Besi Baja

KOMPOSISI KIMIA BAJA | HEAT TREATMENT PEMBUATAN BAJA DAN SIFAT BAJA | PENJELASAN SIFAT-SIFAT MEKANIS BAJA

A. UMUM
Baja pada dasarnya ialah besi (Fe) dengan tambahan unsur Karbon ( C ) sampai dengan 1.67% maksimal). Bila kadar unsur karbon ( C) lebih dari 1.67%, maka material tersebut biasanya disebut sebagai besi cor (Cast Iron).

Makin tinggi kadar karbon dalam baja, maka akan mengakibatkan hal- hal sbb:
Kuat leleh dan kuat tarik baja kan naik, Keliatan / elongasi baja berkurang, Semakin sukar dilas.
Oleh karena itu adalah penting agar kita dapat menekan kandungan karbon pada kadar serendah mungkin untuk dapat mengantisipasi berkurangnya keliatan dan sifat sulit dilas diatas, tetapi sifat kuat leleh dan kuat tariknya tetap tinggi.

Penambahan unsur – unsur ini dikombinasikan dengan proses heat treatment akan menghasilkan kuat tekan yang lebih tinggi, tetapi keuletan dan keliatan, dan kemampuan khusus lainnya tetap baik. Unsur – unsur tersebut antara lain: Mangaan (Mn), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Nikel (Ni) dan tembaga (Cu). Tetapi proporsional pertambahan kekuatannya tidak sebesar karbon. Pertambahan kekuatannya semata –mata karena unsur tersebut memperbaiki struktur mikro baja.

Untuk memahami pengaruh komposisi kimia dan heat treat terhadap sifat akhir baja, maka kita perlu menganal factor – factor sbb:

Struktur mikro, Ukuran butiran, Kandungan nonlogam.
Endapan dipermukaan antar butiran.
Keberadaan gas – gas yang terserap atau terlarut

B. STRUKTUR MIKRO
Unsur Fe dan C menyususn diri dalam suatu struktur berulang dalam pola tiga dimensi yang dinamakan dengan kristal. Kristal –kristal yang berorientasi (arah pengulangan / susunan ) sama disebut sebagai butir.Susunan kumpulan butir satu dengan yang lain pada suatu fasa tertentu dinamakan struktur mikro, contoh struktur mikro antara lain: ferit, perlit dan sementit.

C. UKURAN BUTIR
Penghalusan butir baja akan menghasilkan:
Peningkatan kuat leleh (yield strength),
Perbaikan sifat keuletan (toughness) dan keliatan (ductility),
Penghalusan butiran dapat dilakukan dengan penambahan unsur niobium, vanadium dan aluminium dengan jumlah maksimal 0.05% atau dengan heat treatment.

D. KANDUNGAN UNSUR-UNSUR NON LOGAM
Unsur – unsur non-logam yang umumnya dibatasi jumlahnya didalam produk baja adalah Sulfur (S) dan Fosfor
(P).

Tinggi kadar kedua unsur tersebut bisa menurunkan keliatan (ductility) baja dan meningkatkan kemungkinan retak pada sambungan las. Pada baja khusus mampu las, kandungan kedua unsur diatas dibatasi kurang dari 0.05%.

E. ENDAPAN DI PERMUKAAN ANTAR BUTIRAN
Unsur – unsur lain yang juga dapat menurunkan keuletan baja baja anatar lain: timah (Sn), antimon (Sb) dan arsen (As) hingga baja menjadi getas.

Sifat getas ini ditimbulkan oleh pengendapan atau berkumpulnya unsur – unsur diatas dibidang batas antar butir baja pada suhu 500 – 600o .

F. KANDUNGAN UNSUR-UNSUR NON LOGAM
Baja yang mengandung gas – gas terlarut dalam kadar yang tinggi terutama: Oksigen (O) dan Nitrogen (N)
dapat menimbulkan sifat getas. Untuk mengurangi kadar gas tersebut biasa digunakan unsur – unsur yang dapat mengikat kedua unsur gas diatas menjadi senyawa yang cukup ringan sehinggan senyawa tersebut akan mengapung ke permukaan baja yang masih panas dan cair.

Unsur – unsur pengikat gas N dan O biasanya digunakan unsur silicon (Si) dan atau aluminium (Al) yang fungsinya disebut sebagai Deoxidant.

G. SIFAT TAHAN PANAS DAN TAHAN KOROSI
Sifat – sifat khusus baja seperti yang dibahas pada bab 1 paragraf 4, dapat dicapai dengan penambahan unsur –
unsur utama sebagai berikut: Chrom (Cr), Nikel (Ni) dan molybdenum (Mo).

Baj tahan karat umumnya mengandung unsusr Chrom lebih dari 12%, dimana pada kondisi seperti itu baja akan bersifat pasif terhadap proses oksidasi. Baja tahan karat dapat dibedakan sesuai struktur mikronya yaitu: baja tahan panas martensit, baja tahan panas ferit dan baja tahan panas austenit.

Baja tahan karat martensit mengandung chrom 13% kuat leleh dan tariknya diperoleh dari proses pendinginan pada kondisi udara luar, sesuai untuk lingkungan korosif ringan, serta biasanya digunakan untuk saluran dan rumah –rumah turbin.

Baja tahan karat ferit mengandung chrom 16%, sesuai untuk lingkungan korosif terutama terhadap bahan kimia asam nitrat, serta biasanya digunakan untuk komponen – komponen dalam industri kimia.

Baja karat austenit mengandung chrom-nikel 18%, dimana sifat tahan karatnya didapat melalui pemanasan pada suhu 1000 – 11000 lalu didinginkan dengan direndam kedalam air, sesuai untuk lingkungan yang mengandung garam, serta biasanya digunakan untuk baling – baling kapal.

Baja tahan panas biasanya dinamakan untuk baja yang tahan pada suhu 6500, dimana sifat itu didapat pada kodisi kadar chrom dan nikel yang cukup tinggi. Berbeda dengan baja tahan karat adalah umunya kandungan karbonnya lebih tinggi. Umumnya digunakan pada ketel uap, boiler, tungku dan lain – lain.