reaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagian itu menjadi sekitar 1.300° C.

d. Gas CO yang terbentuk dan kokas yang ada siap mereduksi bijih besi (Fe2O3). Reuksi ini dapat berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu:

1. Pada bagian atas tanur, Fe2O3 direduksi menjadi Fe3O4 pada suhu 500°C.

3 Fe2O3(s) + CO(g) 2 Fe3O4(s) + CO2(g)

2. Pada bagian yang lebih rendah, Fe3O4 yang terbentuk akan direduksi menjadi FeO pada suhu 850° C.

Fe3O4(s) + CO(g) 3FeO(s) + CO2(g)

3. Pada bagian yang lebih bawah lagi, FeO yang terbentuk akan direduksi menjadi logam besi pada suhu 1.000° C.

FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g)

e. Besi cair yang terbentuk akan mengalir ke bawah dan mengalir di dasar tanur.

f. Sementara itu, di bagian tengah tanur yang bersuhu tinggi menyebabkan batu kapur terurai menurut reaksi:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

g. Kemudian di dasar tanur CaO akan bereaksi dengan pengotor dan membentuk terak (slag) yang berupa cairan kental. Reaksinya sebagai berikut:

CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l) 3 CaO(s) + P2O5(g) Ca3(PO4)2(l) CaO(s) + Al2O3(g) Ca(AlO2)2(l)

h. Selanjutnya, besi cair turun ke dasar tanur sedangkan terak (slag) yang memiliki massa jenis lebih rendah daripaba besi cair akan mengapung di permukaan dan keluar pada saluran tersendiri.

Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction)

Pada proses ini menggunakan tungku tanur tinggi (blast furnace) dengan porsi 80% diproduksi dunia. Besi kasar dihasilkan dalam tanur tinggi. Diameter tanur tinggi sekitar 8m dan tingginya mencapai 60 m. Kapasitas perhari dari tanur tinggi berkisar antara 700 – 1600 Megagram besi kasar. Bahan baku yang terdiri dari campuran bijih, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncak tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam hopper. Untuk menghasilkan 100 Megagram besi kasar diperlukan sekitar 2000 Megagram bijih besi, 800 Megagram kokas, 500 Megagram batu kapur dan 4000 Megagram udara panas. Bahan baku tersebut disusun secara berlapis-lapis.

Udara panas dihembuskan melalui tuyer sehingga memungkinkan kokas terbakar secara efektif dan untuk mendorong terbentuknya karbon monoksida (CO) yang bereaksi dengan bijih besi dan kemudian menghasilkan besi dan gas karbon dioksida (CO2). Dengan digunakannya udara panas, dapat dihemat penggunaan kokas sebesar 30% lebih. Udara dipanaskan dalam pemanas mula yang berbentuk menara silindris, sampai sekitar 500°C. Kalor yang diperlukan berasal dari reaksi pembakaran gas karbon monoksida yang keluar dari tanur. Udara panas tersebut memasuki tanur melalui tuyer yang terletak tepat di atas pusat pengumpulan besi cair. Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat dalam bijih-bijih, dan membentuk terak cair. Terak cair ini lebih ringan dari besi cair dna terapung diatasnya dan secara berkala disadap. Besi cair yang telah bebas dari kotoran-kotoran dialirkan kedalam cetakan setiap 5 – 6 jam. Disamping setiap Megagram besi dihasilkan pula 0,5 Megagram terak dan 6 Megagram gas panas. Terak dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan (campuran beton) atau sebagai bahan isolasi panas. Gas panas dibersihkan dan digunakan untuk pemanas

mula udara, untuk membangkitkan energi atau sebagai media pembakar dapur-dapur lainnya.

Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction)

Pada proses reduksi langsung bijih besi bereaksi dengan gas atau bahan padat reduksi membentuk sponge iron.*Proses ini diterapkan di PT Krakatau Steel, CIlegon.* Disini bijih besi / pellet direaksikan dengan gas alam dalam dua unit pembuat sponge iron, yang masing-masing berkapasitas 1juta ton pertahun.

*Sponge iron yang dihasilkan PT Krakatau Steel memiliki komposisi kimia :

Fe : 88 – 91 %; C : 1,5 – 2,5%; SiO2 : 1,25 – 3,43%; Al2O3 : 0,61 – 1,63%; CaO : 0,2 – 2,1%; MgO : 0,31 – 1,62%; P : 0,014 – 0,027%; Cu : 0,001 – 0,004 %; Kotoran (oksida lainnya) : 0,1 – 0,5 %

Tingkat metalisasi : 86 – 90 %

Sponge Iron yang berbentuk butiran kemudian diolah lebih lanjut dalam dapur listrik. Disini sponge iron bersama-sama besi tua (scrap), dan paduan ferro dilebur dan diolah menjadi billet baja.

Untuk menghasilkan 63 megagram sponge iron diperlukan sekitar 100 megagram besi pellet. Proses ini sangat efektif untuk mereduksi oksida-oksida dan belerang sehingga dapat dimanfaatkan bijih besi berkadar rendah.

2.4.2 Hasil Pengolahan Besi

1. Besi Kasar (pig iron) atau Besi GubalBesi cair yang keluar dari dasar tanur disebut dengan besi kasar (pig iron). Besi kasar mengandung 95% besi, 34% karbon, sisanya berupa fosfor, silikon dan mangan.

2. Besi Tuang (cast iron) atau Besi Cor

Jika pig iron dibuat menjadi bentuk cetakan maka disebut besi tuang atau besi cor.

3. Besi Tempa (wrought iron)

Besi tempam mengandung kadar karbon yang cukup rendah (0,05 – 0,2%). Besi tempa ini cukup lunak untuk dijadikan berbagai perlatan seperti sepatu kuda, roda besi, baut, mur, golok, cangkul dan lain sebagainya.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Logam paduan merupakan pencampuran dari dua jenis logam atau lebih, untuk

mendapatkan sifat fisik, mekanik, listrik dan visual yang lebih baik.

Logam paduan dikelompokkan menjadi 2 bagian, yaitu:

1. Logam Besi (ferrous)

Logam Besi terbagi lagi menjadi 2 yaitu :

b. Baja

-Baja Karbon

- Baja Paduan

-Baja Spesial

c. Besi

- Besi cor (tuang) (cast iron)

1. Besi cor kelabu

2. Besi cor putih

3. Besi tuang mampu tempa

2. Logam Non Besi (Non Ferrous) : Seng, Timah, Magnesium, Logam dan paduan

dari Aluminium, dll.

Proses pembuatan besi dapat dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut

tanur tinggi, dan dalam proses pembuatan besi dibagi menjadi 2 yaitu : proses

reduksi langsung, dan proses tidak langsung.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.BahanKonstruksikimia/BAJA KARBON _ Engineering.html

http://www.makalah-logam.html

http://www.logam-murni-dan-logam-paduan.html

http://www.LOGAMBESI_Revival44'sBlog.html

http://www.wikipedia.org/logam.html