Jenis-Jenis Logam Konstruksi

A. Besi Tuang

1. Proses Pembuatan

Besi tuang di hasilkan dengan cara mencairkan besi kasar di dalam dapur yang sesuai,

terlebih dulu di tambahkan besi bekas atau baja bekas sebelum proses pencairan

berlangsung atau sebelum proses penuangan selesai. Peleburan besi tuang biasanya di

lakukan di dalam tungku yang sering di sebut kupola, proses peleburannya terjadi

secara continue, artinya begitu muatan logam mencair maka langsung mengalir ke luar

tungku, di tampung di alat perapian depan yang kemudian di angkut menggunakan

ladel untuk di tuang ke dalam cetakan. Proses pengolahan meliputi, peleburan,

pembuatan model dan membuat cetakan .

Gambar 1. Proses Pembuatan Besi Tuang

Bila dilihat dari cara penuangan logam cair ke dalam cetakan, maka jenis cetakan

dapat golongkan menjadi 2 (dua) kelompok, yaitu:

A. Cetakan diam atau “stationary mould” terdiri dari :

1. Cetakan Pasir:

- Green sand moulding.

- Dry sand moulding.

- Loam (tanah liat) moulding.

- Hot box proses, CO2 proses dan Shell moulding.

B. Cetakan Bergerak “non-stationary mould” terdiri dari:

1. Investment casting

2. Centrifugal casting

Klasifikasi Cetakan dapat di bagi ke dalam 2 (dua) kelompok, yaitu:

1). Ditinjau dari bahan yang pembuat nya, terdiri dari:

(a). Cetakan pasir basah (green sand moulding) dari pasir cetak yang masih basah

(b). Cetakan kulit kering (skin dried moulding) lapisan pola akan mengeras bila

terkena panas

(c). Cetakan pasir kering (dry sand moulding) menggunakan pasir yang kasar

(d). Cetakan lempung (loam moulding) terbuat dari batu bata, diberilempung, u/ B.K

yg besar

(e). Cetakan furan (furanmoulding) terbuat dari resin, untuk sekali pakai

(f). Cetakan CO2 pasir dicampur natrium silikat, dialirkan CO2, maka campuran

mengeras

(g).Cetakan logam proses cetak-tekan (die casting), logam yang titik cair nya rendah

(h). Cetakan khusus terbuat dari plastik, kertas, kayu, semen, plester atau karet.

2. Jenis - Jenis Besi Tuang

a. Besi Tuang Putih (White Cast Iron)

Besi tuang ini seluruh karbonnya berupa Sementit sehingga mempunyai sifat sangat

keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri dari Karbida yang menyebabkan berwarna Putih.

Besi tuang putih setelah didinginkan tediri dari perlit dan sementit. Besi tuang putih dengan

kadar karbon 2.5% sampai 3.6% mengandung banyak sementit. Dengan adanya kadar yang

besar dari sementit yang sangat keras,akan tetapi rapuh itu, besi tuang putih memperoleh

kekerasan sangat besar, akan tetapi kekuatan tarik yang sangat rendah dan regangan yang

sangat kecil.

Gambar 5. Besi Tuang Putih

b. Besi Tuang Mampu Tempa (Malleable Cast Iron)

Besi Tuang jenis ini dibuat dari Besi Tuang Putih dengan melakukan heat treatment

kembali yang tujuannya menguraikan seluruh gumpalan graphit (Fe3C) akan terurai

menjadi matriks Ferrite, Pearlite dan Martensite. Mempunyai sifat yang mirip dengan Baja.

Gambar 6. Besi Tuang Mampu Tempa

c. BESI TUANG KELABU (Grey Cast Iron)

Jenis Besi tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu).

Mempunyai graphite yang berbentuk Flake. Sifat dari Besi tuang ini kekuatan tariknya

tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali (Nil Ductility). Besi tuang kelabu setelah

didinginkan mengandung grafit. Grafit tersebut terdapat dalam besi-tuang berupa pelat-

pelat tipis. Besi tuang kelabu memperoleh namanya dari bidang patahan yang berwarna

kelabu, yang disebabkan oleh grafit hitam.

Gambar 7. Besi Tuang Kelabu

d. Besi Tuang Nodular (Nodular Cast Iron)

Nodular Cast Iron adalah perpaduan besi tuang kelabu. Ciri Besi tuang ini bentuk

graphite Flake dimana ujung – ujung Flake berbentuk takikan yang mempunyai pengaruh

terhadap Ketangguhan , Keuletan , dan keuatan oleh karena untuk menjadi lebih baik, maka

graphite tersebut berbentuk bola ( sperhoid ) dengan menambahkan sedikit Inoculating

Agen, seperti Magnesium atau calcium silicide. Karena Besi Tuang mempunyai keuletan

yang tinggi maka besi tuang ini di kategorikan ductile cast iron.

Gambar 8. Besi Tuang Nodular

3. Klasifikasi

3.1 Besi Tuang Kelabu

Tabel 1. Properties of Gray Cast Iron

3.2 Besi Tuang Nodular

Tabel 2. Ductile Iron Spesification

3.3 Austempered Ductile Iron

Tabel 3. ADI Spesification

B. Baja Paduan

1. Pengertian

Baja pada dasarnya merupakan campuran antara logam Fe dan sedikit kandungan C

( dibawah 2 %). Baja pada penggunaannya dalam kehidupan manusia umumnya

dicampur dengan kandungan logam lain menjadi baja paduan, jenis yang banyak

digunakan saat ini. Unsur paduan yang biasa ditambahkan antara lain: Cr, Mn, Si, Ni, W,

Mo, Ti, Al, Cu, Nb dan Zr. Penambahan unsur-unsur lain dalam baja dapat dilakukan

dengan satu atau lebih unsur, tergantung dari karakteristik atau sifat khusus yang

dikehendaki.

Struktur Baja

Struktur pembentuk baja antara lain :

1. Pearlit

Baja pearlit, didapat jika unsur-unsur paduan relatif kecil maximum 5%.  Baja ini

mampu dalam permesinan, sifat mekaniknya maningkat oleh heat treatment

(hardening & tempering).

2. Martensit :

Unsur pemadunya lebih dari 5 %, sangat keras dan machinability kurang. (heat

resistant steel)

3. Austenit  :

Terdiri dari 10 – 30% unsur pemadu tertentu (Ni, Mn atau CO). Misalnya : Baja

tahan karat (Stainlees steel), nonmagnetic dan baja tahan panas.

4. Ferrit : 

Terdiri dari sejumlah besar unsur pemadu (Cr, W atau Si) tetapi kandungan

karbonnya rendah. Tidak dapat dikeraskan.

5. Ladeburit / karbid :  

Terdiri sejumlah karbon dan unsur-unsur penbentuk karbid (Cr, W, Mn, Ti, Zr).

2. Jenis-Jenis Baja Paduan

a) Baja KonstruksiBaja konstruksi digunakan untuk keperluan konstruksi bangunan dan

pembuatan bagian-bagian mesin. Baja konstruksi bangunan umumnya mengandung

karbon sampai 0,3% dengan kekuatan tarik dan batas regang rendah serta tidak

dapat dikeraskan. berdasarkan campuran dan proses pembuatannya dan baja

mempunyi sifat terpenting dalam penggunaanya sebagai bahan konstruksi adalah

kekuatan yang tinggi, baja konstruksi di bedakan menjadi:

a. Baja karbon biasa

b. Baja konstruksi kualitas tinggi

c. Baja sepesial

Proses pembuatan

Baja pada dasarnya adalah paduan besi-karbon dengan kadar karbon tidak lebih

dari 2,0 %, selain itu juga mengandung sejumlah unsur paduan dan unsur

pengotoran. Baja dibuat dari besi kasar atau besi spons dengan mengurangi kadar

karbon dan unsur lain yang kurang disukai. Ada beberapa macam cara pembuatan

baja, antara lain:

1. Konvertor

2. Open hearth furnance

3. Dapur listrik

Jenis – Jenis Baja Konstruksi

Adapun baja kontruksi di kelompokan dalam tiga jenis terdiri dari:

1. Baja konstruksi umum

Baja konstruksi umum terdiri atas jenis baja karbondan baja kualitastingi yang di

padu. Penggunaan baja ini di dasarkan atas pertimbangan tegangan tarik

minimumnya yang cukup tinggi. Baja ini banyak digunakan pada konstruksi

bangunan gedung,jembatan poros mesin dan roda gigi. Baja konstruksi umumnya di

perdagangkan dalam dua jenis kualita yang biasanya di bedakan denagn pembran

nomerkode 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 di padu dan bja kualitas

tinggi paduan rendah dengan kadar berelang (s)dan fosfor(p) yang tinggi. Baja ini

mengandung 0,07% s/d 0,0065% karbon, 0,08s/d0,4% belerang o,6s/d1,5%mangan

dan 0,05s/d0,4% silisium. Untuk keperluan menghakuskan permukaan di

tambahkan lagi dengan timbal(pb) 0,15s/d0,3%. Karena mengandung belrang(s)

dan fosfor(p) yang cukup tinggi, maka baja otomat sangat tidak bik untuk pkerjaan

las.

3. Baja case hardening

Baja case hardening di peroleh dngan menaruh baja lunak di antara bahan yang

kaya dengan karbon dan memanaskanya hingga di atas suhu kritis atasnya ( 900-

950 C) dalam waktu yang cukuplama untuk mndapatkan lapisan permukaan yang

banyak mengandung karbon. Baja case hardening ini terdiri atas baja kualitas

tinggi yng tidak di padu dan baja sepesial yang tidak di padu maupun yang di padu.

Supaya bnda kerja tetap liat, di usahakan kandungan karbon pada bagian

permuakan benda kerja yang telah di karbonisasikan tadi brkisar antara0,6-0,9%.

b) Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

1. Pengertian dan Sejarah

Awalnya, beberapa besi tahan karat pertama berasal dari beberapa artefak

yang dapat bertahan dari zaman purbakala. Pada artefak ini tidak ditemukan

adanya kandungan krom, namun diketahui, bahwa yang membuat artefak logam

ini tahan karat adalah banyaknya zat fosfor yang dikandungnya yang mana

bersama dengan kondisi cuaca lokal membentuk sebuah lapisan basi oksida dan

fosfat. Sedangkan, paduan besi dan krom sebagai bahan tahan karat pertama kali

ditemukan oleh ahlimetal asal Prancis, Pierre Berthier pada tahun 1821, yang

kemudian diaplikasikan untuk alat-alat pemotong, seperti pisau.

2. Proses Pembuatan Stainless Steel

Pada dasarnya stainless steel merupakan salah satu jenis dari baja paduan,

sehingga pembuatan stainless steel tidak jauh berbeda dengan proses pembuatan

baja paduan, yang membedakan adalah penambahan unsur-unsur paduan, antara

lain Kromium, Nikel, Mangan, dan Aluminium.

2.1 Proses Konvertor

Terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap

kesamping. Sistem kerja :

• Dipanaskan dengan kokas sampai ± 15000C,

• Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor)

• Kembali ditegakkan.

• Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor.

• Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengeluarkan hasilnya.

Proses Bassemer (asam)

Lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang mengandung

kwarsa asam atau aksid asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair,

CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO2,SiO2 + CaO CaSiO3

Proses Thomas (basa)

Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau dolomit

kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)], besi yang diolah besi

kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6-0,8 %.

Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O5), untuk

mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO),

3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak cair)

2.2 Proses Siemens Martin

Menggunakan sistem regenerator (± 30000C.) fungsi dari regenerator

adalah :

a. Memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur.

b. Sebagai Fundamen/ landasan dapur.

c. Menghemat pemakaian tempat.

Bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,

• Besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO2),

• Besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO3)

2.3 Proses Basic Oxygen Furnace

• Logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan)

• Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang baker dengan

kecepatan tinggi. (55 m3 (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400

kN/m2.

• Ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.

Keuntungan dari BOF adalah:

• BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen

• Proses hanya lebih-kurang 50 menit.

• Tidak perlu tuyer di bagian bawah

• Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon

• Biaya operasi murah

2.4 Proses Dapur Listrik

Relatif tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi

listrik. Keuntungan :

• Mudah mencapai relatif tinggi dalam waktu singkat

• Temperatur dapat diatur

• Efisiensi termis dapur tinggi

• Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga

kualitasnya baik

• Kerugian akibat penguapan sangat kecil rendah hingga kokas

2.5 Proses Dapur Kopel

Mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang.

Proses :

• Pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair.

• Bahan bakar(arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam.

• Kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan mencapai

700 – 800 mm dari dasar tungku.

• Besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan.

• 15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.

Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur

(CaCO3) dan akan terurai menjadi: CaCO3 = CaO + CO2

CO2 akan bereaksi dengan karbon: CO2 + C = 2CO

Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk

pembangkit mesin-mesin lain.

2.5 Proses Dapur Cawan

• Proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi

kasar dalam cawan,

• Kemudian dapur ditutup rapat.

• Kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan

muatan dalam cawan akan mencair.

• Baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan

menambahkan unsur paduan yang diperlukan yaitu:

Kromium Nikel

Mangan

Aluminium

3. Klasifikasi Stainless Steel

Meskipun seluruh kategori Stainless Steel didasarkan pada kandungan krom

(Cr), namun unsur paduan lainnya ditambahkan untuk memperbaiki sifat-sifat

Stainless Steel sesuai aplikasi-nya. Kategori Stainless Steel tidak halnya seperti

baja lain yang didasarkan pada persentase karbon tetapi didasarkan pada struktur

metalurginya. Empat golongan utama Stainless Steel adalah Austenitic, Ferritic,

Martensitic, dan Precipitation Hardening Stainless Steel.

3.1 Austenitic Stainless Steel

Austenitic Stainless Steel mengandung sedikitnya 16% Chrom dan 6%

Nickel (yang biasa digunakan pada umumnya), sampai ke grade Super Autenitic

Stainless Steel seperti 904L (dengan kadar Chrom dan Nickel lebih tinggi serta

unsur tambahan Mo sampai 6%). Molybdenum (Mo), Titanium (Ti) atau Copper

(Co) berfungsi untuk meningkatkan ketahanan terhadap temperatur serta korosi.

Austenitic cocok juga untuk aplikasi temperature rendah disebabkan unsur Nickel

membuat Stainless Steel tidak menjadi rapuh pada temperatur rendah.

3.2 Ferritic Stainless Steel

Kadar Chrom bervariasi antara 10,5 – 18 % yang mudah dibentuk dalam

keadaan rendah. Ketahanan korosi tidak begitu istimewa dan relatif lebih sulit di

fabrikasi / machining. Tetapi kekurangan ini telah diperbaiki pada grade 434 dan

444 dan secara khusus pada grade 3Cr12.

3.3 Martensitic Stainless Steel

Stainless Steel jenis ini memiliki unsur utama Chrom (masih lebih sedikit

jika dibanding Ferritic Stainless Steel) dan kadar karbon relatif tinggi misal

seperti kadar karbon martensit dan juga mudah di machining. Grade 431 memiliki

Chrom sampai 16% tetapi mikrostrukturnya masih martensitic disebabkan hanya

memiliki Nickel 2%.Grade Stainless Steel lain misalnya 17-4PH/ 630 memiliki

tensile strength tertinggi dibanding Stainless Steel lainnya. Kelebihan dari grade

ini, jika dibutuhkan kekuatan yang lebih tinggi maka dapat di hardening.

3.4 Precipitation Hardening Steel

Precipitation hardening Stainless Steel adalah Stainless Steel yang keras

dan kuat akibat dari dibentuknya suatu presipitat (endapan) dalam struktur mikro

logam. Sehingga gerakan deformasi menjadi terhambat dan memperkuat material

Stainless Steel. Pembentukan ini disebabkan oleh penambahan unsur tembaga

(Cu), Titanium (Ti), Niobium (Nb) dan alumunium. Proses penguatan umumnya

terjadi pada saat dilakukan pengerjaan dingin (cold work).

4. Kodefikasi

Stainless steel grades :

TIPE KETERANGAN

100 Series austenitic paduan chromium-nickel-manganese

Type 101 austenitic yang mengalami pengerasan melalui proses

pendinginan

Type 102 austenitic yang kegunaan utamanya sebagai bahan

perabotan dan furniture

200 Series austenitic paduan chromium-nickel-manganese

Type 201 austenitic yang mengalami pengerasan melalui proses

pendinginan

Type 202 austenitic general purpose stainless steel

300 Series austenitic paduan chromium-nickel

Type 301 mudah dibentuk, proses pengerasan cepat, baik untuk

proses pengelasan dan daya tahan lebih tinggi dari tipe 304.

Type 303 versi 304 tanpa mesin dengan tambahan sulfur dan

pospor.

Type 302 Tingkat ketahanan terhadap karat sama dengan 304, tapi sedikit lebih tinggi

tingkat kekuatan bahannya karena adanya tambahan karbon.

Type 304 Grade yang paling umum digunakan

Type 304L sama seperti 304 dengan kadar karbon lebih rerndah

agar lebih baik untuk digunakan dalan pengelasan.

Type 304LN sama dengan 304L, dengan tambahan nitrogen agar

meningkatkan tingkat yield and tensile strengthnya.

Type 308 digunakan sebagai logam pengisi ketika mengelas 304

Type 309 lebih tahan panas dari 304, biasa digunakan sebagai logam pengisi dalam

proses pengelasan

Type 316 Stainless Steel yang paling umum digunakan setelah

304. biasanya digunakan sebagai peralatan yang berhubungan

dengan makanan

Type 321 mirip dengan type 304 dengan tambahan titanium

400 Series ferritic and martensitic chromium alloys

Type 405 ferritic untuk digunakan dalam proses pengelasan

Type 408 tahan panas, tahan karat dengan kadar rendah; 11%

chromium, 8% nickel.

Type 409 Type yang paling murah, biasanya digunakan sebagai

knalpot mobil; ferritic (iron/chromium only).

Type 410 martensitic (high-strength iron/chromium). Wear-

resistant, but less corrosion-resistant.

Type 416 easy to machine due to additional sulfur

Type 420 Cutlery Grade martensitic

Type 430 Mudah dibentuk, dengan temperatur rendah dan tahan

karat.

Type 439 ferritic grade, Grade yang lebih tinggi dari 409.

peningkatan kandungan krom untuk meningkatkan tingkat ketahan

terpadap karat dan oksidasi.

Type 440 karbon paling rendah), 440B, 440C(yang terbaik, sering digunakan

sebagai bahan dasar pisau), dan 440F

Type 446 For elevated temperature service

500 Series paduan chromium tahan panas

600 Series martensitic precipitation hardening alloys

601 through 604 Martensitic low-alloy steels

610 through 613 Martensitic secondary hardening steels.

614 through 619 Martensitic chromium steels.

630 through 635 Semiaustenitic and martensitic precipitation-

hardening stainless steels.

Type 630 is most common PH stainless, better known as 17-4; 17% chromium, 4%

nickel.

650 through 653 Austenitic steels strengthened by hot/cold work

Tabel 12. Kodefikasi Stainless Steel