Klasifikasi Baja

Home » » Klasifikasi Baja

Dari Wikipedia
Besi dan baja mempunyai kandungan unsur utama yang sama yaitu Fe, hanya kadar karbon lah yang membedakan besi dan baja, penggunaan besi dan baja dewasa ini sangat luas mulai dari perlatan yang sepele seperti jarum, peniti sampai dengan alat – alat dan mesin berat.

Bahan-bahan pada saat sekarang khususnya logam semakin baik dan rumit, digunakan pada peralatan modern yang memerlukan bahan dengan kekuatan impak dan ketahanan fatigue yang tinggi disebabkan meningkatnya kecepatan putar dan pergerakan linear serta peningkatan frekwensi pembebanan pada komponen. Untuk mendapatkan kekuatan dari bahan tersebut dapat dilakukan  dengan proses perlakuan panas. Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat-sifat fisis logam tersebut. Melalui perlakuan panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butiran dapat diperbesar atau diperkecil, ketangguhan dapat ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang keras disekeliling inti yang ulet.

Klasifikasi Baja :
 A. Menurut komposisi kimianya;
  • Baja karbon (Carbon steel)
  • Baja paduan (Alloy steel)
1. Baja Karbon (carbon steel)
Baja karbon (Inggris: Carbon steel) adalah baja dengan karbon sebagai campuran interstisial utama berkisar 0.12–2.0%. American Iron and Steel Institute (AISI) mendefinisikan:
Baja dianggap sebagai baja karbon:
   "ketika tidak dituliskan kandungan minimum untuk kromium, kobalt, molibdenum, nikel, niobium, titanium, tungsten, vanadium atau zirconium, atau elemen lain yang ditambahkan untuk mendapatkan efek campuran tertentu;
   sedangkan kandungan tembaga minimum tidak melebihi 0.40 persen;
   atau kandungan maksimum elemen berikut ini tidak melebihi persentase berikut: mangan 1.65, silikon 0.60."
Istilah "baja karbon" juga dapat digunakan untuk merujuk pada baja bukan baja tahan karat; maka baja allloy juga bisa masuk.

Yang dimaksud dengan baja karbon adalah baja yang hanya terdiri dari besi ( Fe ) dan karbon ( C ) saja tanpa adanya bahan pemadu dan unsure lain yang kadang terdapat pada baja karbon seperti Si, Mn, P, P hanyalah dengan prosentase yang sangat kecil yang biasa dinamakan impurities.

Ketika persentase kandungan karbon meningkat, baja akan semakin keras dan kuat dengan perlakuan panas (Heat treatment); namun keuletannya akan berkurang. Kandungan karbon yang tinggi juga akan mengurangi kemampuan untuk disambung dengan las.

Pada baja karbon, makin tinggi kandungan karbon maka titik leburnya akan menurun.[1]

Referensi

  1. ^ Knowles, Peter Reginald (1987), Design of structural steelwork (2nd ed.), Taylor & Francis, p. 1, ISBN 978-0-903384-59-9.

Pranala luar

  • Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
  • Oberg, E.; et al. (1996), Machinery's Handbook (25th ed.), Industrial Press Inc, ISBN 0-8311-2599-3.
  • Smith, William F.; Hashemi, Javad (2006), Foundations of Materials Science and Engineering (4th ed.), McGraw-Hill, ISBN 0-07-295358-6.
Baja karbon,  terdiri atas :
  • Baja karbon rendah (low carbon steel)
Machine, machinery dan mild steel (0,05 % – 0,30% C ) Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin   
Penggunaannya:
•          0,05 % – 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets, screws, nails.
•          0,20 % – 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings
 Karena kadar karbon yang sangat rendah maka baja ini lunak dan tentu saja tidak dapat dikeraskan, dapat ditempa, dituang, mudah dilas dan dapat dikeraskan permukaannya ( case hardening )
Baja dengan prosentase karbon dibawah 0.15 % memiliki sifat machiability yang rendah dan biasanya digunakan untuk konstruksi jembatan, bangunan, dan lainnya.
Setiap satu ton baja karbon rendah mengandung 10 – 30 kg karbon. Baja karbon ini dalam perdagangan dibuat dalam plat baja, baja strip dan baja batangan atau profil.

Baja  karbon  rendah    dipakai sebagai  bahan  kontruksi  umum. Bahan baja  karbon  rendah  mempunyai  keuletan  yang  tinggi  dan mudah  di kerjakan dengan mesin,  tetapi  kekerasannya  rendah  dan  tidak  tahan  aus. Hal  ini  dapat  diatasi  dengan  merubah  sifat - sifat  material  yang disediakan  yaitu  dengan  proses  perlakuan  panas.

Salah  satunya  adalah  dengan cara  menggunakan  pengerasan  permukaan  yaitu  dengan  proses  Karburasi.  Karburasi  adalah  salah  satu  proses perlakuan  panas  untuk  mendapatkan  permukaan kulit  yang  lebih  keras  dari sebelumnya. 
Dari  uraian  diatas,  maka  dapat  diketahui  bahwa  baja  karbon  rendah  kandungan C-nya 0,25  %, dengan  mengalami  proses  perlakuan  panas  diharapkan  memperoleh  sifat – sifat  yang  diinginkan  seperti  kekerasan  bertambah dan  tahan  aus.  
Proses  penelitian  perlakuan  panas  yang  dilakukan  dengan  material  baja  karbon  rendah,  yang  mana  setelah  dilakukan  uji  spektrometer,  material  tersebut  mempunyai  kadar  karbon  0,07  %C. 

Pada  proses  perlakukan  panas  ini  suhu  pemanasan  adalah  875 0C,  bahan  bubuk  karbon  60 %  dan  Barium  Karbonat  40 %  sebagai  penghantar /energizer yang  mempercepat  proses,  waktu  penahanan  adalah  15  menit,  30  menit,  dan  50  menit  dengan  media  pendinginan  adalah  oli  SAE  20 – 50.Setelah  dilakukan  proses  perlakuan  panas  dari  material  tersebut,  maka  dilakukan  pengujian  kekerasan dan  pengujian  spektrometer.    Adapun  hasilnya  adalah  kekerasan  tertinggi   adalah  material  yang  mengalami  proses  perlakuan  panas  dengan  penahanan  waktu  paling  lama  yaitu  50  menit.  Dan  kadar  karbon  paling  tinggi  dari  hasil  difusi  diperoleh  dari  material  yang  mengalami  proses  penahanan  waktu  paling  lama.

Dari  data  hasil  pengujian  mekanik  kekerasan  dan  ilmu bahan logam  dapat  ditarik  suatu  kesimpulan  bahwa  dengan  perlakuan  panas  didapatkan  bahan  yang  mempunyai  kekerasan  tinggi  pada  permukaannya  dan  masih  lunak  pada  bagian  dalamnya. (sumber : http://www.vedcmalang.com/pppptkboemlg/index.php/menuutama/mesin-cnc/1442-beta-0004)
  • Baja karbon menengah (medium carbon steel )
    • Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.
    • Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong.
     Penggunaan:
  • 0,30 % – 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles.
  • 0,40 % – 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits, screwdrivers.
  • 0,50 % – 0,60 % C : hammers dan sledges
Baja jenis ini dapat dikeraskan dan di tempering, dapat dilas dan mudah dikerjakan pada mesin dengan baik.

Penggunaan baja karbon menengah ini biasanya digunakan untuk

Setiap satu ton baja karbon mengandung karbon antara 30 – 60 kg. baja karbon menengah ini banyak digunakan untuk keperluan alat-alat perkakas bagian mesin.

Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung dalam baja maka baja karbon ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti untuk keperluan industri kendaraan, roda gigi, pegas, poros / as, engkol dan sparepart llainnya.  dan sebagainya.

  • Baja karbon tinggi (high carbon steel)  =  tool steel
       Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % – 1,50 % C
       Penggunaan :
  • screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers, vise jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers, tools for turning hard metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters
 Karena kadar karbon yang tinggi maka baja ini lebih mudah dan cepat dikeraskan dari pada yang lainnya dan memiliki kekerasan yang baik, tetapi susah di bentuk pada mesin dan sangat susah untuk dilas. Penggunaan baja ini untuk .

 setiap satu ton baja karbon tinggi mengandung karbon antara 70 – 130 kg. Baja ini mempunyai kekuatan paling tinggi dan banyak digunakan untuk material tools. Salah satu aplikasi dari baja ini adalah dalam pembuatan kawat baja dan kabel baja.

Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung didalam baja maka baja karbon ini banyak digunakan dalam pembuatan pegas/per, dan alat-alat pertanian alat-alat perkakas seperti: kikir, pisau cukur, palu, gergaji atau pahat potong.

STRUKTUR MIKRO  BAJA KARBON
Struktur yang dimiliki oleh baja sangat ditentukan oleh kandungan karbonya. Pada baja karbon rendah, struktur didominasi oleh ferit dan diikuti oleh sedikit perlit. Pada baja karbon tinggi struktur didominnasi oleh perlit dengan sedikit sementit. Sedangkan pada baja karbon sedang, struktur baja terdiri dari ferit dan pearlit dengan perbandingannya tergantung pada kandungan karbonnya. Semakin tinggi karbon semakin banyak perlitnya.
Gambar di bawah menunjukkan struktur mikro dari baja karbon rendah, sedang dan tinggi.
Struktur Mikro Baja Karbon Rendah, Sedang, dan Tinggi
Struktur Mikro Baja Karbon Rendah, Sedang, dan Tinggi


2. Baja Paduan (alloy steel)
Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:
  • Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan sebagainya)
  • Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah
  • Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)
  • Untuk membuat sifat-sifat spesial
Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:
  • Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
  • Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
  • High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %
Baja paduan juga dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran khusus (special alloy steel) &high speed steel.
  • 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 keras, kuat dan ulet bila dibandingkan                terhadap baja karbon (carbon steel).
  • 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
Jenis Lainnya :
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 kimia maka 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)

Proses Hardening pada Baja Carbon Tinggi

Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan sebuah benda (benda kerja) terhadap penetrasi/daya tembus dari bahan lain yang kebih keras penetrator). Kekerasan meru-pakan suatu sifat dari bahan yang sebagian besar dipengaruhi oleh un-sur-unsur paduannya dan kekerasan suatu bahan tersebut dapat berubah bila dikerjakan dengan cold worked seperti pengerolan, penarikan, pemakanan dan lain-lain serta kekerasan dapat dicapai sesuai kebutuhan dengan perlakuan panas.

Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil kekerasan dalam perlakuan panas antara lain; Komposisi kimia, Langkah Perlakuan Panas, Cairan Pendinginan, Temperatur Pemanasan, dan lain-lain Proses hardening cukup banyak dipakai di Industri logam atau bengkel-bengkel logam lainnya.Alat-alat permesinan atau komponen mesin banyak yang harus dikeraskan supaya tahan terhadap tusukan atau tekanan dan gesekan dari logam lain, misalnya roda gigi, poros-poros dan lain-lain yang banyak dipakai pada benda bergerak. 

Dalam kegiatan produksi, waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan suatu produksi adalah merupakan masalah yang sangat sering dipertimbangkan dalam Industri dan selalu dicari upaya-upaya untuk mengoptimalkannya. 
 Pengoptimalan ini dilakukan mengingat bahwa waktu (lamanya) menyelesaikan suatu produk adalah berpengaruh besar terhadap biaya produksi.

            Hardening dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang tinggi, kekuatan dan fatigue limit/ strength yang lebih baik. Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada kadar karbon dalam baja dan kekerasan yang terjadi akan tergantung pada temperatur pemanasan (temperatur autenit), holding time dan laju pendinginan yang dilakukan serta seberapa tebal bagian penampang yang menjadi keras banyak tergantung pada hardenability.

Langkah-langkah proses hardening adalah sebagai berikut :
A. Melakukan pemanasan (heating) untuk baja karbon tinggi  200-300   diatas Ac-1 pada diagram Fe-Fe3C, misalnya pemanasan sampai suhu 8500, tujuanya adalah untuk mendapatkan struktur Austenite, yang salah sifat Austenite adalah tidak stabil pada suhu di bawah Ac-1,sehingga dapat ditentukan struktur yang diinginkan. Dibawah ini diagram Fe-Fe3C  dibawah ini :
2
                        Gambar :  diagram keseimbangan Fe-Fe3
B. Penahanan suhu (holding time), Holding time dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari suatu bahan pada proses hardening dengan menahan pada temperatur pengerasan untuk memperoleh pemanasan yang homogen sehingga struktur austenitnya homogen atau terjadi kelarutan karbida ke dalam austenit dan diffusi karbon dan unsur paduannya.  

Pedoman untuk menentukan holding time dari berbagai jenis baja:
  1. Baja Konstruksi dari Baja Karbon dan Baja Paduan Rendah Yang mengandung fasa karbida yang mudah larut, diperlukan holding time yang singkat, 5 – 15 menit setelah mencapai temperatur pemanasannya dianggap sudah memadai.
  2. Baja Konstruksi dari Baja Paduan Menengah Dianjurkan menggunakan holding time 15 -25 menit, tidak tergantung ukuran benda kerja.
  3. Low Alloy Tool Steel Memerlukan holding time yang tepat, agar kekerasan yang diinginkan dapat tercapai. Dianjurkan menggunakan 0,5 menit per milimeter tebal benda, atau 10 sampai 30 menit.
  4. High Alloy Chrome Steel Membutuhkan holding time yang paling panjang di antara semua baja perkakas, juga tergantung pada temperatur pema-nasannya. Juga diperlukan kom-binasi temperatur dan holding time yang tepat. Biasanya dianjurkan menggunakan 0,5 menit permilimeter tebal benda dengan minimum 10 menit, maksimum 1 jam.                             
  5. Hot-Work Tool Steel Mengandung karbida yang sulit larut, baru akan larut pada 10000 C. Pada temperatur ini kemungkinan terjadinya pertumbuhan butir sangat besar, karena itu holding time harus dibatasi, 15-30 menit.                                                                            High Speed Steel Memerlukan temperatur pemanasan yang sangat tinggi, 1200-1300 derajat  Celcius.          Untuk mencegah terjadinya pertumbuhan butir holding time diambil hanya beberapa menit saja.                                                                                                                   Misalkan kita ambil waktu holding adalah selama 15 menit pada suhu 8500 .
C. Pendinginan. Untuk proses Hardening kita melakukan pendinginan secara cepat dengan menggunakan media air. Tujuanya adalah untuk mendapatkan struktur martensite, semakin banyak unsur karbon,maka struktur martensite yang terbentuk juga akan semakin banyak.

Karena Fasa martensite terbentuk  dari fase Austenite yang didinginkan secara cepat.
  Hal ini disebabkan karena atom karbon terjebak tidak sempat berdifusi keluar dan terjebak dalam struktur kristal dan membentuk struktur kristal tetragonal yang ruang kosong antar atomnya kecil, sehingga kekerasannya meningkat/naik/tinggi.

2
Gambar : kurva pendinginan pada diagram TTT (time-temperature-transformation)

Dari diagram pendinginan diatas dapat dilihat bahwa dengan pendinginan cepat (kurva 6) akan menghasilkan struktur martensite karena garis pendinginan lebih cepat daripada kurva 7 yang merupakan laju pendinginan kritis (critical cooling rate) yang nantinya akan tetap terbentuk fase austenite (unstable). Sedangkan pada kurva 6 lebih cepat daripada kurva 7,sehingga terbentuk struktur martensite yang kekerasanya berkisar antara 600 BHN-750 BHN, tetapi bersifat rapuh karena tegangan dalam yang besar.

Jadi  dapat disimpulkan bahwa dengan proses hardening pada baja karbon tinggi akan meningkatkan kekerasanya. Dengan meningkatnya kekerasan, maka efeknya terhadap kekuatan adalah sebagai berikut :
  1. Kekuatan impact (impact strength) akan turun karena dengan meningkatnya kekerasan, maka tegangan dalamnya akan meningkat. Karena pada pengujian impact beban yang bekerja adalah beban geser dalam satu arah , maka tegangan dalam akan mengurangi kekuatan impact.
  2. Kekuatan tarik (tensile sterngth) akan meningkat. Hal ini disebabkan karena pada pengujian tarik beban yang bekerja adalah secara aksial yang berlawanan dengan arah dari tegangan dalam, sehingga dengan naiknya kekerasan akan meningkatkan kekuatan tarik dari suatu material.
Disusun oleh : Iwanudin (kang Diwan), sarjana Metalurgi UNJANI , angk. 87





 https://tehnikmesinindustri.wordpress.com/2010/05/10/baja-karbon/
 http://agvnk.blogspot.co.id/2012/05/baja-dan-jenisnya.html
.
Share this article :