Tugas Kuliah Material Teknik

December 8, 2011 in Uncategorized by Duta Kristianto

Soal:
  1. Apa perbedaan dari dapur tinggi dan dapur baja ?
  2. Mengapa dapur baja listrik dapat menghasilkan baja yang baik ?
  3. Berikan contoh baja paduan rendah dan baja paduan tinggi, apakah bisa melalui dapur-dapur tersebut ?
  4. Apa perbedaan dari besi kasar dan besi bekas ?
  5. Apakah bisa baja dikuatkan lagi ? Jika bisa, menggunakan teknik apa ?
Jawaban:
1. Perbedaan dari dapur tinggi dan dapur baja

Perbedaan keduanya adalah pada material yang dihasilkan. Dapur tinggi dan dapur baja merupakan bagian dari proses pembuatan material baja mulai dari biji besi hingga mencapai proses pengolahan lanjut.

  • Dapur tinggi merupakan tahapan awal pengolahan biji besi. Proses pada dapur tinggi adalah dengan meniupkan udara panas ke dalam dapur tinggi untuk membakar kokas dengan temperatur sekitar 2000 oC. Cairan besi dan terak akan turun ke dasar dapur tinggi secara perlahan-lahan dan selanjutnya dituang ke penampungan  khusus. Hasil ini disebut besi kasar, yang kemudian dapat diproses lebih lanjut menjadi baja.
  • Dapur baja merupakan tahapan lanjutan untuk mengolah besi kasar dari tahapan dapur tinggi. Beberapa jenis dapur baja:

A. Dapur baja oksidasi (Bassemer)
Dapur Bassemer disebut juga Konvertor Bessemer, adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu tahan api yang bersifat asam. Di bagian atasnya terbuka sedangkan pada bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara. Bejana ini dapat diguling-gulingkan.

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.

B. Dapur baja terbuka (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.

C. Dapur baja listrik
Panas yang dibutuhkan untuk pencairan baja adalah berasal arus listrik yang disalurkan dengan tiga buah elektroda karbon dan dimasukkan/diturunkan mendekati dasar dapur. Penggunaan arus listrik untuk pemanasan tidak akan mempengaruhi atau mengkontaminasi cairan logam, sehingga proses dengan dapur baja listrik merupakan salah satu proses yang terbaik untuk menghasilkan baja berkualitas tinggi dan baja tahan karat (stainless steel). Dapur baja listrik dibagi menjadi:

a)      Dapur Induksi

b)      Dapur busur cahaya

 

2. Dapur Listrik menghasilkan baja yang baik

Dapur Baja Listrik memiliki prinsip merubah energi listrik dengan berbagai macam cara agar menjadi energy panas yang optimal dalam usaha meleburkan logam.

Berikut kelebihan dari dapur listrik disbanding dapur peleburan baja lainnya:

  • Temperatur yang dihasilkan dapat mencapai 2000 oC. Sehingga dapat mencairkan logam dengan titik cair yang tinggi seperti baja dengan paduan paduan chrom, molybdenum, nikel, tungsten dan lain-lain. Selain itu temperature yang dihasilkan dapat diatur sesuai dengan jenis yang akan dileburkan.
  • Tidak ada pengaruh zat asam pada baja yang dileburkan, tidak seperti peleburan lainnya yang menggunakan material tambahan yang bersifat asam ataupun basa.
  • Susunan struktur atom dari Fe tidak mengalami perubahan, karena peleburan dapat diatur tanpa mencapai titik didihnya
  • Menghasilkan cairan baja yang berkualitas tinggi dengan jumlah minimum baja terbakar
3. Seluruh jenis Baja paduan dapat dilebur melalui dapur baja listrik. Hal ini dikarenakan dalam penggunaannya dapur baja listrik dapat disesuaikan dengan kebutuhan peleburan baja paduan rendah maupun baja paduan tinggi.
4. Perbedaan Besi Kasar dan besi bekas

Perbedaan yang paling mendasar adalah besi bekas telah mengalami perubahan struktur di dalam atomnya akibat penggunaan sebelumnya (misal: sebagai bahan konstruksi). Selain itu besi bekas telah mengandung unsur kimia seperti karat ataupun asam dan basa sehingga apabila dileburkan terdapat terak atau kotoran sisah pemakaian besi tersebut. Sedangkan Besi kasar adalah hasil pengolahan dari bijih besi dengan melalui beberapa proses. Proses awal adalah dengan mengurangi senyawa-senyawa dan zat-zat lain yang terkandung dalam bijih besi dengan tahap sebagai berikut :

  • Dibersihkan.
  • Dipecah-pecah dan digiling sampai menjadi halus, sehingga partikel besi dapat dipisahkan dari bahan yang tidak diperlukan dengan menggunakan magnit.
  • Dibentuk menjadi “pellet” (bulatan-bulatan kecil) dengan diameter + 14 mm.
Untuk memudahkan dalam pembentukan “pellet” maka ditambahkan tanah liat, sehingga dapat dirol menjadi bentuk bulat. Setelah proses awal dilakukan, maka bijih besi diproses pada dapur tinggi. Dapur tinggi mempunyai konstruksi yang cukup besar dengan ketinggian mencapai 100 meter. Dinding luar terbuat dari baja dan bagian dalam dilapisi batu tahan api yang mampu menahan temperature tinggi.
Pada bagian atas dapur tinggi terdapat corong untuk memasukkan bahan baku, yaitu bijih besi, kokas dan batu kapur. Kokas adalah batu bara yang telah diproses (disuling kering) sehingga dapat menghasilkan panas yang tinggi. Batu kapur berfungsi untuk mengikat bahan-bahan yang tidak diperlukan.
Proses pada dapur tinggi adalah dengan meniupkan udara panas ke dalam dapur tinggi untuk membakar kokas dengan temperatur + 2000oC. Cairan besi dan terak akan turun ke dasar dapur tinggi secara perlahan-lahan dan selanjutnya dituang ke kereta khusus. Hasil ini disebut besi kasar, yang kemudian dapat diproses lebih lanjut menjadi baja.

5. Baja bisa dikuatkan lagi, tergantung dari jenis kekuatan yang diinginkan. Berikut contohnya:

  • Kekuatan tarik

Kekuatan tarik merupakan kemampuan bahan untuk menerima beban tarik tanpa mengalami kerusakan dan dinyatakan sebagai tegangan maksimum sebelum putus. Tegangan maksimum adalah data terpenting  karena perhitungan banyak menggunakan nilai tegangan tersebut.

Cara meningkatkan kekuatan tarik yaitu melalui perlakuan panas hardening. Hardening merupakan perlakuan panas yang bertujuan untuk memperoleh kekerasan dan kekuatan tarik maksimum pada logam baja. Baja tersebut dipanaskan sampai mendapatkan struktur austenite, selanjutnya ditahan, dan dilakukan pendinginan secara cepat (quenching).

  • Kekuatan puntir

Kekuatan puntir merupakan kemampuan material untuk menahan putaran atau torsi yang tegak lurus terhadap material tersebut pada kedua ujungnya secara berlawanan tanpa mengalami deformasi / pecah.

Cara meningkatkan kekuatan puntir sama dengan cara untuk meningkatkan kekuatan tarik, yaitu dengan menggunakan perlakuan panas hardening

  • Kekuatan Impact

Kekuatan impact adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan beban dinamis atau mendadak yang dapat menyebabkan rusak atau patah. Cara untuk meningkatkan kekuatan impact adalah dengan melakukan normalizing.

Normalizing merupakan proses perlakuan panas yang menghasilkan perlite halus, pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat dari hasil annealing. Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing, yakni biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Derajat Celcius diatas garis Acm). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan pada udara.

Normalizing memiliki energi patah terbesar dari spesimen lainnya. Hal ini diseabkan karena pendinginan yang lambat oleh udara, sehingga terbentuk butiran yang besar. Sehingga untuk mematahkan spesimen memerlukan energi yang besar pada pengujian impact.