modul 05 besi-baja 2 - · pdf filedipakai untuk peralatan di pabrik kimia atau peralatan...
TRANSCRIPT
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 1/14
4. BAJA PERKAKAS
Baja perkakas (tool steel), yang dikenal juga sebagai baja premium, adalah
satu jenis baja yang dirancang untuk aplikasi seperti alat memotong baja lain pada
mesin perkakas, alat penumbuk (punch), landasan cetak (die), cetakan cor (mold),
pisau pemotong, pahat dan alat-alat sejenis. Untuk bisa menjalankan aplikasi-
aplikasi di atas, baja perkakas harus mempunyai kelebihan dalam hal kekuatan
(strength), kekerasan (hardness), kekerasan ketika panas (hot hardness), ketahanan
terhadap aus (wear resistance), dan keuletan (toughness) terhadap impak (impact).
Baja perkakas dibagi menjadi tujuh kelompok berdasarkan aplikasinya, dan
dengan sendirinya juga berdasarkan komposisinya. AISI (American Iron and Steel
Insitute) menggunakan skema klasifikasi yang mengunakan sebuah huruf prefiks
untuk mengidentifikasikan baja perkakas. Berikut ini adalah tujuh kelompok tersebut,
beserta huruf prefiks dan uraiannya. Sedangkan dalam tabel setelahnya
diperlihatkan komposisi kimia beberapa jenis baja paduan yang termasuk dalam
baja perkakas.
T, M High-speed tool steels, digunakan sebagai alat potong dalam mesin-mesin
pemroses. Dirancang sehingga mempunyai ketahanan tinggi terhadap aus
dan tetap mempunyai kekerasan tinggi walaupun dalam keadaan panas.
Kode baja perkakas dalam kelompok ini memakai prefiks T kalau
mengandung Tungsten, dan memakai prefiks M kalau mengandung
Molibdenum.
H Hotworking tool steel, digunakan untuk aplikasi cetakan (dies) yang
dioperasikan dalam keadaan panas, seperti penempaan (forging), ekstrusi,
dan cetakan pada pengecoran. Prefiks H untuk hot.
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 2/14
D Cold-work tool steels, adalah baja untuk aplikasi cetakan (dies) yang
dioperasikan dalam keadaan dingin, seperti pekerjaan pres terhadap
lembaran baja, ekstrusi dingin, dan beberapa operasi penempaan (forging).
Prefiks D untuk die. Kelompok ini berhubungan erat dengan kode AISI yang
memnggunakan prefiks A dan O. Prefiks A untuk air hardening (pengerasan
yang pendinginannya mengunakan udara, dan prefiks O untuk oil hardening
(pengerasan yang pendinginannya mengunakan oli). Kelompok ini
mempunyai kelebihan dalam ketahanan terhadap aus, dan rendahnya
distorsi.
W Water hardening tool steels, mempunyai kandungan karbon yang tinggi,
dengan sedikit (atau tidak ada sama sekali) elemen lain yang dipadukan. Baja
kelompok ini hanya bisa diperkeras dengan cara pencelupan cepat ke dalam
air. Baja jenis ini dipakai secara luas karena biayanya rendah, tapi
penggunaannya terbatas hanya pada aplikasi bertemperatur rendah. Prefiks
W untuk water.
S Shock-resistant tool steels, ditujukan untuk aplikasi dimana diperlukan
keuletan (toughness) yang tinggi, seperti pada operasi shearing pada logam
lembaran, punching dan bending.
P Mold steels, digunakan untuk aplikasi cetakan yang digunakan untuk
mencetak plastik dan karet.
L Low-alloy tool steels, kelompok ini berisi bermacam baja perkakas untuk
aplikasi khusus.
Baja perkakas bukan satu-satunya bahan untuk perkakas. Plain carbon steel,
low alloy steel dan baja tahan karat (stainless steels), juga biasa dipakai untuk
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 3/14
aplikasi perkakas dan cetakan. Besi tuang dan beberapa paduan non-fero juga bisa
dipakai untuk beberapa aplikasi perkakas. Jangan dilupakan, beberapa jenis
keramik (misalnya Al2O3) digunakan sebagai bahan untuk membuat perkakas
dengan operasi berkecepatan tinggi, sebagai bahan abrasif, dan aplikasi lain.
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 4/14
5. BAJA TAHAN KARAT
Baja tahan karat adalah sekelompok baja paduan tinggi yang dirancang agar
mempunyai ketahanan tinggi terhadap korosi. Unsur utama dalam paduan tersebut
adalah krom, biasanya lebih dari 15%. Krom akan membentuk suatu lapisan tipis
yang dapat menahan terjadi oksidasi. Nikel (unsur lain dalam paduan), digunakan
untuk meningkatkan perlindungan atas korosi.
Karbon berguna untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan logam.
Sebenarnya kandungan karbon dapat menurunkan ketahanan terhadap korosi. Ini
terjadi karena karbon dapat membentuk chromium carbide yang mengurangi jumlah
kromium bebas yang tersedia pada paduan.
Baja tahan karat juga dikenal karena kekuatan (strength) dan kekenyalannya
(ductility). Walaupun sifat ini diperlukan dalam banyak aplikasi, tapi hal ini
menyebabkannya paduan ini menyulitkan dalam proses manufaktur. Juga, baja
tahan karat secara signifikan lebih mahal ketimbang plain carbon steel atau low alloy
steel.
5.1. Kelompok-kelompok dalam baja tahan karat
Ada lima kelompok baja tahan karat, sebagai berikut.
Austenitic stainless. Mempunyai bentuk kristal FCC. Mengandung sekitar
18% Cr dan 8% Ni. Paling tahan terhadap karat, dibanding dengan yang lain. Non
magnetic, sangat kenyal (ductile) tapi mempunyai kekerasan (hardness) yang tinggi.
Stabil dalam temperatur kamar.
Dipakai untuk peralatan di pabrik kimia atau peralatan pengolah makanan.
Juga dipakai untuk komponen mesin yang memerlukan tahan karat.
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 5/14
Ferritic stainless. Mempunyai bentuk kristal BCC. Mengandung sekitar 15%
- 20% Cr, kandungan karbon yang rendah, dan tanpa nikel. Ketahanan terhadap
korosi lebih rendah, jika dibanding dengan austenitik. Kekenyalan lebih rendah,
dibanding austenitik. Dipakai untuk berbagai perlatan dapur, sampai komponen
mesin jet.
Martensitic stainless. Mempunyai kandungan karbon yang lebih tinggi,
dibanding ferritic, sehingga memungkinkan untuk diperkuat dengan heat treatment.
Mengandung 18% Cr, tanpa nikel. Lebih kuat, keras, tahan terhadap fatigue.
Ketahanan terhadap korosinya lebih rendah ketimbang austenitic dan ferritic.
Dipakai untuk alat makan dan peralatan operasi.
Precipitation hardening stainless. Mengandung 17% Kromium dan 7%
Nikel. Ditambah Aluminium, Tembaga, Titanium, Molibdenum dalam jumlah kecil.
Dapat diperkeras dengan metoda precipitation hardening. Kekuatan dan ketahanan
terhadap korosi, terjaga walaupun dalam temperatur tinggi. Sifat ini cocok untuk
aplikasi pada pesawat luar angkasa.
Duplex stainless. Mempunyai struktur campuran antara austenitic dan
ferritic, dalam jumlah yang kira-kira sama. Daya tahan korosinya mirip dengan
austenitic. Mempunyai daya tahan terhadap retak karena stress-corrosion. Dipakai
antara lain untuk heat exchangers, pompa, instalasi pengolahan air limbah.
5.2. Identifikasi baja tahan karat
AISI (the American Iron and Steel Institute). Kebanyakan baja tahan karat
memperoleh kode tiga digit dalam skema penomoran berdasarkan AISI. Satu digit
pertama menunjukkan tipe umumnya, sedangkan dua digit terakhir menunjukkan
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 6/14
grade khususnya. Tabel berikut memperlihatkan komposisi tipikalnya, serta sifat
mekanikalnya.
UNS (Unified Numbering System). Skema penomoran berdasarkan UNS,
adalah sebagaimana diperlihatkan dalam Tabel 16-1 dan Tabel 16-2 berikut ini.
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 7/14
5.3. Sifat-sifat fisika/mekanikal
Sifat-sifat berbagai jenis baja tahan karat dapat bervariasi, tergantung dari
komposisi paduannya. Walaupun begitu beberapa sifat umum perlu dicatat karena
akan mempengaruhi aplikasinya.
Berat jenis. Karena dasarnya adalah besi, berat jenis baja tahan karat
hampir sama dengan baja karbon atau baja paduan rendah.
Struktur kristal. Austenitic mempunyai struktur kristal tertentu yang
membuatnya bersifat tidak ferromagnetic. Sedangkan ke-empat jenis baja tahan
karat yang lain, bersifat ferromagnetic
Konduktivitas. Baja tahan karat merupakan konduktor panas dan listrik yang
cukup buruk, jika dibanding dengan baja karbon.
Pemuaian. Koefisien muai panas baja tahan karat adalah 50% lebih tinggi
dibanding baja karbon.
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 8/14
Modulus elastisitas Baja tahan karat mempunyai modulus elastisitas yang
sedikit lebih rendah ketimbang baja karbon sederhana dan baja paduan rendah.
Kalau per baja karbon sederhana akan diganti oleh per baja tahan karat, karena
kinerjanya akan berbeda.
6. BESI COR Besi cor adalah besi paduan yang mengandung sekitar 2,1% sampai 4%
karbon dan sekitar 1% sampai 3% silikon. Komposisi tersebut membuatnya sangat
cocok untuk besi cor. Dengan demikian, volume pengecoran bahan ini, angkanya
beberapa kali lipat volume pengecoran logam-logam lain. Jumlah tonase besi cor
hanya kalah oleh baja.
6.1. Jenis-jenis besi cor
Terdapat beberapa jenis besi cor, yang paling penting adalah besi cor abu-
abu (gray cast iron). Yang lainnya adalah ductile iron, white cast iron dan malleable
iron dan berbagai besi cor paduan lainnya. Perbandingan komposisi kimia dari baja,
besi cor putih dan besi cor abu-abu adalah sebagaimana dapat dilihat pada Tabel
6.6.
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 9/14
Gray cast iron. Jumlah tonase jenis ini adalah yang terbesar di antara
sesama cast iron. Mempunyai komposisi dalam kisaran 2,5%-4% karbon dan 1%-
3% silikon
Ductile iron. Ini adalah besi dengan komposisi sama dengan gray iron,
dimana logam yang dicairkan, mendapat perlakuan secara kimia sebelum
penuangan. Ini menyebabkan terbentuknya speroid grafit, alih-alih flakes.Hasilnya
adalah suatu besi yang lebih kuat dan lebih kenyal (ductile). Aplikasinya mencakup
komponen masin-mesin yang memerlukan kekuatan yang tinggi dan daya tahan
yang tinggi terhadap aus (wear).
Besi cor putih (white cast iron). Besi cor jenis ini mempuinyai lebih sedikit
karbon dan silikon ketimbang besi cor abu-abu. Jenis ini dibuat dengan cara
pendinginan yang lebih cepat, setelah besi cair dituangkan.
Malleable iron.
Besi cor paduan (alloy cast iron).
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 10/14
6.2. Proses pengecoran
Besi cor sering dicairkan dalam sebuah kupola (Figure 17-1). Besi yang
sudah cair akan melalui pencetakan. Proses pencetakan kurang lebih dilakukan
sebagaimana terlihat dalam Figure 17-2. Dalam gambar tersebut diperlihatkan enam
macam jenis cetakan: (1) cetakan yang dibuat dari pasir, (2) cetakan yang dibuat
permanen, (3) pengecoran yang menggunakan die, (4) shell molding, (5) investment
casting, dan (6) centrifugal casting.
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 11/14
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 12/14
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 13/14
MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2
Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 14/14
Bahan bacaan:
Budinski, K.G. dan Budinski M.K., 2010, Engineering Materials, Properties and
Selection, Pearson Prentice Hall
Mott, Robert L., 2009, Elemen-elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis,
Perancangan Elemen Mesin Terpadu, Jilid 1, Penerbit ANDI Yogyakarta
Surdia, Tata dan Saito, Shinroku, 1992, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya
Paramita, Jakarta
Wargadinata, Arijanto S., 2002, Pengetahuan Bahan, Penerbit Universitas Trisakti
Wirjosumarto, Harsono, stensilan, tanpa tahun, Kekuatan dan Penguatan Logam,
Laboratorium Teknik Metalurgi, Departemen Mesin, FTI, ITB, Bandung