LOGAMBESI & NON-BESI

LOGAMBESI & NON-BESI

Apa itu BAJA?Awalnya adalah BESI...

Kemudian menjadi besi tuang (cast iron)...

...akhirnya menjadi BAJA

Kegunaan baja

1. Konstruksi bangunan & jembatan...

2. Automobile ...

3. kaleng, kontainer, panci, dll... 4. Peralatan makan...

5. komunikasi... 6. energi... 7. kesehatan...

PRODUK BAJA

Finished/produk akhir (rolled steel)

Blooming, cogging and slabbing mills, being the preparatory mills to rolling finished rails, shapes or plates, respectively. If reversing, they are from 34 to 48 inches in diameter, and if three-high, from 28 to 42 inches in diameter.

Billet mills, three-high, rolls from 24 to 32 inches in diameter, used for the further reduction of blooms down to 1.5x1.5-inch billets, being the preparatory mills for the bar and rod

Beam mills, three-high, rolls from 28 to 36 inches in diameter, for the production of heavy beams and channels 12 inches and over.

Rail mills with rolls from 26 to 40 inches in diameter.

Rod and wire mills with finishing rolls from 8 to 12 inches in diameter, always arranged with larger size roughing stands.

Sheet mills with rolls from 20 to 32 inches in diameter.

Plate mills with rolls from 28 to 44 inches in diameter.

Semi-finished/produk setengah jadi (continuous cast steel)

Logam besi

• Baja karbon (plain carbon steel)• Baja paduan (alloy steel)• Baja perkakas & dies (tools steel)• Baja tahan karat (stainless)• Besi tuang/cor (cast iron)

Baja Karbon• Biaya rendah• Selalu menjadi pertimbangan untuk semua aplikasi• klasifikasi berdasarkan kandungan karbonnya :

• Low Carbon (less than 0.3% carbon) utk baut, mur, lembaran, pelat, tabung, pipa, komponen mesin berkekuatan rendah

• Med Carbon (0.3% to 0.6%) roda gigi, axle, batang penghubung, crankshaft, rel, komponen utk mesin pengerjaan logam

• High Carbon (0.6% to 0.95%) mata pahat, kabel, kawat musik, pegas

Low Carbon (less than 0.3% carbon)• Tangguh, ulet, lentur; mudah digabung dan di

las; ketahanan korosi buruk• Jika ada masalah/kerusakan dapat dilakukan

proses karburasi (carburized* /difusi karbon)• Pengerjaan logam dengan cara ditekan• AISI 1008, 1010, 1015, 1018, 1020, 1022,

1025

Low Carbon/mild steel

= proses perlakuan panas dimana besi/baja menyerap karbon bebas ketika logam tersebut dipanaskan

Med Carbon (0.3% to 0.6%)• Mempunyai kekuatan medium

hingga tinggi dengan keuletan(ductility) yang cukup baik

• Dapat digunakan pada semua elemenmesin

• AISI 1030, 1040, 1050, 1060

Medium Carbon

High Carbon (0.6% to 0.95%)• Dikenal juga sebagai baja perkakas (tools

steel)• Mempunyai kekuatan yang tinggi, keuletan

rendah• Dilakukan dengan proses quench hardened*• Digunakan untuk aplikasi yang

permukaannya tahan terhadap abrasi, eg. pisau, alat ukir/pahat, gear

• AISI 1080, 1095

High Carbon

*=proses mekanik di mana baja dan paduan besi tuang diperkuat dan mengeras

AISI - SAE Classification System AISI XXXX

American Iron and Steel Institute (AISI)• Mengklasifikasi paduan secara kimia• 4 digit nomor

– 1 = elemen paduan utama– 2 menunjuk elemen paduan subkelompok ATAU

persen relatif unsur paduan utama– dua nomor terakhir = perkiraan jumlah karbon

(dinyatakan dalam 0.01%)

AISI - SAE Classification System

• Huruf awal menunjukkan proses yang digunakan untuk memproduksi baja– E = electric furnace– X = menunjukkan variasi yang diperbolehkan

• Jika huruf terletak antara nomor ke-2 dan 3 :– B = telah ditambahkan Boron– L = telah ditambahkan Lead/Pb

• Huruf akhir– H = ketika kekerasan (hardenability) merupakan syarat utama

• Organisasi lainnya :– ASTM and MIL

Klasifikasi baja menurut AISI & SAE

Contoh : Baja seri 1045 utk yoke ball

• 1045 termasuk seri 10xx atau seri baja karbon• Angka 45 merupakan kandungan karbon = 45/100 %

= 0,45%

Baja Paduan

• Baja paduan rendah berkekuatan tinggi (high strength alloy steel)– C<0,30%– Struktur mikro: butir besi-a halus, fasa kedua

martensit & besi-d– Produknya: pelat, balok, profil

• Baja fasa ganda (dual- phase steel)– Struktur mikro: campuran besi-a & martensit

• Unsur-unsur lain (selain karbon) dapat ditambahkan ke besi untuk meningkatkan sifat mekanik dan manufaktur

• eg. Sulfur (S), fosfor (P), atau timah (Pb) dapat ditambahkan untuk meningkatkan kemampuan mesin.– Biasanya untuk bagian mesin sekrup atau

bagian dengan tingkat produksi yang tinggi– eg.11xx, 12xx and 12Lxx

• unsur yang ditambahkan ke baja dapat larut dalam zat besi (penguatan larutan padat)

• Meningkatkan kekuatan (strength), kekerasan (hardenability), ketangguhan (toughness), mulur (creep), tahan temperatur tinggi.

• Baja paduan dibedakan menjadi :– High-alloy steels, akan menjadi kelompok stainless

steel.– Sebagian besar baja paduan yang digunakan adalah

kategori paduan rendah (low alloy).

• > 1.65%Mn, > 0.60% Si, or >0.60% Cu• Elemen paduan yg umum:

– Chromium (Cr), nickel (Ni), molybdenum (Mo), vanadium (V), tungsten (W), cobalt (Co), boron (B), dan copper (Cu).

• Paduan rendah: presentase yang ditambahkan sedikit (<5%) – Menambah kekuatan (strength) dan kekerasan

(hardenability)• Paduan tinggi: persentase yang ditambahkan banyak (>20%)

– eg. > 10.5% Cr = adalah stainless steel dimana Cr meningkatkan ketahanan korosi dan stabil pada suhu rendah & tinggi

Alloying Elements used in Steel

Manganese (Mn)• Digabungkan dengan sulfur untuk menghindari kerapuhan

(brittleness)• >1%

– meningkatkan kekerasan• 11% to 14%

– Meningkatkan kekerasan– Keuletan baik– Kapasitas regangan kekerasan tinggi– Ketahanan aus sangat baik (excellent wear resistance)

• Ideal untuk peralatan yang tahan benturan (impact)

Alloying Elements used in Steel

Sulfur (S)• Menimbulkan kerapuhan• Meningkatkan kemampuan mesin, jika digabungkan

dengan Mn• Beberapa mesin baja mengandung 0.08% - 0.15% S• eg. S alloys:

– 11xx – sulfurized (free-cutting)

Alloying Elements used in Steel

Nickel (Ni)• Meningkatkan kekuatan, stabilitas dan ketangguhan

eg. Ni alloys:– 30xx – Nickel (0.70%), chromium (0.70%)– 31xx – Nickel (1.25%), chromium (0.60%)– 32xx – Nickel (1.75%), chromium (1.00%)– 33XX – Nickel (3.50%), chromium (1.50%)

Alloying Elements used in Steel

Molybdenum (Mo)• biasanya < 0.3%• Meningkatkan kekerasan dan kekuatan• Mo-karbida membantu meningkatkan ketahanan

mulur pada temperatur tinggi– Aplikasi pada peralatan hot working

Alloying Elements used in SteelChromium (Cr)

• biasanya < 2%• meningkatkan kekerasan dan kekuatan• memberikan ketahanan korosi dengan membentuk

permukaan oksida yang stabil• Biasanya digunakan dengan kombinasi Ni dan Mo

– 30XX – Nickel (0.70%), chromium (0.70%)– 5xxx – chromium alloys– 6xxx – chromium-vanadium alloys– 41xxx – chromium-molybdenum alloys

Alloying Elements used in Steel

Vanadium (V)• biasanya 0.03% - 0.25%• Meningkatkan kekuatan tanpa kehilangan ductility

Tungsten (W)• Membantu untuk pembentukan karbida• Meningkatkan panas kekerasan

– digunakan untuk tool steels

Alloying Elements used in Steel

Copper (Cu)• 0.10% - 0.50%• Ketahanan korosi• Kemampuan hot-working• digunakan dalam lembaran baja karbon rendah dan baja

struktural

Silicon (Si)• sekitar 2%• Meningkatkan kekuatan tanpa kehilangan ductility• Meningkatkan sifat magnetik

Alloying Elements used in Steel

Boron (B)• untuk baja karbon rendah, secara drastis dapat

meningkatkan kekerasan• meningkatkan kemampuan mesin dan kapasitas

pembentukan dingin (cold forming capacity)

Aluminum (Al)• deoxidizer• 0.95% - 1.30%• memproduksi Al-nitrida selama nitridasi

Baja perkakas & dies

• Mengacu pada berbagai baja karbon dan paduan yang terutama sangat cocok untuk dijadikan perkakas

• Karakteristik termasuk kekerasan tinggi, ketahanan terhadap abrasi (aus yang sangat baik), ketahanan terhadap deformasi pada temperatur tinggi (kekerasan).

• Baja perkakas biasa digunakan dalam keadaan panas

• Kandungan karbonnya tinggi sangat rapuh

Baja tahan karat

• Sifatnya tahan korosi, kekuatan & keuletan tinggi dan kandungan Cr tinggi

• Kandungan lain : Ni, Mo, Cu, Ti, Si, Mg, Cb, Al, N dan S

Baja Tahan Karat (Corrosion Resistant Steel)

• Stainless Steels (Corrosion-Resistant Steels) –contain at least 10.5% Chromium– trade name

• AISI assigns a 3 digit number– 200 and 300 … Austenitic Stainless Steel

– 400 … Ferritic or Martensitic Stainless Steel

– 500 … Martensitic Stainless Steel

Jenis baja tahan karat

• Austenitik (seri 200 & 300)– Mengandung Cr, Ni dan Mg– Bersifat tidak magnit, tahan korosi, machinable, weldable

(mudah di las)– Utk peralatan dapur, fitting, konstruksi, peralatan

transport, tungku, komponen penukar panas, lingkungan kimia

• Ferritik (seri 400)– Mengandung Cr tinggi, hingga 27%– Bersifat magnit, tahan korosi, mudah dibentuk– Utk peralatan dapur.

• Martensitik (seri 400 & 500)– Mengandung 18%Cr, tidak ada Ni– Bersifat magnit, berkekuatan tinggi, keras, tahan patah

dan ulet– Untuk peralatan bedah, instrument katup dan pegas

• Pengerasan presipitasi– Mengandung Cr, Ni, Cu, Al, Ti, & Mo– Bersifat tahan korosi, ulet & berkekuatan tinggi pada

suhu tinggi– Untuk komponen struktur pesawat & pesawat ruang

angkasa

Jenis baja tahan karat

• Struktur Duplek– Campuran austenit & ferrit– Utk komponen penukar panas & pembersih air

Besi cor• Besi tuang

disusun oleh besi, 2,11-4,50% karbon dan 3,5% silikon

• Kandungan Si mendekomposisi Fe3C menjadi Fe-a dan C (grafit)

• Sangat kuat dan rapuh; kuat dibawah tekanan; dapat dituang pada suhu rendah

Jenis besi cor

• Besi cor kelabu• Besi cor nodular (ulet)• Besi cor tuang putih• Besi cor malleable

Besi cor kelabu

• Disusun oleh serpihan C (grafit) yang tersebar pada besi-a

• Bersifat keras & getas• Kekuatan tekan dan

tarik baik; machinability*; kemampuan meredam getaran *dapat dikerjakan oleh mesin dengan mudah

Besi cor nodular (ulet)

• C (grafit)nya berbentuk bulat (nodular) tersebar pada besi-a.

• Nodular terbentuk karena besi cor kelabu ditambahkan sedikit unsur magnesium dan cesium

• Keras & ulet

Besi cor putih

• Disusun oleh besi-adan besi karbida (Fe3C)

• Terbentuk melalui pendinginan cepat

• Getas, tahan pakai & sangat keras

• Penggunaan : alat rolling & crunching

Besi cor malleable

• Disusun oleh besi-a dan C (grafit)

• Dibentuk dari besi cor putih yang dianil pada 800-900oC dalam atmosphere CO & CO2

HRS (Hot Roll Steel) vs. CRS (Cold Roll Steel)

• HRS– disebut juga hot finishing

– ingot atau bentuk cor terus menerus digulung dalam kondisi "HOT" ke bentuk yang lebih kecil.

– Selama panas, butiran mengkristal tanpa material menjadi keras

– dislokasi menghilang (dislokasi menghambat pergerakan slip).

• HRS ditandai dengan :– Sangat ulet ( %

elongation 20 - 30%)– Berkekuatan sedang

(sekitar 60 – 75 ksi for 1020)

– Permukaan akhir kasar - skala hitam tertinggal di permukaan

HRS vs. CRS• CRS

– Disebut juga cold finishing – gulungan HRS melewati serangkaian rolling mills pada temperatur kamar.

– Karena digulung pada suhu ruang, terjadi cacat kristal dislokasi yang menghambat gerak melalui slip

– dikenal juga sebagai work hardening

• CRS ditandai dengan :– Sedikit ulet – hampir

rapuh (% elongation 5 to 10%)

– Kekuatan tinggi (sekitar 120 ksi for 1020)

PEMBENTUKAN LOGAM (METAL FORMING)

Definisi

• Proses pembentukan (forming) adalah proses mengubah bentuk logam dengan suatu gaya pada arah tertentu tanpa menyisakan serpih

• Proses pembentukan tergantung pada sifat plasticity (plastisitas), yakni kemampuan mengalir sebagai padatan tanpa merusak sifat-sifatnya.

Kelebihan & kekurangan metal forming

Kelebihan:• tidak perlu perangkat

pembawa cairan karena padatan

• tidak ada kompleksitas pemadatan

• Sekrap yang dihasilkan sedikit dibanding dengan proses pemesinan

Kekurangan :• gaya yang diperlukan

tinggi, • mesin dan perkakasnya

mahal, • harus dalam produksi

besar untuk mengatasikedua hal diatas

klasifikasi forming menurut keadaan tegangan yang bekerja

Klasifikasi forming berdasarkan temperatur

• Hot working• Cold working

Hot working• Hot working didefinisikan sebagi deformasi

plastis logam di atas suhu rekristaliasinya. • Lower limit hot working

• Kenaikan suhu berpengaruh terhadap penurunan tegangan yield logam dan meningkatkan keuletannya.

Metal TemperatureTin Room temperatureSteel 2,000 °F (1,090 °C)Tungsten 4,000 °F (2,200 °C

kelebihan & kekurangan hot workingKelebihan kekurangan

•Penurunan kekuatan luluh (yieldstrength) lebih mudah berkerja, energi/kekuatan yang digunakan sedikit

•Cepat terjadi oksidasi pada benda kerja

•Keuletan bertambah •Kurang akurat karena kontraksi panas& pendinginan tidak merata

•Suhu yang tinggi meningkatkan difusiyang dapat mengurangi bahan kimiayang tidak homogen

•Struktur butir tidak merata

•Ukuran pori2 berkurang selamadeformasi

•Membutuhkan unit pemanas sepertitungku gas atau diesel atau pemanasinduksi biaya sangat mahal

•Dalam baja, yang lemah, ulet, mikrostruktur FCC-austenit terbentukdaripada BCC-ferit yang ditemukanpada temperatur rendah

Cold working

• Cold working, dikenal juga dengan work hardening atau strain hardening adalah deformasi plastis logam di bawah suhu rekristalisasi.

• Proses biasanya pada suhu kamar, tetapi kenaikan suhu sedikit saja biasa digunakan untuk meningkatkan keuletan dan mengurangi kekuatan.

kelebihan & kekurangan cold workingKelebihan kekurangan

•Tidak memerlukan pemanasan •Diperlukan gaya yang lebih besar untukmemulai dan menyelesaikan proses cold work

•Permukaan hasil akhir lebih baik •Diperlukan perangkat yang lebih berat dan lebih kuat

•Kendali dimensi unggul, tdk memerlukanpermesinan lanjutan

•Kurang keuletan

•Produk yang dihasilkan memilikireproduktifitas dan pertukaran yang baik

•Permukaan logam harus bersih bebas sisik

•Problem kontaminasi diminimisasi •Anneal antara mungkin diperlukan untukmengkompen-sasi hilang keuletan yang menyertai strain hardening

•Sifat terarah dapat diberikan •Pemberian sifat yang terarah mungkin merusak

•Sifat kekuatan, kelelahan dan keausanditingkatkan melalui strain hardening

•Tegangan sisa yang tak diinginkanmungkin diproduksi

How is Steel made-I= metode yang digunakan untukmembuat objek dari bubuk.didasarkanpada difusi atom. terjadi lebih cepat padasuhu yang lebih tinggi.produkdinamakan sinter

= bahan bakar dengankandungan C yang tinggi, dihasilkan dari distilasibatubara (coal)

= bijih besi, Fe2O3

= besi tua/besirongsokan

= terjadi proses ekstraksibesi oksida, Fe2O3menjadi besi cair, Fe(l)

= terak, ampasbijih besi

= terjadi prosesoksidasi, denganpenambahan Al

= melelehkan besitua/besi rongsokanmenjadi baja cairmentah

= memurnikanbaja cair dariimpurities/pengotor denganmengalirkangas Argon

= juga disebut pengecoran untai, proses dimana logam cairdipadatkan menjadi "setengah jadi" billet, bloom atau slab untuk rolling berikutnya di pabrik finishing.

= bentuk bajasetengah jadi, selain bloom dan billet

= pengerjaan bajadengan cara di roll, produk akhir wire, bar, beam, rail. Produk akhirselanjutnya diplatingatau digalvanizing

How is Steel made-II

Blast furnace

How is Steel made-III

Continuous casting

Hot rolling

Pickling, cold rolling, alkaline cleaning, annealing

Tin & Chrome plating

galvanizing

Steel Making Plant

Electric Arc Furnace Ladle Furnace Continuous Casting Machine

What is a Blast Furnace?

•Tujuan dari blast furnace adalah untuk mengurangi danmengkonversi oksida besimenjadi besi cair yang disebut "logam panas".

•Iron ore (bijih besi), coke (batubara) dan limestone (batu kapur) dimasukkan ke bagian atas, dan udara dipanaskan dihembuskan ke bawah.

Why does Iron have to be extracted in a Blast Furnace???

•Iron can be extracted by the blast furnace because it can be displaced by carbon.

•This is more efficient method than electrolysis because it is more cost effective

•Oxygen in the air reacts with coke to give carbon dioxide:

C(s) + O 2(g) CO2(g)

•The limestone breaks down to form carbon dioxide:

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

•Carbon dioxide produced in 1 + 2 react with more coke to produce carbon monoxide:

CO2(g) + C(s) 2CO(g)

Several reactions take place before the iron is finally produced...

• The carbon monoxide reduces the iron in the ore to give molten iron:

3CO(g) + Fe2O3(s) 2Fe(l) + 3CO2(g)

• The limestone from 2, reacts with the sand to form slag (calcium silicate):

CaO(s) + SiO(s) CaSiO3(l)

•Baik slag/terak dan besi dikeringkan dari dasar tungku.

•Terak ini terutama digunakan untuk membangun jalan.

•Besi cair sementara dituangkan ke dalam cetakan dandibiarkan hingga mengeras - ini disebut besi cor dandigunakan untuk membuat pagar dan tangkipenyimpanan.

•Sisa dari besi digunakan untuk membuat baja.