PENGETAHUAN BAHAN

mechanic engineer
I. PENDAHULUAN
(tambahan kata-kata)
1.1 Bahan
Yang dimaksud bahan dalam kaitannya ini adalah bahan-bahan utama yang digunakan untuk membuat perkakas, mesin, dan peralatan teknik lainnya.
Contoh :
• Poros engkol : Baja temper
• Bantalan : Paduan Pb dan Sn
• Torak : Paduan Alumunium
• Blok Mesin : Besi tuang

Sedangkan bahan pendukung adalah bahan-bahan yang dipakai selama proses produksi, proses permesinan, proses pengerjaan perkakas, mesin atau peralatan teknik lainnya.
Contoh :
• Cairan pendingan pada proses pengefraisan.
1.2 Sifat-sifat Bahan
Untuk bisa menentukan bahan yang tepat untuk suatu bagian mesin, pemahaman akan sifat-sifat bahan sangat diperlukan. Sifat-sifat bahan yang penting adalah sifat fisik, sifat teknik, dan sifat kimia. Selain itu masih pula diperlukan pertimbangan-pertimbangan ekonomis dan dampaka lingkungan.
Sifat-sifat fisik bahan meliputi kekuatan, kekerasan, elastisitas, pemuuran, berat jenis, titik lebur, kemampuan menghantarkan panas dan listrik. Sifat fisik suatau bahan bias dengan baik diukur besarnya dan dinyatakan dengan satuan.
Kekuatan suatu bahan pada umumnya berpedoman pada kekuatan tariknya. Kekuatan tarik, batas elastisitas dan pemuluran maksimal bias didapatkan dari pengujian tarik.
Kekerasan suatu bahan bias diartikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap penetrasi benda padat lannya.
Sifat teknik bahan adalah kelakuan bahan pada saat pengerjaan. Contohnya mampu tempa, mampu tarik, mampu mesin, dan mampu las.
Mampu tempa
Logam yang mempunyai sifat mampu tempa yang baik adalah dapat dibentuk dengan sejumlah tekanan tanpa menunjukkan keretakan, seperti tembaga dan baja. Sifat Mampu tempa meningkat dengan naiknya suhu.
Mampu tarik
Logam yang mempunyai sifat mampu tempa yang baik akan dapat dibentuk dengan tarikan sebelum putus. Sifat mampu tarik semua ligam akan menurun dengan naiknya suhu. Contohnya Baja.
Ulet
Logam yang ulet mampu dibengkkan beberapa kali tanpa menunjukkan tanda-tanda pecah/retak. Contohnya tembaga.
Mampu mesin
Mampu mesin suatu bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk bias dikerjakan di mesin-mesin bor, bubut,frais, dll. Contohnya seperti baja yang pada umumnya mempunyai mampu meisn yang baik. Kecuali pada baja-baja khusus seperti baja dengan kandungan Mn tinggi.
Mampu Las
Logam dengan mampu las yang baik akan bisa disambungkan dengan proses pemasangan pemanasan. Baja pada umumnya mempunyai mampu las yang baik. Sedangkan besi tuang mampu lasnya jelek.

Sifat kimia
Dengan diketahuinya sifat kimiawi suatu bahan,maka akan diketahui pula pengaruh kondisi lingkunan terhadap bahan atau pengaruh bahan terhadap lingkungan. Sifat kimia yang penting dalam bidang teknik adalah :
- Ketahanan karat
- Ketahanan terhadap panas
- Beracun
(boleh d’tmbhkan)



II. BESI DAN BAJA
II.1 Latar Belakang
Di dalam perut bumi tempat kita tinggal ternyata banyak sekali mengandung zat-zat yang berguna untuk keperluan hidup kita sehari-hari, misalnya minyak tanah, bensin, solar dan lain-lainnya yang disebut minyak bumi. Disamping itu juga terdapat unsur-unsur kimia yang berguna bagi manusia seperti bijih besi, nikel, tembaga, uranium, titanium, timah dan masih banyak lagi, beserta mineral dan batu-batuan. Salah satu zat yang terdapat di dalam bumi yang sangat berguna bagi manusia ialah air dengan rumus kimianya H2O, sebab tanpa air manusia sukar sekali mempertahankan kehidupannya. Mineral adalah suatu bahan yang banyak terdapat di dalam bumi, yang mempunyai bentuk dan ciri-ciri khusus serta mempunyai susunan kimia yang tetap. Sedangkan batu-batuan merupakan gabungan antara dua macam atau lebih mineral-mineral dan tidak mempunyai susunan kimia yang tetap. Bijih ialah mineral atau batu-batuan yang mengandung satu macam atau beberapa macam logam dalam prosentase yang cukup banyak untuk dijadikan bahan tambang. Banyaknya logam yang terkandung dalam bijih itu berbeda-beda. Logam dalam keadaan murni jarang sekali terdapat di dalam bumi, kebanyakan merupakan senyawa-senyawa oksida, sulfida, karbonat, dan sulfat yang merupakan bijih logam yang perlu diproses menjadi bahan logam yang bermanfaat bagi manusia.

2.1 Pembuatan Besi
2.1.1 Pembuatan Besi Kasar
Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai macam bijih besi yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksid besi dan karbonat besi, diantaranya yang terpenting adalah sebagai berikut.
1. Batu besi coklat (2Fe2O3 + 3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.
2. Batu besi merah yang juga disebut hematit (Fe2O3) dengan kandungan besi berkisar 50%.
3. Batu besi magnet (Fe2O4) berwarna hijau tua kehitaman, bersifat magnetis
dengan mengandung besi berkisar 60%.
4. Batu besi kalsit atau spat (FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan mengandung besi berkisar 40%.
Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir, tanah liat, dan batu-batuan dalam bongkah-bongkahan yang tidak sama besar. Untuk kelancaran proses pengolahan bijih besi, bongkah-bongkah tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah, kemudian disortir antara bijih besih dan batu-batuan ikutan dengan tromol magnet. Pekerjaan selanjutnya adalah mencuci bijih besi tersebut dan mengelompokkan menurut besarnya, bijihbijih besi halus dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau rol hingga berupa bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi dapur.
Setelah bijih besi itu dipanggang di dalam dapur panggang agar kering dan unsur-unsur yang mudah menjadi gas keluar dari bijih kemudian dibawa ke dapur tinggi diolah menjadi besi kasar. Dapur tinggi mempunyai bentuk dua buah kerucut yang berdiri satu di atas yang lain pada alasnya. Pada bagian atas adalah tungkunya yang melebar ke bawah, sehingga muatannya dengan mudah meluncur kebawah dan tidak terjadi kemacetan. Bagian bawah melebar ke atas dengan maksud agar muatannya tetap berada di bagian ini.
Dapur tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang diberi selubung baja pelat untuk memperkokoh konstruksinya. Dapur diisi dari atas dengan alat pengisi. Berturut-turut dimasukkan kokas, bahan tambahan (batu kapur) dan bijih besi. Kokas adalah arang batu bara yaitu batu bara yang sudah didestilasikan secara kering dan mengandung belerang yang sangat rendah sekali. Kokas berfungsi sebagai bahan bakarnya dan membutuhkan zat asam yang banyak sebagai pengembus. Agar proses dapat berjalan dengan cepat udara pengembus itu perlu dipanaskan terlebih dahulu di dalam dapur pemanas udara. Proses pada dapur tinggi seperti dalam gambar 1. (gambar d pdf.proses pembuatan baja)





Gambar 1. Proses dalam dapur tinggi. (Bagyo Sucahyo, 1999)
Besi cair di dalam dapur tinggi, kemudian dicerat dan dituang menjadi besi kasar, dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah), atau dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja di dalam konvertor atau dapur baja yang lain, misalnya dapur Siemen Martin.
2.1.2 Proses dalam Dapur Tinggi
Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada suhu tinggi. Pada pembakaran suhu tinggi +(plus minus) 180000 C dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang dapat menyelenggarakan reduksi tersebut. Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung maka diberi batukapur sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih besinya mempunyai sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang bersifat basa apabila bijih besi bersifat asam.
Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan keluar melalui bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke bawah melindungi besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian dipisahkan.
Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai berikut:
Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi :
C+O2 CO2
Sebagian dari CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada ditempat yang lebih atas yaitu gas CO.
CO2+C 2CO
Di bagian atas dapur tinggi pada suhu 3000 sampai 8000 C oksid besi yang lebih tinggi diubah menjadi oksid yang lebih rendah oleh reduksi tidak langsung dengan CO tersebut menurut prinsip :
Fe2O3 + CO 2FeO + CO2
Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi reduksi tidak langsung menurut prinsip :
FeO+CO FeO+CO2
Reduksi ini disebut tidak langsung karena bukan zat arang murni yang mereduksi melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. sedangkan reduksi langsung terjadi pada bagian yang terpanas dari dapur, yaitu langsung di atas pipa pengembus. Reduksi ini berlangsung sebagai berikut.
FeO+C Fe+CO
CO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan reduksi tidak langsung tadi.
Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama dikeluarkan teraknya dan baru kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut besi kasar atau besi mentah yang digunakan untuk membuat baja pada dapur pengolahan baja atau dituang menjadi balok-balok tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja sebagai bahan baku.
Besi cair dicerat dan dituang menjadi besi kasar dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah) atau masih dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja (dapur Siemen Martin).
Terak yang keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan menjadi bahan pembuatan pasir terak atau wol terak sebagai bahan isolasi atau sebagai bahan campuran semen. Besi cair yang dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum dituang menjadi balok besin kasar sebagai bahan ancuran di pabrik penuangan, perlu dicampur dahulu di dalam bak pencampur agar kualitas dan susunannya seragam.
Dalam bak pencampur dikumpulkan besi kasar cair dari bermacam-macam dapur tinggi yang ada untuk mendapatkan besi kasar cair yang sama dan merata. Untuk menghasilkan besi kasar yang sedikit mengandung belerang di dalam bak pencampur tersebut dipanaskan lagi menggunakan gas dapur tinggi. (bisa d’tmbhkan hal 11)
3.2 Proses Pembuatan Baja
3.2.1 Pembuatan Baja dari Besi Kasar
Besi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung unsur-unsur yang tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang (karbon) yang terlalu tinggi, fosfor, belerang, silisium dan sebagainya. Unsur-unsur ini harus serendah mungkin dengan berbagai cara.
Untuk mendapat hasil akhir yang bias dikualifikasikan sebagai baja, besi kasar, besi bekas, harus diturunkan kadar karbonnya hingga maksimum hanya 1,5 % atau lebih kecil lagi. Demikian pula unsur-unsur lain yang tidak dikehendaki harus diminimumkan. Proses penurunan kadar karbon pada umumnya dilakukan dengan proses oksidasi. Melalui proses ini, karbon, Si, Mn, dan P akan terbakar. Proses pembuatan baja lain yang akan dibahas adalah :
Proses Konvertor :
a. Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah.
b. Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.
c. Proses Oksi, proses LD, Kaldo dan Oberhauser.
Proses Martin (dapur Siemen Martin)
a. proses Martin asam untuk besi kasar dengan kadar fosfor rendah.
b. Proses Martin basa untuk besi kasar dengan kadar fosfor tinggi.
Dapur Listrik untuk baja Campuran
a. Dapur listrik busur nyala api.
b. Dapur listrik induksi.
3.2.2 Proses Oksidasi
Proses konvertor yang lebih modern adalah proses oksi, pada proses ini menggunakan bahan besi kasar yang mempunyai komposisi kurang baik apabila dikerjakan dengan konvertor Bessemer maupun Thomas. Disini zat asam murni dihembuskan di atas cairan dan kadang-kadang juga kedalam cairan besi, sehingga karbon, silisium, mangan dan sebagainya terbakar. Hasil pembakaran unsur-unsur tersebut ditampung oleh bahan tambahan batu kapur dan terikat menjadi terak yang mengapung di atas cairan besi. Proses pembakaran zat asam dengan zat arang terjadi pada panas yang tinggi sekali, maka diperlukan pendinginan dengan jalan memberikan tambahan baja bekas.
Konverter untuk proses oksidasi berkapasitas anatar 50 – 400 ton. Besi kasar dari tanur yang dituangkan ke dalam converter disemburkan oksigen dari atas melalui pipa sembur yang bertekanan kira-kira 12 atm. Reakasi yang terjadi :
O2 + C CO2
Penyemburan oksigen berlangsung antara 10 – 20 meni. Penambahan waktu penyemburan akan mengakibatkan terbakarnya C, P, Mn, dan Si.
Hasil akhir dari proses ini adalah baja oksi yang bermutu sangat baik karena pengaruh buruk dari unsur udara tidak ada. Oleh karena itu baja oksi baik sekali digunakan sebagai bahan pembuatan konstruksi dan komponen-komponen mesin, seperti : poros, baut, pasak, batang penggerak dan lain-lainnya. Keuntungan dari proses oksi adalah sebagai berikut :
a. Waktu proses relatif pendek.
b. Hasilnya mengandung fosfor (P)dan belerang (S) yang rendah.
c. Hasil yang diproduksi relatif lebih banyak dalam tempo yang sama dibanding proses lainnya.
d. Biaya produksi baja tiap ton lebih murah.

Proses Oksidasi yang dikembangkan diantaranya :
a. Proses Thomas
b. Proses Linz-Donawitz
3.2.3 Proses Thomas
Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan prosesnya adalah proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk mengola besi kasar yang bersifat basa. Muatan konvertor Thomas adalah besi kasar putih yang banyak mengandung fosfor. Proses pembakaran sama dengan proses pada konvertor Bessemer, hanya saja pada proses Thomas fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar.
Pengaliran udara tidak terus-menerus dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar. Pencegahan pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun kandungan fosfor masih tetap tinggi. Guna mengikat fosfor yang terbentuk pada proses ini maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak. Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi pupuk buatan yang dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari konvertor Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan konstruksi dan pelat ketel.
3.2.4 Proses Siemens – Martin
Proses lain untuk membuat baja dari bahan besi kasar adalah menggunakan dapur Siemens Martin yang sering disebut proses Martin. Dapur ini terdiri atas satu tungku untuk bahan yang dicairkan dan biasanya menggunakan empat ruangan sebagai pemanas gas dan udara. Pada proses ini digunakan muatan besi bekas yang dicampur dengan besi kasar sehingga dapat menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan baja Bessemer maupun Thomas.
Gas yang akan dibakar dengan udara untuk pembakaran dialirkan ke dalam ruangan-ruangan melalui batu tahan api yang sudah dipanaskan dengan temperatur 600o sampai 900o C. dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 1800 C. gas pembakaran yang bergerak ke luar masih memberikan panas kedalam ruang yang kedua, dengan menggunakan keran pengatur maka gas panas dan udara pembakaran masuk ke dalam ruangan tersebut secara bergantian dipanaskan dan didinginkan.
Bahan bakar yang digunakan adalah gas dapur tinggi, minyak yang digaskan (stookolie) dan juga gas generator. Pada pembakaran zat arang terjadi gas CO dan CO2 yang naik ke atas dan mengakibatkan cairannya bergolak, dengan demikian akan terjadi hubungann yang erat antara api dengan bahan muatan yang dimasukkan ke dapur tinggi. Bahan tambahan akan bersenyawa dengan zat asam membentuk terak yang menutup cairan tersebut sehingga melindungi cairan itu dari oksida lebih lanjut.
Setelah proses berjalan selama 6 jam, terak dikeluarkan dengan memiringkan dapur tersebut dan kemudian baja cair dapat dicerat. Hasil akhir dari proses Martin disebut baja Martin. Baja ini bermutu baik karena komposisinya dapat diatur dan ditentukan dengan teliti pada proses yang berlangsung agak lama. Lapisan dapur pada proses Martin dapat bersifat asam atau basa tergantung dari besi kasarnya mengandung fosfor sedikit atau banyak. Proses Martin asam teradi apabila mengolah besi kasar yang bersifat asam atau mengandung fosfor rendah dan sebaliknya dikatakan proses Martin basa apabila muatannya bersifat basa dan mengandung fosfor yang tinggi.
Keuntungan dari proses Martin dibanding proses Bessemer dan Thomas adalah sebagai berikut :
a. Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan jalan percobaan-percobaan.
b. Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan.
c. Penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir proses menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya. Selain keuntungan di atas dan karena udara pembakaran mengalir di atas cairan maka hasil akhir akan sedikit mengandung zat asam dan zat lemas. Proses Martin basa biasanya masih mengandung beberapa kotoran seperti zat asam, belerang, fosfor dan sebagainya. Sedangkan pada proses Martin asam kadar kotoran-kotoran tersebut lebih kecil.
3.2.5 Proses Bessemer
Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu tahan api yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara. Bejana ini dapat diguling-gulingkan. Korvertor Bessemer diisi dengan besi kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan terbakar pertama kali, setelah itu baru zat arang yang terbakar. Pada saat udara mengalir melalui besi Proses Pembuatan Besi dan Baja kasar udara membakar zat arang dan campuran tambahan sehingga isi dapur masih tetap dalam keadaan encer. Setelah lebih kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbo sebesar 0,0 sampai 1,7 %, maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu harus ditambahy dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon. Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang mengandung mangan. Udara masih dihembuskan ke dalam bejana tadi dengan maksud untuk mendapatkan campuran yang baik. Kemudian terak dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan ke dalam panci penuang.
Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan kandungan fosfor dan belerang yang rendah tetapi kandungan fosfor dan belerang masih tetap agak tinggi karena dalam prosesnya kedua unsur tersebut tidak terbakar sama sekali. Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja Bessemer yang banyak digunakan untuk bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya bersifat asam dan batu tahan apinya juga bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman.
3.2.6 Proses Hoecsch
Proses Hoecsch merupakan penyempurnaan dari proses Martin. Caranya adalah setelah muatan di dalam dapur Siemens Martin mencair kemudian langsung dikeluarkan dan dimasukkan dalam kuali yang terbuka untuk membakar fosfor dan belerang. Sementara pembakaran dilakukan dapur Siemens Martin dibersihkan dan kemudian lantai dapur ditaburi dengan serbuk bijih besi (Fe2O3 atau Fe3O4). Setelah selesai mengadakan pembakaran fosfor, belerang dan besi cair yang berada di dalam kuali tadi dimasukkan kembali ke dalam dapur Siemens Martin untuk menyelesaikan pembakaran unsur-unsur lain yang belum hilang, terutama zat arang. Setelah proses pembakaran zat arang dianggap selesai, terak yang terjadi dikeluarkan selanjutnya baja cair ditampung dalam panic penuangan untuk dituang atau dicetak menjadi balok tuangan.
3.2.7 Pembakaran untuk Proses Bertrand Thield
Proses ini menggunakan dua buah dapur Siemens Martin. Pada dapur yang pertama dilakukan pemijaran dan memisahkan fosfor sedangkan dalam dapur kedua diisi dengan besi cair hasil dari dapur yang pertama setelah teraknya dikeluarkan. Proses di dalam dapur yang kedua tersebut juga diberi tambahan bijih besi yang baru.
3.2.8 Proses Dupleks
Proses ini dilakukan dengan cara mengeluarkan zat arang terlebih dahulu yang berada konvertor-konvertor dan memurnikannya di dalam dapur Siemens Martin. Proses Dupleks terutama dilakukan oleh pabrik-pabrik baja yang berada di dekat perusahaan dapur tinggi. Setelah proses di dalam dapur tinggi (setelah teraknya dihilangkan) cairan besi kasar itu dimasukkan kedalam konvertor (Bessemer atau Thomas) dan dicampur dengan batu kapur serta baja bekas dalam jumlah yang dikehendaki. Pengembusan udara di dalam konvertor dilakukan sampai kandungan fosfor menjadi rendah kira-kira 1 sampai 1,5 %, ditambah dengan kokas yang telah digiling selanjutnya memindahkan isinya ke dalam dapur Siemens Martin.
3.2.9 Proses Thalbot
Proses Thalbot dilakukan dengan menggunakan dapur Siemens Martin yang dapat diputar-putar dan dijungkitkan. Setelah pemijaran didalam dapur Martin, sebagian cairan dituangkan ke dalam panic tuang dan ke dalam dapur tadi sambil ditambahkan besi kasar, bijih besi dan batu kapur. Proses selanjutnya adalah menjaga agar cairan besi di dalam panic tuang tadi tidak terjadi oksidasi, artinya mengusahakan pendinginan yang cepat. Akibat dari cara ini adalah hasil yang diperoleh dalam setiap proses dari satu dapur tidak sama kualitasnya. Baja yang dihasilkan dari proses Thalbot adalah baja biasa seperti hasil dari proses konvertor Bessemer maupun Thomas.
3.2.10 Proses dengan Tanur Listrik
1. Dapur busur cahaya
Dapur ini berdasarkan prinsip panas yang memancar dari busur api, dapur ini juga dikenal dengan sebutan dapur busur nyala api. Dapur ini merupakan suatu tungku yang bagian atasnya digantungkan dua batang arang sebagai elektroda pada arus bolak-balik atau dengan tiga buah elektroda arang yang dialirkan arus putar. Misalnya pada dapur Stassano busur api terjadi antara tiga ujung elektroda arang yang berada di atas baja yang dilebur melalui ujung elektroda itu dengan arus putar. Pada dapur Girod, arus bolak balik mengalir melalui satu elektroda yang membentuk busur api di antara kutub dan baja cair selanjutnya dikeluarkan melalui enam buah elektroda baja yang didinginkan dengan air ke dasar tungku. Pada dapur Heroult menggunakan dua elektroda arang dengan arus bolakbalik dan dapat juga menggunakan tiga buah elektroda pada arus putar. Arus listrik membentuk busur nyala dari elektroda kepada cairan dan kembali dari cairan ke elektroda lainnya.
2. Dapur induksi
Dapur induksi dapat dibedakan atas dapur induksi frekuensi rendah dan dapur induksi frekuensi tinggi. Pada dapur induksi dibangkitkan suatu arus induksi dalam cairan baja sehingga menimbulkan panas dalam cairan baja itu sendirii sedangkan dinding dapurnya hanya menerima pengaruh listrik yang kecil saja.
a. Dapur induksi frekuensi rendah, bekerja menurut prinsip transformator. Dapur ini berupa saluran keliling teras dari baja yang beserta isinya dipandang sebagai gulungan sekunder transformator yang dihubungkan singkat, akibat hubungan singkat tersebut di dalam dapur mengalir suatu aliran listrik yang besar dan membangkitkan panas yang tinggi. Akibatnya isi dapur mencair dan campuran-campuran tambahan dioksidasikan.
b. Dapur induksi frekuensi tinggi, dapur ini terdiri atas suatu kuali yang diberi kumparan besar di sekelilingnya. Apabila dalam kumparan dialirkan arus bolak-balik maka terjadilah arus putar didalam isi dapur. Arus ini merupakan aliran listrik hubungan singkat dan panas yang dibangkitkan sangat tinggi sehingga mencairkan isi dapur dan campuran tambahan yang lain serta mengkoksidasikannya. Hasil akhir dari dapur listrik disebut baja elektro yang bermutu sangat baik untuk digunakan sebagai alat perkakas misalnya pahat, alat tumbuk dan lain-lainnya.
3. Proses Dapur Aduk
Dapur aduk merupakan cara pembuatan baja yang konvensional dengan cara melebur besi kasar di dalam dapur nyala api bersama-sama dengan terak (FeO) untuk mendapatkan zat asam. Dengan cara mengaduk-aduk dengan batang besi dan ke bawah permukaan dimasukkan udara maka terjadilah suatu masa lunak dari baja yang banyak mengandung terak. Apabila gumpalan-gumpalan yang dibuat dalam dapur telah mencapai kirakira 60 kg dikeluarkan, maka langkah selajutnya adalah mengeluarkan terak dengan jalan menempanya atau dipres. Dalam proses aduk ini lebih banyak melibatkan pekerjaan tangan serta kapasitas produksi yang kecil maka cara ini dipandang tidak efisien dan jarang digunakan pada pabrik-pabrik baja.
(hal 19 – 23 dpt d’tmbhkan)






III. KLASIFIKASI BAJA
(kasih pndahuluan dulu/latar blkng mengeni bahan)
3.1 Baja Menurut Unsur Padunnya
Baja yang mengandung sedikit karbon dinamakan baja tanpa paduan. Tetapi pada waktu pengolahan baja cair bias dipadukan dengan logam lain atau komponen lain dalam jumlah tertentu. Andaikata hal itu dilakukan, maka terjadilah baja paduan.
Ketika memadukan baja dengan logam lain maka sifat baja akan terpengaruh sehigga menghasilkan baja paduan yang sesuai dengan sifat yang diinginkan sebelum prose situ dijalankan. Jadi, antara lain sifat-sifat yang berikut dapat dipengaruhi yaitu daya tarik dan daya lengkung, kekerasan, ketahanan terhadap panas, kecepatan aus, kealotan, ketahanan terhadap korosi, dan sebagainya. Elemen paduan berikut adalah penting seperti chrome, nikel, molybdenum, vanadium, mangan, dan silicon.
Chrome
Apabaila kita memadukan baja dengan chrome,maka kita mendapatkan baja chrome. Baja ini keras, tetapi juga lentur dan lagi pula tidak cepat aus. Biasanya hal ini diterapkan untuk pembuatan bantalan peluru, daun gergaji, gunting dan benda lain yang tidak boleh cepat aus.
Nikel
Baja nikel mempunyai daya/kekuatan tarik sangat tinggi dan anti karat. Baja ini banyak dipakai untuk poros engkol dan roda gigi.
Chrome dan nikel
Baja paduan chrome dan nikel dapat tahan terhadap suhu tunggi dan juga terhadap zat-zat yang agresif. Baja ini dipakai untuk alat penyedot (plunger), poros nok (camshaft), knalpot, dan juga untuk setrip hiasan pada sisi mobil.
Molybdenum dan vanadium
Elemen campuran dari kedua logam ini memperbaiki kemungkinan untuk mengeraskan baja dan elemen itu ditambahkan terutama untuk tujuan tersebut.
Silicon
Sejumlah persentase silicon di dalam baja akan meninggikan ketahanannya terhadap oksidasi pada temperature yang tiggim, terutama kalau dikombinasikan dengan kromium dan alumunium. Hal ini terjadi akibat terbentuknya lapisan padat pada permukaan yang akan menghindari kemungkinan masuknya zat asam. Silicon juga mempertinggi dalamnya kekerasan baja. Baja jenis ini dipakai dalam pembuatan konstruksi bangunan, masin, dan perkakas-perkakas.
3.2 Baja Menurut Banyaknya Karbon
Berdasarkan banyaknya karbon yang dikandung besi atau baja, dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu :
a. Besi atau baja tempa yang mengandung berkisar antara 0,01 s/d 1,7 % karbon.
b. Besi atau baja tuang yang mengandung berkisar antara 2,3 s/d 3,5 % karbon, baja ini sangat tidak baik untuk ditempa. Besi atau baja yang kadar karbonnya berkisar antara 1,8 s/d 2,2 %, tidak dibuat karena pada prosentase tersebut sifatnya kurang baik.
3.2.1 Baja Karbon
Baja karbon adalah baja yang mengandung karbon sampai 1,7 %. Baja karbon digolongkan menjadi tiga kelompok berdasarkan banyaknya karbon yang terkandung dalam baja, yaitu :
a. Baja karbon rendah.
Baja yang mengandung karbon antara 0,10 s/d 0,30 %. Baja karbon rendah dalam perdagangan dibuat dalam bentuk pelat, batangan untuk keperluan tempa, pekerjaan mesin, dan lain-lain.
b. Baja karbon sedang.
Baja ini mengandung karbon antara 0,30 s/d 0,60 %. Baja karbon sedang dalam perdagangan biasanya digunakan sebagai alat-alat perkakas, baut, poros engkol, roda gigi, ragum, pegas, dan lain-lain.
c. Baja karbon tinggi.
Baja yang mengandung karbon antara 0,70 s/d 1,5 %. Baja karbon ini banyak digunakan untuk keperluan pembuatan alat-alat konstruksi yang berhubungan dengan panas yang tinggi atau dalam penggunaannya akan menerima dan mengalami panas, misalnya landasan, palu, gergaji, pahat, kikir, mata bor, bantalan peluru, dan sebagainya.
3.3 Baja Menurt Penggunaannya
Berdasarkan penggunaan baja dapat diklasifikasikan dalam dua grup yaitu baja konstruksi dan baja perkakas. Baja kontruksi termasuk kontruksi bangunan dan kontruksi mesin. Baja kontruksi bangunan umumnya mengandung karbon sampai 0,3 % dengan kekuatan tarik dan batas regang rendah serta tidak dapat dikeraskan. Sedangkan baja mesin umumnya memiliki kadar karbon berkisar 0,3 s/d 0,6 %, mempunyai kekerasan yang lebih besar, kekuatan tarik dan batas regang agak tinggi serta dapat dikeraskan.
Kedua grup baja di atas masih digolongkan lagi menjadi baja yang tidak dipadu, baja paduan rendah dan baja paduan tinggi, yaitu :
a. Baja yang tidak dipadu mengandung 0,06 s/d 1,5 % karbon, dengan sedikit mangan (Mn), silisium (Si), fosfor (P), dan belerang (S).
b. Baja paduan rendah mengandung 0,06 s/d 1,5 % karbon dengan tambahan 5 % bahan paduan.
c. Baja paduan tinggi mengandung 0,03 s/d 2,2 % karbon dengan lebih dari satu bahan paduan sebanyak 5 % atau lebih.
3.3.1 Baja Kontruksi
Baja kontruksi digunakan untuk keperluan kontruksi bangunan dan pembuatan bagian-bagian mesin. Berdasarkan campuran dan proses pembuatannya , baja kontruksi dibedakan menjadi :
a. Baja karbon biasa.
b. Baja kontruksi kualitas tinggi.
c. Baja spesial.
Adapun baja kontruksi dikelompokakan dalam tiga jenis terdiri dari :
1. Baja Kontruksi Umum.
Baja kontruksi umum terdiri atas jenis baja karbon dan baja kualitas tinggi yang dipadu. Penggunaan baja ini didasarkan atas pertimbangan tegangan tarik minimumnya yang cukup tinggi. Baja ini banyak digunakan pada kontruksi bangunan gedung, jembatan, poros mesin dan roda gigi. Baja kontruksi umum diperdagangkan dalam dua jenis kualitas yang biasanya dibedakan dengan pemberian nomer kode 2 dan 3.
Contoh : St. 44 – 2 untuk kualitas tinggi. St. 44 – 3 untuk kualitas istimewa (khusus).
2. Baja Otomat.
Baja otomat terdiri atas baja kualitas tinggi yang tidak dipadu dan baja kualitas tinggin paduan rendah dengan kadar belerang (S) dan fosfor (P) yang tinggi. Baja ini mengandung 0,07 s/d 0,065 % karbon, 0,18 s/d 0,4% belerang, 0,6 s/d 1,5 % mangan, dan 0,05 s/d 0,4 % silisium. Untuk keperluan menghaluskan permukaan ditambahkan lagi dengan timbal (Pb) 0,15 s/d 0,3 %. Karena mengandung belerang (S) dan fosfor (P) yang cukup tinggi, maka baja otomat sangat tidak baik untuk pekerjaan las.
3. Baja Case Hardening.
Baja case hardening diperoleh dengan menaruh baja lunak diantara bahan yang kaya dengan karbon dan memanaskannya hingga di atas suhu kritis atasnya (900 – 9500 C) dalam waktu yang cukup lama untuk mendapatkan lapisan permukaan yang banyak mengandung karbon. Baja case hardening ini terdiri atas baja kualitas tinggi yang tidak dipadu dan baja spesial yang tidak dipadu maupun yang dipadu. Supaya benda kerja tetap liat, diusahakan kandungan karbon pada bagian permukaan benda keja yang telah dikarbonisasikan tadi berkisar antara 0,6 – 0,9 %.
3.3.2 Baja Perkakas
Baja perkakas banyak digunakan untuk bahan membuat perkakas, misalnya stempel, kaliber, serta alat-alat potong. Baja perkakas dikelompokkan berdasarkan :
1. Keadaan paduan : tidak dipadu, paduan rendah, dan paduan tinggi.
2. Bahan pendingin : air, minyak, dan udara.
3. Proses pengerasan : pengerjaan panas dan pengerjaan dingin.
Sifat-sifat baja perkakas tanpa paduan yang terpenting adalah sebagai berikut :
a. Kandungan karbon antara 0,35 – 1,6 %.
b. Temperatur pengerasan 750 – 8500 C.
c. Temperatur tempering 100 – 3000 C.
d. Temperatur kerja sampai 2000 C.
Penggunaan baja perkakas tanpa paduan ditentukan oleh kandungan karbonya, contoh :
a. 0,5 % karbon untuk pembuatan martil dan landasan tempa. Sifatnya rapuh.
b. 0,8 % karbon untuk pembuatan peniti, gunting, dan pisau. Sifatnya rapuh.
c. 0,9 % karbon untuk pembuatan perkakas tukang kayu dan pahat. Sifatnya rapuh dan keras. setengah keras.
d. 1,1 % karbon untuk pembuatan kikir, penggores, dan gunting. Sifatnya setengah keras.
e. 1,3 % karbon untuk pembuatan mata bor, skraper, dan dies. Sifatnya keras dan rapuh.
f. Lebih dari 1,3 % karbon untuk pembuatan reamer dan matres. Sifatnya sangat keras.
Kondisi umum dari baja perkakas adalah pada temperatur di atas 2000 C kemampuan potongnya hilang, oleh sebab itu baja perkakas tanpa paduandigunakan untuk pembuatan alat-alat dan perkakas yang tidak mengalami temperatur kerja yang tinggi. Karena kekuatan tarik dan batas regang yang tinggi , baja ini digunakan pula sebagai bahan untuk alat-alat ukur. Baja perkakas dapat disepuh dengan baik dan dikeraskan dengan mencelupkannya ke dalam air.
(Klasifikasi Baja Belum Lengkap, dapat d’tambah kembali)
 
DAFTAR PUSTAKA
Adnyana, 1993. Metalurgi Las (Welding Metalurgy), Institut Sain dan Teknologi Nasianal, Jakarta.
Bangyo Sucahyo, 1999. Ilmu Logam, PT. Tiga Serangkai Pustaka Mandiri, Surakarta.
Cubberly William H, 1983, Metals Handbook Ninth Edition Vol. 1Properties and Selection Iron and Steels. American Society ForMetals, New York.
Hari Amanto dan Daryanto, 1999, Ilmu Bahan, Bumi Aksara, Jakarta.
Yanmar Diesel. 1980. Buku Petunjuk Mesin Diesel Yanmar. PT. Yanmar Indonesia. Jakarta.
Suyanto, 2001. Bahan Bakar dan Minyak Lumas, Sekolah Tinggi Perikanan, Jakarta.
Tata Surdia dan Saito Shinroku, 1999, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta.
Warsowiwoho dan Gandhi Harahap, 1984. Bahan Bakar, Pelumas, Pelumasan dan Servis, Pradnya Paramita, Jakarta.