Modul 05 Besi Baja 2

MK : Pengetahuan Bahan Modul 5 Besi-Baja 2

Hanya untuk lingkungan UMB (2011 -2I) 1/14

4. BAJA PERKAKAS

Baja perkakas (tool steel), yang dikenal juga sebagai baja premium, adalah

satu jenis baja yang dirancang untuk aplikasi seperti alat memotong baja lain pada

mesin perkakas, alat penumbuk (punch), landasan cetak (die), cetakan cor (mold),

pisau pemotong, pahat dan alat-alat sejenis. Untuk bisa menjalankan aplikasi-

aplikasi di atas, baja perkakas harus mempunyai kelebihan dalam hal kekuatan

(strength), kekerasan (hardness), kekerasan ketika panas (hot hardness), ketahanan

terhadap aus (wear resistance), dan keuletan (toughness) terhadap impak (impact).

Baja perkakas dibagi menjadi tujuh kelompok berdasarkan aplikasinya, dan

dengan sendirinya juga berdasarkan komposisinya. AISI (American Iron and Steel

Insitute) menggunakan skema klasifikasi yang mengunakan sebuah huruf prefiks

untuk mengidentifikasikan baja perkakas. Berikut ini adalah tujuh kelompok tersebut,

beserta huruf prefiks dan uraiannya. Sedangkan dalam tabel setelahnya

diperlihatkan komposisi kimia beberapa jenis baja paduan yang termasuk dalam

baja perkakas.

T, M High-speed tool steels, digunakan sebagai alat potong dalam mesin-mesin

pemroses. Dirancang sehingga mempunyai ketahanan tinggi terhadap aus

dan tetap mempunyai kekerasan tinggi walaupun dalam keadaan panas.

Kode baja perkakas dalam kelompok ini memakai prefiks T kalau

mengandung Tungsten, dan memakai prefiks M kalau mengandung

Molibdenum.

H Hotworking tool steel, digunakan untuk aplikasi cetakan (dies) yang

dioperasikan dalam keadaan panas, seperti penempaan (forging), ekstrusi,

dan cetakan pada pengecoran. Prefiks H untuk hot.



D Cold-work tool steels, adalah baja untuk aplikasi cetakan (dies) yang

dioperasikan dalam keadaan dingin, seperti pekerjaan pres terhadap

lembaran baja, ekstrusi dingin, dan beberapa operasi penempaan (forging).

Prefiks D untuk die. Kelompok ini berhubungan erat dengan kode AISI yang

memnggunakan prefiks A dan O. Prefiks A untuk air hardening (pengerasan

yang pendinginannya mengunakan udara, dan prefiks O untuk oil hardening

(pengerasan yang pendinginannya mengunakan oli). Kelompok ini

mempunyai kelebihan dalam ketahanan terhadap aus, dan rendahnya

distorsi.

W Water hardening tool steels, mempunyai kandungan karbon yang tinggi,

dengan sedikit (atau tidak ada sama sekali) elemen lain yang dipadukan. Baja

kelompok ini hanya bisa diperkeras dengan cara pencelupan cepat ke dalam

air. Baja jenis ini dipakai secara luas karena biayanya rendah, tapi

penggunaannya terbatas hanya pada aplikasi bertemperatur rendah. Prefiks

W untuk water.

S Shock-resistant tool steels, ditujukan untuk aplikasi dimana diperlukan

keuletan (toughness) yang tinggi, seperti pada operasi shearing pada logam

lembaran, punching dan bending.

P Mold steels, digunakan untuk aplikasi cetakan yang digunakan untuk

mencetak plastik dan karet.

L Low-alloy tool steels, kelompok ini berisi bermacam baja perkakas untuk

aplikasi khusus.

Baja perkakas bukan satu-satunya bahan untuk perkakas. Plain carbon steel,

low alloy steel dan baja tahan karat (stainless steels), juga biasa dipakai untuk



aplikasi perkakas dan cetakan. Besi tuang dan beberapa paduan non-fero juga bisa

dipakai untuk beberapa aplikasi perkakas. Jangan dilupakan, beberapa jenis

keramik (misalnya Al2O3) digunakan sebagai bahan untuk membuat perkakas

dengan operasi berkecepatan tinggi, sebagai bahan abrasif, dan aplikasi lain.



5. BAJA TAHAN KARAT

Baja tahan karat adalah sekelompok baja paduan tinggi yang dirancang agar

mempunyai ketahanan tinggi terhadap korosi. Unsur utama dalam paduan tersebut

adalah krom, biasanya lebih dari 15%. Krom akan membentuk suatu lapisan tipis

yang dapat menahan terjadi oksidasi. Nikel (unsur lain dalam paduan), digunakan

untuk meningkatkan perlindungan atas korosi.

Karbon berguna untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan logam.

Sebenarnya kandungan karbon dapat menurunkan ketahanan terhadap korosi. Ini

terjadi karena karbon dapat membentuk chromium carbide yang mengurangi jumlah

kromium bebas yang tersedia pada paduan.

Baja tahan karat juga dikenal karena kekuatan (strength) dan kekenyalannya

(ductility). Walaupun sifat ini diperlukan dalam banyak aplikasi, tapi hal ini

menyebabkannya paduan ini menyulitkan dalam proses manufaktur. Juga, baja

tahan karat secara signifikan lebih mahal ketimbang plain carbon steel atau low alloy

steel.

5.1. Kelompok-kelompok dalam baja tahan karat

Ada lima kelompok baja tahan karat, sebagai berikut.

Austenitic stainless. Mempunyai bentuk kristal FCC. Mengandung sekitar

18% Cr dan 8% Ni. Paling tahan terhadap karat, dibanding dengan yang lain. Non

magnetic, sangat kenyal (ductile) tapi mempunyai kekerasan (hardness) yang tinggi.

Stabil dalam temperatur kamar.

Dipakai untuk peralatan di pabrik kimia atau peralatan pengolah makanan.

Juga dipakai untuk komponen mesin yang memerlukan tahan karat.



Ferritic stainless. Mempunyai bentuk kristal BCC. Mengandung sekitar 15%

- 20% Cr, kandungan karbon yang rendah, dan tanpa nikel. Ketahanan terhadap

korosi lebih rendah, jika dibanding dengan austenitik. Kekenyalan lebih rendah,

dibanding austenitik. Dipakai untuk berbagai perlatan dapur, sampai komponen

mesin jet.

Martensitic stainless. Mempunyai kandungan karbon yang lebih tinggi,

dibanding ferritic, sehingga memungkinkan untuk diperkuat dengan heat treatment.

Mengandung 18% Cr, tanpa nikel. Lebih kuat, keras, tahan terhadap fatigue.

Ketahanan terhadap korosinya lebih rendah ketimbang austenitic dan ferritic.

Dipakai untuk alat makan dan peralatan operasi.

Precipitation hardening stainless. Mengandung 17% Kromium dan 7%

Nikel. Ditambah Aluminium, Tembaga, Titanium, Molibdenum dalam jumlah kecil.

Dapat diperkeras dengan metoda precipitation hardening. Kekuatan dan ketahanan

terhadap korosi, terjaga walaupun dalam temperatur tinggi. Sifat ini cocok untuk

aplikasi pada pesawat luar angkasa.

Duplex stainless. Mempunyai struktur campuran antara austenitic dan

ferritic, dalam jumlah yang kira-kira sama. Daya tahan korosinya mirip dengan

austenitic. Mempunyai daya tahan terhadap retak karena stress-corrosion. Dipakai

antara lain untuk heat exchangers, pompa, instalasi pengolahan air limbah.

5.2. Identifikasi baja tahan karat

AISI (the American Iron and Steel Institute). Kebanyakan baja tahan karat

memperoleh kode tiga digit dalam skema penomoran berdasarkan AISI. Satu digit

pertama menunjukkan tipe umumnya, sedangkan dua digit terakhir menunjukkan



grade khususnya. Tabel berikut memperlihatkan komposisi tipikalnya, serta sifat

mekanikalnya.

UNS (Unified Numbering System). Skema penomoran berdasarkan UNS,

adalah sebagaimana diperlihatkan dalam Tabel 16-1 dan Tabel 16-2 berikut ini.



5.3. Sifat-sifat fisika/mekanikal

Sifat-sifat berbagai jenis baja tahan karat dapat bervariasi, tergantung dari

komposisi paduannya. Walaupun begitu beberapa sifat umum perlu dicatat karena

akan mempengaruhi aplikasinya.

Berat jenis. Karena dasarnya adalah besi, berat jenis baja tahan karat

hampir sama dengan baja karbon atau baja paduan rendah.

Struktur kristal. Austenitic mempunyai struktur kristal tertentu yang

membuatnya bersifat tidak ferromagnetic. Sedangkan ke-empat jenis baja tahan

karat yang lain, bersifat ferromagnetic

Konduktivitas. Baja tahan karat merupakan konduktor panas dan listrik yang

cukup buruk, jika dibanding dengan baja karbon.

Pemuaian. Koefisien muai panas baja tahan karat adalah 50% lebih tinggi

dibanding baja karbon.



Modulus elastisitas Baja tahan karat mempunyai modulus elastisitas yang

sedikit lebih rendah ketimbang baja karbon sederhana dan baja paduan rendah.

Kalau per baja karbon sederhana akan diganti oleh per baja tahan karat, karena

kinerjanya akan berbeda.

6. BESI COR Besi cor adalah besi paduan yang mengandung sekitar 2,1% sampai 4%

karbon dan sekitar 1% sampai 3% silikon. Komposisi tersebut membuatnya sangat

cocok untuk besi cor. Dengan demikian, volume pengecoran bahan ini, angkanya

beberapa kali lipat volume pengecoran logam-logam lain. Jumlah tonase besi cor

hanya kalah oleh baja.

6.1. Jenis-jenis besi cor

Terdapat beberapa jenis besi cor, yang paling penting adalah besi cor abu-

abu (gray cast iron). Yang lainnya adalah ductile iron, white cast iron dan malleable

iron dan berbagai besi cor paduan lainnya. Perbandingan komposisi kimia dari baja,

besi cor putih dan besi cor abu-abu adalah sebagaimana dapat dilihat pada Tabel

6.6.



Gray cast iron. Jumlah tonase jenis ini adalah yang terbesar di antara

sesama cast iron. Mempunyai komposisi dalam kisaran 2,5%-4% karbon dan 1%-

3% silikon

Ductile iron. Ini adalah besi dengan komposisi sama dengan gray iron,

dimana logam yang dicairkan, mendapat perlakuan secara kimia sebelum

penuangan. Ini menyebabkan terbentuknya speroid grafit, alih-alih flakes.Hasilnya

adalah suatu besi yang lebih kuat dan lebih kenyal (ductile). Aplikasinya mencakup

komponen masin-mesin yang memerlukan kekuatan yang tinggi dan daya tahan

yang tinggi terhadap aus (wear).

Besi cor putih (white cast iron). Besi cor jenis ini mempuinyai lebih sedikit

karbon dan silikon ketimbang besi cor abu-abu. Jenis ini dibuat dengan cara

pendinginan yang lebih cepat, setelah besi cair dituangkan.

Malleable iron.

Besi cor paduan (alloy cast iron).



6.2. Proses pengecoran

Besi cor sering dicairkan dalam sebuah kupola (Figure 17-1). Besi yang

sudah cair akan melalui pencetakan. Proses pencetakan kurang lebih dilakukan

sebagaimana terlihat dalam Figure 17-2. Dalam gambar tersebut diperlihatkan enam

macam jenis cetakan: (1) cetakan yang dibuat dari pasir, (2) cetakan yang dibuat

permanen, (3) pengecoran yang menggunakan die, (4) shell molding, (5) investment

casting, dan (6) centrifugal casting.









Bahan bacaan:

Budinski, K.G. dan Budinski M.K., 2010, Engineering Materials, Properties and

Selection, Pearson Prentice Hall

Mott, Robert L., 2009, Elemen-elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis,

Perancangan Elemen Mesin Terpadu, Jilid 1, Penerbit ANDI Yogyakarta

Surdia, Tata dan Saito, Shinroku, 1992, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya

Paramita, Jakarta

Wargadinata, Arijanto S., 2002, Pengetahuan Bahan, Penerbit Universitas Trisakti

Wirjosumarto, Harsono, stensilan, tanpa tahun, Kekuatan dan Penguatan Logam,

Laboratorium Teknik Metalurgi, Departemen Mesin, FTI, ITB, Bandung

Documents

Modul 05 Besi Baja 2