13/04/23 1

BAHAN LOGAM FERRO(Kuliah II semester gasal 2007)

A. BAJA DAN BESI COR

1. KATAGORI BAJA DAN BESI TUANG:

Campuran ferro (Fe) dengan carbon (C) terjadi pada rentangan (0,008 – 6,67) %C,

campuran minimal 0,08%C disebut Ferrit dan campuran maksimal 6,67%C disebut

cementit Fe3C)

Yang membedakan antara besi tuang denga baja adalah kandungan kadar karbon:

Baja (Steel) = (0,008 s.d 0,83) % C

Baja Karbon rendah > 0,008%C s.d <0,30 %C (mudah ditempapa, dirol, dikerja-

kan mesin )

Contoh: Baja plat ( 0,04 -0,10)%C, Kerangka Mobil 0,05%C, Konstruksi ( 0,15 s.d

0,25)%C, baut / paku keling (0,2 – 0,30 ) %C.

Baja karbon sedang (0,30 – 0,60)%C ( Untuk bahan mesin)

Contoh baut, mur, poros engkol, stang torak ( 0,40 %C), roda gigi, nok, martil,

klem ( 0,4 %), pegas (0,55- 0,60)%C

Baja Karbon tinggi > 0,083 %C s.d < 2 %C

Contoh Pegas, paron, gergaji, perkakas pahat dll ( 0,95 %C),piasu/lager/ kikir/

gergaji (1-1,5)%C

Besi tuang (cast iron) = 2 s.d 6,67 % C

mudah dituang sukar dibentuk biaya proses murah getas / rapuh untuk

peralatan atau bagian- bagian mesin.

2. PENGARUH KANDUNGAN UNSUR KIMIA DALAM BESI KASAR (pig iron)

Uunsur lain yang selalu ada dan mempengaruhi sifat baja dan besi tuang adalah:

(1) C (Carbon) = Unsur ini mempengaruhi keras dan lunaknya besi.

(2) Mn (Mangan) = Menghambat penguraian grafit dan mepermudah pembentukan

cementit, warna besi cenderung putih dan sifatnya lebih keras dan

lebih kuat.

(3) P (Pospor) = Unsur ini menyebabkan besi mudah cair, bila dingin memadat

keras dan rapuh, mempengaruhi warna putih, tidak dapat dibentuk

cementit, grafit, dan ferrit. Besi mengandung P waktu padat

rapuh dingin.

(4) Si (Silisium) = Mempermudah membentuk grafit rapu panas warna kelabu.

(5) S (belerang) = Cairan tebal, sukar dituang rapuh tahan gesekan.

13/04/23 2

3. UNSUR YANG MEMPENGARUHI SIFAT BAJA ( ALLOY STEEL)

(1) NIKEL Liat, kuat tarikan Tahan karat

(2) CHROMIUM liat, keras, dan tahan aus bila dicampur nikel akan

lebih baik dan tahan karat

(3) MANGAN bersih / mengkilap kuat dan tahan panas

(4) SILIKON elastis (pegas)

(5) TUNGSTEN tahan panas (tak cepat aus karena pengaruh panas

(HSS)

(6) MOLYBDEENkekuatan tetap tinggi dan liat pada temperatur tinggi

ditambah chrom (rada gigi)

(7) VANADIUM bitir-butir baja halus bila dicampur chrom kuat dan

tahan aus ( roda gigi, batang penggerak)

(8) COBALT keras meskipun dalm keadaan panas dan tahan aus.

4. Baja paduan (alloy steel)

Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:

(1). Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik

dan sebagainya)

(2). Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah

(3). Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi & reduksi)

Untuk membuat sifat-sifat spesial, Baja paduan yang diklasifikasikan menurut

kadar karbonnya dibagi menjadi:

(1). Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %

(2). Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %

(3). High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %

Selain itu baja paduan dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran

khusus (special alloy steel) dan high speed steel.

(1) 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 ke –

ras, kuat dan ulet bila dibandingkan terhadap baja karbon (carbon steel).

13/04/23 3

(2) 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.

Baja Paduan dengan Sifat Khusus(1) Baja Tahan Karat (Stainless Steel) Sifatnya antara lain:• Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekan• Tahan temperature rendah maupun tinggi • Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil • Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus • Tahan terhadap oksidasi

• Kuat dan dapat ditempa • Mudah dibersihkan

• Mengkilat dan tampak menarik

(2) High Strength Low Alloy Steel (HSLS) Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifat-sifat di atas maka baja ini diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium. 

(3) Baja Perkakas (Tool Steel) Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam ataumudah diasah, tahan panas, kuat dan ulet. Kelompok dari tool steel berdasarkan unsur paduan dan proses pengerjaan panas yang diberikan antara lain:• Later hardening atau carbon tool steel (ditandai dengan tipe W oleh AISI),

Shock resisting (Tipe S), memiliki sifat kuat dan ulet dan tahan terhadap beban kejut dan repeat loading. Banyak dipakai untuk pahat, palu dan pisau.

• Cool work tool steel, diperoleh dengan proses hardening dengan pendinginan yang berbeda-beda. Tipe O dijelaskan dengan mendinginkan pada minyak

sedangkan tipe A dan D didinginkan di udara.

13/04/23 4

• Hot Work Steel (tipe H), mula-mula dipanaskan hingga (300 – 500) ºC dan didinginkan perlahan-lahan, karena baja ini banyak mengandung tungsten dan molybdenum sehingga sifatnya keras.

• High speed steel (tipe T dan M), merupakan hasil paduan baja dengan tungsten dan molybdenum tanpa dilunakkan. Dengan sifatnya yang tidak mudah tumpul dan tahan panas tetapi tidak tahan kejut.

• Campuran carbon-tungsten (tipe F), sifatnya adalah keras tapi tidak tahan aus dan tidak cocok untuk beban dinamis serta untuk pemakaian pada temperatur tinggi

Type HSS Lihat tabel terlampir

Klasifikasi lain antara lain :

Menurut penggunaannya: Baja konstruksi (structural steel), mengandung karbon kurang dari 0,7 % C. Baja perkakas (tool steel), mengandung karbon lebih dari 0,7 % C.

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  Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut kegunaan dan komposisi kimiamaka 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) • Selain itu baja juga diklasifisikan menurut kualitas:• Baja kualitas biasa • Baja kualitas baik

• Baja kualitas tinggi

13/04/23 5

PROSES PENGOLAHAN LOGAM FERRO

Logam ferro diperolah dari bahan tambang, melalui beberapa tahapan:

A. PROSES KONSENTRASI

B. PROSES REDUKSI

C. PROSES BAJA

A. PROSES KONSENTRASI

Proses konsenrasi bertujuan untuk :

(1) Diperoleh biji besi (konsentrat) yang berkualitas, (2) Efisiensi dapur penglahan yang

tinggi, dan (3) mempunyai susunan kimia dan ukuran tertentu.

Proses konsentrasi tergantung jenis Bahan Tambang.

INPUT Bahan tambang secara fisik berupa: o batu-batuan / bongkahan, o pasir, dan o tanah liat

Proses Konsentrasi:

1) Besi tambang berupa batuan Pemecahan Pembersihan (pencucian)

Penyortiran Pemanggangan Seleksi ukuran Biji besi (nodula)

2) Pasir besi Pembersihan (pencucian) Penyortiran Pemanggangan

sintered

OUT PUTBiji Besi

Jenis Biji Besi :

(1). Magnetite ( Fe3O4 ), warna hitam, mengandung 40 – 70% Fe, dan sifat magnet.

(2). Hematit ( Fe2 O3 ), warna merah, mengandung 45-65% Fe

(3). Limonite (n Fe2 O3 .m H2 O ), warna cokelat mengandung 57% Fe dan 25% air.

(4). Siderite (Fe CO3 ) besi spaat, kandungan 48 % Fe.

Diluar unsur ikatan tesbt terdapat unsur lain yang jumlahnya cukup banyak (Mn, Cr, Ni, Si, S, P, Ti dll)

Secara fisik : Nodula, Pellet, Briquettes, dan Sinter

13/04/23 6

PROSES REDUKSI

Proses reduksi bertujuan untuk mengeluarkan oksigen dari ikatan ferro,

Biji Besi, Bahan Bakar PROSES D.TINGGI BESI KASAR (cair / padat) Flux, Udara panas

1) Bahan Bakar Jenis Bahan bakar : Arang Kayu, Kokas, dan Antrasit Kriteria bahan bakar :

(1) Harga kalori tinggi(2) Keras, tidak lembut, dan porius.(3) Nilai Ekonomis.

2) Flux berfungsi (1)sebagai bahan pengikat kotoran sehingga menjadi terak, (2) melindungi cairan besi dari oksidasi, dan (3) mengikat P(phosphor) dan S (belerang ).

Material : Karbonat kalsium ( CaCO3)3). Udara Panas ( sumber udara, sumber panas, jumlah kebutuhan) Sumber : Udara dari blower tekanan 0,3 -0,8 atm dipanasi dalam dapur Cowper s.d

9000 C. Siklus pemanasan dapur coper, D Cowper dipanasi I,5 jam pada suhu 10000 C memanasi udara dari blower 0,5 jam temp menjadi 9000 C.

4). Proses Dapur tinggi ( cara memasukan bahan dan urutannya, proses kimia

pendahuluan, reduksi tak langsung, reduksi langsung dan penuangan)• Pemasukan material melalui sungkup/ corong bagian atas berlapis-lapis

(bahan bakar, biji besi, dan flux), udara panas melalui mulut disekeliling tunggku bagian atas lubang penuangan terak dan ciaran logam ferro.

• Pembuangan gas buang melalui cerobing atas, penuangan logam caiar bagian dasar tungku, dan pengeluaran terak bagian atas tungku.

• Proses kimia bertururt2:

1) CaCO3 (terurai pada suhu 9000 - 10000 C) CaO + CO2

FeS + CaO + C Fe + Ca S + CO

FeS + CaO + CO Fe + Ca S + CO2

P2 O5 + 4Ca O (CaO) 4 P2 O5 terak2) Gas panas naik menuju cerobong berekasi dengan kokas:

n C + m O2 C O2 + (m-n) O2 + Q

C O2 + C 2 CO

13/04/23 7

5). Hasil Besi kasar: hasil besi kasar cair putuh dan besi kasar cair kelabu

Fe S + 10 Fe2O3 7 Fe3O 4 + SO2