Translate Bahasa Indonesia Buku Manefacturing Engineering and Technologi

8/9/2019 Translate Bahasa Indonesia Buku Manefacturing Engineering and Technologi

http://slidepdf.com/reader/full/translate-bahasa-indonesia-buku-manefacturing-engineering-and-technologi 1/18

Logam ferro dan paduan: Produksi, sifat umum, dan aplikasi

Logam ferrous dan logam paduan adalah struktural yang paling banyak

digunakan. Pada bab ini, dijelaskan sebagai berikut:

y Metode produksi primer untuk besi dan baja

y Jenis paduan besi, sifat -sifatnya, dan aplikasinya

y Aplikasi khusus untuk berbagai jenis baja dan besi cor

y Karakteristik-karakteristik alat dan baja tuang dan pemilihan untuk aplikasi spesifik

5.1 Pendahuluan

Berdasarkan sifat mekanik, fisik, dan sifat kimia, logam ferro dan paduan yang

paling banyak digunakan dari semua logam. Logam Ferrous dan paduan mengan dung

besi sebagai logam dasar: Kategori umum adalah karbon dan baja paduan, baja

stainless, tool and die steels, cetakan besi dan baja tuang . paduan Fe diproduksi sebagai

y Lembar baja untuk mobil, peralatan rumah tangga dan botol-botol

y Pelat untuk boiler, kapal, dan jembatan

y Anggota Struktural seperti balok, tiang, poros , crankshafts, dan rel kereta api

y Gears, peralatan-peralatan, dan cetakan

y kawat kabel

y Fasteners (alat pengunci) seperti baut, paku keling, dan mur

Type mobil penumpang AS mengandung sekitar 800 kg baja, beratnya mencapai

sekitar 55 sampai 60% dari beratnya mobil tersebut. Sebagai con toh yang digunakan

pada umunya, bahan besi membuat 70 hingga 85% menurut beratnya dari anggota

struktural dan komponen mekanik. baja karbon adalah yang paling mahal dari semua

struktur logam. Penggunaan besi dan baja sebagai bahan struktural telah menjadi salah

satu perkembangan teknologi modern yang paling penting. Besi sederhana pertama kali

muncul pada sekitar 4000-3000 Sebelum masehi mereka terbuat dari bijih besi , bijih besi



ini diperoleh dari lapisan bumi. Pencarian bijih besi dilakukan di Asia Kecil sekitar 1100

Sebelum Masehi dan ditandai dengan munculnya Zaman Besi. Penemuan blast furnace,

pada sekitar 1340 Masehi, yang me mungkinkan dapat membuat produksi dalam jumlah

besar dari besi dan baja

5.2 Produksi besi dan baja

5.2.1 Bahan mentah

Tiga bahan dasar yang digunakan besi dan pembuatan baja adalah bijih besi, batu

kapur, dan kokas. Meskipun 3 bahan dasar itu tidak terdapat dalam keadaan bebas di

alam, besi salah satu elemen yang paling melimpah di dunia, yang membentuk sekitar 5%

dari kerak bumi (dalam berbagai jenis bijih). Bijih besi yang dasar adalah taconite (batu

seperti batu karang), hematit (sebuah mineral besi -oksida), dan limonit (oksida besi yang

mengandung cairan). Setelah ditambang, bijih dihancurkan menjadi partikel -partikel halus,kotoran(senyawa diluar Fe), dikeluarkan oleh berbagai sarana (seperti pemisahan

magnetik), dan bijih dibentuk menjadi palet, bola, atau briket menggunakan air dan

berbagai bahan pemikat. Biasanya, pelet mengandung besi murni sekitar 65% dan

diameter sekitar 25 mm. inti bijih besi yang disebut sebagai beneficiated (seperti inti bijih

lainnya). Beberapa campuran Bijih besi digunakan langsung, tanpa Peletisasi.

Coke diperoleh dari tingkat tertentu batubara bituminous yang dipanaskan dalam

oven vertikal untuk suhu hingga 1150 C dan kemudian didinginkan dengan air di

menara pendinginan. Coke memiliki beberapa fungsi dalam pembuatan baja, termasuk(a) menghasilkan tingkat tinggi panas yang dibutuhkan untuk reaksi kimia dalam

pembuatan besi berlangsung dan (b) menghasilkan karbon monoksida (mengurangi gas,

artinya menghilangkan oksigen), yang kemudian digunakan untuk me reduksi oksida besi

menjadi besi. kimia dari produk-kokas digunakan dalam pembuatan plastik dan senyawa

kimia. Gas berevolusi selama konversi batubara ke kokas yang digunakan sebagai bahan

bakar untuk operasional pabrik.

Fungsi kapur (kalsium karbonat) adalah untuk menghilangkan kotoran (senyawa

selain Fe) dari besi cair. kapur bereaksi secara kimia dengan senyawa lain selain Fe ,bertindak seperti fluks (berarti mengalir sebagai fluida) yang menyebabkan senyawa lain

selain Fe mencair pada suhu rendah. batu kapur ini men yatu dengan senyawa lain selain

Fe dan membentuk ampas bijih (yang ringan), yang mengapung di atas logam cair, dan,

kemudian, akan dibuang. Dolomit (suatu bijih magnesium karbonat kalsium) juga

digunakan sebagai sebuah pengalir. ampas kemudian digunakan dalam pembuatan

semen, pupuk, kaca, bahan bangunan, rock-wool insulation, dan pemberat jalan.



5.2.2 Pembuatan besi

Ketiga bahan baku yang telah dijelaskan sebelumnya yang dibawa ke bagian atas

blast furnace/tungku perapian (gambar 5.1) dan dimasukkan ke dalamnya (disebut

pengisian tungku). tungku ini pada dasarnya adalah sebuah silinder baja besar dilapisi

dengan bata merah (tahan panas) yang memiliki ketinggian sekitar sepuluh bangunan

bertingkat. Prinsip tungku ini dikembangkan di Eropa tengah. Blast furnace pertama

dibangun di Amerika mulai beroperasi pada 1621. Reaksi Campuran dalam melebur di

1650 C dengan udara panas sekitar 1100 C dan di ledakkkan ke dalam tungku (maka

istilahnya adalah "Blast Furnace") melalui nozel (disebut tuyeres). Meskipun beberapa

reaksi dapat terjadi, reaksi dasarnya adalah dari oksigen dengan karbon untuk

menghasilkan karbon monoksida, yang, pada gilirannya, bereaksi dengan oksida besi dan

menjadikan besi. Diperlukan Pemanasan awal udara yang masuk karena pembakaran

kokas saja tidak perlu menghasilkan suhu yang cukup tinggi untuk terjadinya reaksi ini.

Logam cair mengumpul di bagian bawah furnace blast, sedangkan senyawa lain

selain Fe melayang ke atas logam. Pada interval empat sampai lima jam, logam cair

diambil ( tapped) ke dalam mobil pengerok, masing-masing memegang sebanyak 145 ton

besi cair. Logam cair pada t ahap ini disebut Pig Iron (bongkahan besi/besi padat ) atau

biasanya disebut logam panas, ia memiliki komposisi khas yaitu 4% C, 1,5% Si, 1% Mn,

0,04% P, dan sisanya menjadi besi murni. Kata pig (bongkahan) berasal dari kebiasaan

awal menuangkan besi cair kedalam cetakan pasir yang disusun seperti sampah small pig

di sekitar saluran utama. Logam padat (pig) ini kemudian digunakan dalam pembuatan

besi dan baja

5.2.3 Pembuatan baja

Steel pertama kali diproduksi di Cina dan Jepang pada sekitar 600 -800 Setelah

masehi. proses pembuatan baja pada dasarnya adalah salah satu dari penyempurnaan



pig iron(besi padat) karena penurunan persentase mangan, silikon, karbon, dan elemen

lainnya dan karena pengendalian komposisi output dengan penambahan berbagai

elemen. Logam cair dari blast furnace diangkut ke salah satu dari tiga jenis tungku: Open-

hearth, electric, atau basic-oxygen. Nama "open-hearth" diperoleh dari bentuk shallow-

hearth yang terbuka langsung ke api yang melelehkan logam. Dikembangkan pada 1860 -

an, di Open-hearth furnace masih dibutuhkan diindustri, tetapi telah diganti dengan tanur

listrik (electric furnace) dan proses basic-okxygen, karena kedua yang terakhir lebih

efisien dan memproduksi baja dengan kualitas yang lebih baik.

Electric Furnace. Sumber panas dalam tungku ini adalah Continious electric arc yang

dibentuk antara elektroda dan logam (gambar 5.2a dan b). Suhu setinggi 1925 C

dihasilkan dalam jenis tungku ini.

Biasanya ada tiga elektroda g rafit, dan besar mereka mencapai diameter 750 mm dan

panjang 1,5 sampai 2,5 meter dan tinggi tanur dapat disesuaikan dalam menanggapi

jumlah yang logam yang hadir dan jumlah elektroda yang dipakai.

Pertama Keping baja dan beberapa karbon dan kapur dijatuhkan kedalam tanur

listrik melalui atap terbuka. atap kemudian ditutup dan elektroda diturunkan. daya

kemudian dihidupkan, dan dalam jangka waktu sekitar dua jam, logam mencair. Arus

kemudian mematikan, elektroda di naikkan, tanur dimiringkan, dan logam cair dituang ke

sendok, yang merupakan wadah yang digunakan untuk mentransfer dan penuangan

logam cair. Kapasitas produksi dari Electric-Furnace mencapai 55-82 ton baja per hari.

Kualitas baja lebih baik daripada open-hearth atau proses Basic-oxygen

Untuk jumlah yang lebih kecil, electric furnace yang di gunakan dari jenis induksi.

logam yang ditempatkan di wadah yang besar yang terbuat dari bahan refraktori dan

dikelilingi dengan koil tembaga yang di lalui arus bolak-balik. Aliran induksi ini dalam

menghasilkan panas dan meleleh lo gam. Tungku ini juga digunakan untuk pengecoran

logam untuk remelting.

Basic-Oxygen Furnace . Basic-Oxygen Furnace (BOF)/Tungku dasar-oksigen adalah

proses pembuatan baja tercepat. Biasanya, 180 ton besi cair dan 82 ton kepingan yang



diisi ke dalam tungku (gambar 5.3). oksigen murni dialirkan ke dalam tungku selama

sekitar 20 menit melalui W ater-cooled lance (pipa panjang), kira-kira tekanan kurang dari

1250 kPa, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.3. penghantar aliran (seperti kapur) yang

ditambahkan melalui cerobong. Dalam agitasi yang kuat dari oksigen memurnikan logam

cair dengan proses oksidasi yang menghasilkan oksida besi. oksida bereaksi dengan

karbon dalam logam cair, menghasilkan karbon monoksida dan karbon dioksida. lance

kemudian ditarik kembali, dan tungku dimiringkan sehingga logam cair tertuang

(perhatikan lubang pada gambar 5.3 untuk logam cair). Ampas bijih ini dipisahkan dengan

memiringkan tungku dalam arah yang berlawanan. Proses basic-oxygen furnace mampu

menyempurnakan 230 ton baja dalam 35 sampai 50 menit. Kebanyakan basic-oxygen

furnace, yang memiliki tingkat pemisah senyawa Fe yang rendah dan memiliki kualitas

yang lebih baik daripada Open-hearth furnace steel, yang diolah menjadi pelat, lembaran,

dan berbagai bentuk struktural, seperti batang dan saluran

Vacum Furnace Baja juga dapat dilebur di tungku induksi dari udara yang telah di saring.

Karena proses penghilangan gas senyawa selain Fe dari logam cair, vakum melting

memproduksi baja berkualitas tinggi.

5.3 Casting of ingot

Secara tradisional, langkah berikutnya dalam proses pembuatan baja adalah

membentuk dari baja cair menjadi bentuk padat (ingot) untuk diproses lebih lanjut menjadi

bentuk rolling, pengecoran ke bentuk setengah jadi, atau ditempa. Proses ini sekarang

sebagian besar digantikan oleh pengecoran kontinyu (continuous casting), yang

meningkatkan efisiensi dengan menghilangkan kebutuhan untuk ingot (lihat bagian 5.4).

Logam cair dituang (teemed) dari ladle ke dalam cetakan ingot di mana logam



dipadatkan. Cetakan biasanya terbuat dengan 3,5% C dari kubah besi atau besi tanur

tinggi. Cetakan dibuat runcing agar memudahkan pembersih an logam padat. Bagian

bawah cetakan bisa ditutup atau terbuka, jika terbuka, cetakan ditempatkan di atas

permukaan yang datar. Pendingin ingot dikeluarkan (stripped) dari cetakan dan

diturunkan ke dalam lubang perendaman, di mana logam cair dipanaskan ke suhu yang

seragam sekitar 1200 C untuk diproses selanjutnya oleh rolling. Bentuk ingot bisa

persegi, persegi panjang, atau bulat dalam penampang, dan bobot mereka berkisar dari

beberapa ratus kilogram sampai 36 ton.

Beberapa reaksi berlangsung selama pembekuan untuk ingot. Reaksi-reaksi ini

memiliki pengaruh penting pada kualitas baja yang dihasilkan. Sebagai contoh, jumlah

signifikan oksigen dan gas lainnya dapat larut dalam logam cair selama pembuatan baja.

Sebagian besar gas -gas ini ditolak selama solidifikasi logam, karena membatasi kelarutan

gas di dalam penyusutan logam ketika suhu menurun. Campuran oksigen dengan karbon

dari karbon monoksida ditolak, yang menyebabkan porositas pada ingot dipadatkan.

Berdasarkan pada jumlah gas yang berevolusi selama solidifikasi, baja dapat

diproduksi dengan tiga jenis ingot : killed, semi-killed, rimmed

1. Killed steel. Killed steel adalah sepenuhnya baja deoxidized, yaitu oksigen yang

dihilangkan dan porositas jadi dieliminasi. Dalam proses deoxidation, oksigen

terlarut dalam logam cair dibuat untuk bereaksi dengan elemen seperti aluminium,

silikon, mangan, dan vanadium yang telah ditambahkan ke cairan . Unsur-unsur ini

memiliki kesamaan untuk oksigen dan membentuk oksida logam. Jika aluminium

digunakan, produk ini disebut aluminium-killed steel. Istilah killed berasal dari fakta

bahwa baja langsung keras setelah dituangkan ke dalam cetakan.

penyertaan oksida di bak cair (jika cukup besar) mengambang dan

menempel (atau dilarutkan dalam) terak /amaps bijih. Sebuah baja dileburkan

sehingga bebas dari porositas yang disebabkan oleh gas, dan juga bebas dari

blowholes (lubang-lubang bulat besar dekat permukaan ingot tersebut).

Akibatnya, kimia dan sifat mekanik dari killed steel untuk ingot relatif seragam.

Karena penyusutan selama solidifikasi Namun, s ebuah ingot dari jenis ini menjadi

sebuah pipa di bagian atas (juga d isebut rongga penyusutan). Ingot Ini memiliki

tampilan bentuk seperti corong. pipa ini dapat mengangkut volume yang besar dari

ingot, karena harus dipotong dan dibuang.

2. Semi-killed steel. Semi-killed steel adalah sebagian baja deoxidized. Semi-killed

steel ini berisi beberapa porositas (umumnya di bagian atas -tengah ingot), namun

memiliki sedikit atau bahkan tidak ada pipa. Akibatnya, scrap berkurang. Meskipun



pipa penyalur di semi-killed steel kurang, manfaat pipa ini diimbangi oleh adanya

porositas di wi layah itu. Semi-killed steel ekonomis untuk produksi .

3. Rimmed steel. Dalam Rimmed steel, yang umumnya memiliki kandungan karbon

rendah (kurang dari 0,15%), evolusinya gas sebagai pemutus (atau pengontrol )

secara parsial dengan penambahan unsur -unsur lain, seperti aluminium. Blowhole

menghasilkan gas sepanjang tepi luar maka istilah ingot disebut rimmed. Pipa

penyalur Rimmed steel memiliki sedikit atau bahkan tidak ada, dan rimmed steel

memiliki kulit ulet dengan lapisan permukaan yang baik. Namun, jika tidak

dikontrol dengan baik, blowholes dapat menembus kulit. Selain itu, kotoran dan

inklusi cenderung memisahkan menuju pusat ingot tersebut. Dengan demikian,

produk yang terbuat dari baja ini mungkin rusak dan harus diperiksa.

Refining. Sifat dan karakteristik pembuatan paduan besi dipengaruhi negatif oleh jumlah

kotoran, inklusi, dan unsur lainnya yang ada. Menghilangkan senyawa selain Fe dikenalsebagai refining (penyulingan). Kebanyakan penyulingan dilakukan dalam tungku

peleburan atau di ladles, melalui penambahan berbagai elemen. Ada penambahan

kebutuhan untuk pembersih baja : yang telah diperbaiki dan sifatnya lebih seragam dan

konsistensi komposisi lebih besar. Perbaikan ini penting terutama dalam menghasilkan

baja bermutu tinggi dan paduan untuk kinerja tinggi dan aplikasi kritis, seperti untuk

komponen pesawat. Selain itu, periode jaminan pada poros, camshaft, crankshafts untuk

truk diesel, dan bagian-bagian serupa dapat meningkat secara signifikan dengan

menggunakan baja berkualita s tinggi. baja tersebut mengalami pemurnian sekunder

dalam ladle (metallurgi ladle) dan refining ladle (injection refining), yang umumnya terdiri

dari peleburan dan pengolahan baja dalam ruang hampa. Beberapa proses

menggunakan pengendalian atmosfer (seperti electron-beam melting, vacuum-arc

remelting, argon-oxygen decarburization, and vacuum -arc double-electrode remelting)

yang telah dikembangkan.

5.4 Continuous casting

Masalah yang terlibat dalam pembuata n baja tradisional di ingot adalah

mengurangi proses continuous-casting, yang memproduksi baja berkualitas tinggi

dengan mengestimasi biaya. Dikembangkan pada tahun 1860-an, continiius or strand

casting pertama kali dikembangkan untuk pengecoran kepingan logam nonferrous, proses

sekarang digunakan secara luas untuk produksi baja, dengan peningkatan produktivitas

dan pengurangan biaya yang besar. Satu sistem untuk continuous casting secara

skematis diperlihatkan pada gambar. 5.4. Logam cair di ladel di leburkan, dan pada proses

itu suhu diselaraskan dengan meledakkan gas nitrogen selama lima sampai sepuluh



menit. Logam itu kemudian dituangkan ke dalam bahan tahan api berlapis intermediate

yang dituang kedalam wadah (tundish), dimana logam senyawa selain Fe disaring untuk

dipisahkan. Tundish dapat diisi sebanyak tiga ton logam. Logam cair bergerak ke bawah

melalui cetakan tembaga water-cooled dan mulai untuk mempercepat jalan yang

didukung oleh roller (disebut pinch rolls).

Sebelum memulai proses pengecoran, starter bar (dummy bar) dimasukkan ke

bagian bawah cetakan. ketika logam cair pertama kali dituangkan, maka membeku di

dummy bar. Bar ditarik dengan kecepatan yang sama di mana logam dituang. Tingkat

pendinginan untuk pengerasan permukaan logam (shell), sehingga untuk mendukung itu

sendiri selama perjalanan nya ke bawah, biasanya pada kecepatan sekitar 25 mm / s.

ketebalan shell di pintu keluar dari cetakan adalah sekitar 12 -18 mm. pendinginan

Tambahan disediakan oleh semprotan air di sepanjang jalur perjalanan dari pengerasan

logam. Cetakan umumnya dilapisi dengan grafit atau semacam pelumas padat untuk

mengurangi gesekan dan adhesi pada permukaan cetakan -logam. Dan juga, cetakan

bergetar untuk mengurangi gesekan dan menempel (sticking).

Selanjutnya logam cor dapat dipotong menjadi panjang yang diinginkan oleh

shearing atau computer -controlled torch cutting yang dikendalikan komputer, atau

mungkin di potong langsung ke rolling mill untuk pengurangan ketebalan lebih lanjut dan

untuk membentuk produk seperti saluran dan balok. Selain biaya lebih sedikit, selanjutnya

cor logam memiliki komposisi lebih seragam dan properti dari yang diperoleh ingot

casting. fasilitas modern yang menggunakan hot-rolling yang dikontrol oleh operasi



komputer pada alur continuous cast dengan ketebalan lembar akhir yang diminta dari 2

sampai 6 mm untuk karbon, stainless, dan baja listrik dan dengan kemampuan untuk

peralihan cepat dari satu jenis baja yang lain. Setelah itu, baja pelat atau bentuk

menjalani satu atau lebih prose s selanjutnya, seperti (a) pembersihan dan pengawetan

dengan bahan kimia untuk menghilangkan oksida permukaan, (b) cold rolling untuk

meningkatkan kekuatan dan kehalusan permukaan, (c) anil, dan (d) lapisan (galvanis atau

aluminizing) untuk meningkatkan ke tahanan terhadap korosi.

Dalam pengecoran kepingan, lempeng tipis atau kepingan dihasilkan dari logam

cair. logam yang mengkristal dalam cara yang sama dengan strand casting, tapi hot solid

kemudian digulung untuk membentuk bentuk final. tekanan tekan rolling berguna untuk

mengurangi porositas dan memberikan sifat material yang lebih baik. pengaruhnya,

operasi pengecoran kepingan menghilangkan hot-rolling dalam produksi kepingan logam

atau lembaran. Di fasilitas modern, ketebalan akhir tang diminta dari 2 sampai 6 mm

dapat berupa karbon, stainless, dan baja listrik dan logam lainnya.

5.5 Karbon dan baja paduan

Karbon dan baja paduan logam adalah salah satu yang paling sering digunakan

dan memiliki berbagai aplikasi yang luas (table 5.1). Komposisi dan pengolahan baja ini

dikendalikan dengan cara yang membuat paduan ini cocok untuk berbagai aplikasi.

Karbon dan baja paduan tersedia dalam berbagai bentuk produk dasar seperti: plat,

lembaran, kepingan, batang, kawat, tabung, casting, dan tempa.

5.5.1 Pengaruh berbagai elemen baja

Berbagai elemen akan ditambahkan ke baja untuk mencari sifat seperti

hardenability, kekuatan, kekerasan, ketangguhan, ketahanan aus, workability, weldability ,

dan machinability. Hal -hal tersebut tercantum di bawah ini (dalam urutan abjad) dengan



ringkasan pengaruh mereka menguntungkan dan merugikan. Secara umum, semakin

tinggi persentase dari unsur -unsur dalam baja, semakin besar sifat yang mereka hasilkan .

Sebagai contoh, semakin tinggi kadar karbon, semakin besar hardenabil ity pada baja dan

kekuatannyapun lebih besar, kekerasan, dan ketahanan aus. Dari segi susunan, keuletan,

weldability, dan ketangguhan berkurang dengan meningkatnya kadar karbon.

y Boron meningkatkan hardenability tanpa kehilangan (atau bahkan dengan beberapa

perbaikan) machinability dan formability

y Kalsium deoxidizes baja, meningkatkan ketangguhan, dan dapat meningkatkan

formability dan machinability

y Karbon meningkatkan hardenability, kekuatan, kekerasan, dan tahan karat, karbon

mengurangi keuletan, weldability , dan ketangguhan

y Cerium mengontrol bentuk inklusi dan meningkatkan ketangguhan dalam kekuatan

tinggi, baja paduan rendah; cerium adalah deoxidizes baja

y Kromium meningkatkan ketangguhan, hardenability, aus dan ketahanan korosi, dan

kekuatan temperatur tinggi, melainkan meningkatkan kedalaman penetrasi kekerasan

akibat perlakuan panas dengan mempromosikan karburisasi

y Cobalt meningkatkan kekuatan dan kekerasan pada temperatur tinggi

y Tembaga meningkatkan ketahanan terhadap korosi atmosfer dan, pada tingkat lebih

rendah, kekuatan meningkat dengan sedikit kerugian di keuletannya ; efek yang buruk

untuk karakteristik panas-kerja dan kualitas permukaan

y Timah meningkatkan machinability; timah menyebabkan embrittlement logam cair

y Magnesium memiliki efek yang sama seperti cerium

y Mangan meningkatkan hardenability, kekuatan, ketahana n abrasi, danmachinability;

mangan itu deoxidizes baja cair, tidak tahan panas , dan menurunkan weldability

y Molybdenum meningkatkan hardenability, ketahanan aus, ketangguhan,

ketahanannya kecil, dan kekerasan;

y Nikel Meningkatkan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi; nikel

meningkatkan hardenability

y Niobium (columbium) memberi kehalusan ukuran butir dan meningkatkan kekuatan

dan ketangguhan impak, melainkan menurunkan suhu transisi dan dapat menurunkan

hardenability

y Fosfor meningkatkan kekuatan, hardenability, tahan koros i, dan machinability; fosfor

itu sangat mengurangi keuletan dan ketangguhan



y Selenium meningkatkan machinability

y Silicon Memperbaiki kekuatan, kekerasan, ketahanan terhadap korosi, dan

konduktivitas listrik; mengurangi kehilangan magnetik, machinability, dan dingin

formability

y Sulfur meningkatkan machinability, bila dikombinasikan dengan mangan, sulfur dapat

menurunkan kekuatan impak dan keuletan dan mengganggu kualitas permukaan dan

weldability

y Tantalum memiliki efek yang serupa dengan yang niobium

y Telurium meningkatkan machinability, formability, dan ketangguhan

y Titanium meningkatkan hardenability; titanium merupakan deoxidizes baja

y Tungsten memiliki efek yang sama seperti kobalt

y Vanadium meningkatkan kekuatan, ketangguhan, ketahanan abrasi, dan keker asan

pada temperatur tinggi; vanadium menghambat pertumbuhan butir selama perlakuan

panas

y Zirkonium memiliki efek yang sama seperti cerium

5.5.2 Sisa elemen dalam baja

Selama produksi baja, pemurnian dan pengolahan, beberapa elemen sisa (trace

elements) mungkin masih tersisa. Meskipun unsur-unsur dalam daftar sebelumnya juga

dapat dianggap sebagai sisa, berikut umumnya dianggap elemen sisa yang tidak

diinginkan

y Antimon dan arsen menyebabkan embrittlement lunak

y Hidrogen dengan embrittles baja, Namun, pemanasan selama pengendalian

pengolahan memaksimal hidrogen

y Nitrogen meningkatkan kekuatan, kekerasan, dan machinability; pada baja

aluminium-deoxidized, ia mengendalikan ukuran inklusi, meningkatkan kekuatan

dan ketangguhan, dan menurunkan keuletan dan ketangguhan

y Oksigen sedikit meningkatkan kekuatan rimmed steel; oksigen sangat

mengurangi ketangguhan

y Timah menyebabkan panas dan temper embrittlement

5.3.3 Sebutan untuk baja

Secara umum, Amerika Iron and Steel Institute (AISI) dan Society of Automotive

Engineers (SAE) telah menandakan karbon dan baja paduan dengan menggunakan



empat digit. Dua digit pertama menunjukkan unsur -unsur paduan dan persentase mereka,

dan dua digit terakhir menunjukkan kadar karbon menurut beratnya. Sistem tanda

penomoran lain menurut American Society for Testi ng dan Material (ASTM), yang

menggabungkan sebutan AISI dan SAE dan menyertakan spesifikasi standar untuk

produk baja. Untuk logam besi, penunjukan terdiri dari A "yang terakhir" diikuti dengan

nomor acak (biasanya tiga)

Sistem penomoran ini dikenal sebag ai Unified Numbering System (UNS) dan telah

diadopsi secara luas oleh i ndustri besi dan nonferrous. penomoran terdiri dari nomor yang

menunjukkan kelas umum paduan, diikuti oleh lima digit menunjuk komposisi kimianya.

Biasanya sebutan nomor adalah:

G. untuk AISI dan SAE karbon dan baja paduan

J. untuk baja cor

K. untuk baja paduan aneka dan besi

S. untuk baja tahan karat dan paduan super

T. untuk baja perkakas

Contohnya adalah: G41300 untuk baja paduan AISI 4130, dan T30108 untuk baja

A-8 alat AISI

5.5.4 Baja karbon

Baja karbon umumnya diklasifikasikan berdasarkan proporsi mereka (dengan

berat) terhadap kadar karbon. Sifat mekanik umum karbon dan baja paduan ditunjukkan

dalam tabel 5.2. The machinability, formability, dan mampu las baja tersebut di jelaskan

dalam berbagai bab seluruh teks ini

1. Low-carbon steel(Baja karbon rendah), juga disebut baja ringan, memiliki kurang

dari 0,30% C. sering digunakan untuk produk industri umum (seperti baut, mur,



lembar, piring, dan tabung) dan untuk komponen mesin yang tidak memerlukan

kekuatan tinggi

2. Medium-carbon steel(Baja karbon menengah) memiliki 0,30-0,60% C. umumnya

digunakan dalam aplikasi membutuhkan kekuatan yang lebih tinggi daripada yang

tersedia dalam baja karbon rendah, seperti dalam mesin, bagia n peralatan

otomotif dan pertanian (gears, as roda, penhubung batang, crankshaft), kereta api

peralatan, dan suku cadang untuk mesin Metalworking

3. High-carbon steel(Baja karbon tinggi) memiliki lebih dari 0,60% C. Secara umum,

baja karbon tinggi digunakan untuk bagian yang membutuhkan kekuatan,

kekerasan, dan ketahanan aus, sepe rti alat pemotong, kabel, kawat , dan peralatan

makan. Setelah diproduksi menjadi bentuk, biasanya bagian yang terkena

perlakuan panas. Semakin tinggi kadar ka rbon dari baja, semakin tinggi pula

kekerasan, kekuatan, dan ketahanan aus setelah perlakuan panas

4. Baja karbon yang mengandung sulfur dan fosfor dikenal sebagai baja karbon

resulfurized (11xx seri) dan baja karbon rephosphorized dan resulfurized (12xx

seri). Sebagai contoh, 1112 baja resulfurized dengan kadar karbon 0,12%. baja ini

dapat meningkatkan machinability, seperti yang dijelaskan dalam bagian 21,7

5.5.5 Paduan baja

Baja mengandung sejumlah besar elem en paduan disebut baja paduan, paduan

baja biasanya dibuat lebih teliti dari pada baja karbon. Tingkat structural baja paduan

yang digunakan terutama di industri konstruksi dan transportasi karena kekuatan yang

tinggi. baja paduan lainnya digunakan dalam aplikasi dimana kekuatan, kekerasan, creep

dan ketahanan lelah, dan ketangguha n yang diperlukan. Baja ini dapat diperlakukan

panas untuk mendapatkan sifat yang di inginkan

5.5.6 High-strength low-alloy steel

Dalam rangka meningkatkan rasio kekuatan ke berat baja, sejumlah High-

strength low-alloy steel (HSLA) telah dikembangkan. Baja ini memiliki kadar karbon

rendah (biasanya kurang dari 0,30%) dan ditandai oleh mi kro terdiri dari ferrite sebagai

salah satu fase dan fase kedua adalah martensit dan austenit. Pertama dikembangkan

pada tahun 1930-an, baja HSLA biasanya diproduksi dalam bentuk lembaran dengan

mikro paduan dan pengerolan panas dan. Pelat, bar, dan bentuk -bentuk struktur dibuatdari baja ini. Keuletan, formability, dan weldability dari baja HSLA Namun, umumnya

rendah dibanding baja paduan rendah konvensional. Untuk meningkatkan sifat -sifat, dual-

fasa baja telah dikembangkan (lihat bagian 5.5.7)

Lembar produk baja HSLA biasanya digunakan untuk bagian badan mobil dan alat

transportasi lainnya (dalam rangka untuk mengurangi berat) dan di pertambangan,

pertanian, dan penerapan berbagai industri lainnya. pelat HSLA digunakan dalam kapal,



jembatan, konstruksi bangunan, dan bentuk seperti balok -I, saluran, dan sudut digunakan

dalam bangunan dan di berbagai struktur

Penunjukan. Tiga kategori menyusun sistem penunjukan AISI untuk tabel lembar high-

strength (tabel 5.3). kualitas Struktural (S) meliputi unsur C, Mn, P, dan N. Rendah -

paduan (X) berisi Nb, Cr, Cu, Mo, Ni, Si, Ti, V, dan Zr, baik secar a tunggal atau dalam

kombinasi. baja pelapukan (W) memiliki ketahanan lingkungan -korosi yang kira-kira

empat kali lebih besar daripada baja karbon rendah konvensional dan mengandung Si, P,

Cu, Ni, dan Cr dalam berbagai kombinasi. Selain itu, formability da ri baja lembaran dinilai

oleh F (sangat baik), K (baik), dan O (wajar)

Microalloyed steels. Baru-baru ini dikembangkan baja HSLA yang memberikan sifat

unggul dan dapat menghilangkan kebutuhan untuk perlakuan panas. Mereka memiliki

mikro ferrite-pearlite dengan menyebarnya partikel halus di carbonitride. Sejumlah baja

paduan mikro telah diproduksi, dengan baja paduan mikro -khas mengandung 0,5% C, Mn

0,8%, dan 0,1% V. Hati-hati ketika mengalami pendinginan yang dikendalikan (biasanya

di udara). Dibandingkan dengan baja karbon menengah, baja paduan mikro juga dapat

memberikan penghematan biaya sebanyak 10%, karena langkah -langkah pembuatan

quenching, tempering, dan menghilangkan stres tidak diperlukan

Baja Nanoalloyed . Sekarang sedang dikembangkan, baja t ersebut memiliki ukuran butir

yang sangat kecil (10 -100 nm), dan diproduksi menggunakan gelas metalik (bagian 6,14).

Kaca metalik tercancam vitrifikasi yang dikendalikan (kristalisasi) proses pada tingkatnukleasi tinggi, menghasilkan fase skala nano-yang baik. (Lihat juga bagian 6,16)

5.5.7 Dual-fasa baja

Dual-fasa baja, yang ditandai dengan nomor terakhir ini "D" dalam tabel 5.3,

diproses secara khusus yang memiliki campuran ferit dan struktur martensit.

Dikembangkan pada akhir tahun 1960, baja ini memiliki karakteristik high work-hardening



(nilai n yan tinggi pada Persamaan 2.8), yang meningkatkan daktilitas dan formability.

SAE sebutan untuk baja ini mirip dengan yang diberikan dalam tabel 5.3, dengan

pengecualian bahwa nomor yang terakhir ditambahkan untuk menunjukkan kandungan

karbon. Jadi, misalnya, 050XF menjadi 050XLF, dimana L menunjukkan proporsi karbon

(dalam hal ini L berarti rendah karbon)

5.6 Baja Stainless

Stainless baja terutama dicirikan oleh ketahanan terhadap korosi, kekuatan dan

kelenturan, dan mengandung kadar krom tinggi. Mereka disebut stainless karena,

mengandung oksigen (udara), keras, film kromium oksida yang melindungi logam dari

korosi (pasivasi, lihat bagian 3.8). Film ini membuat pelindung lagi dalam permukaan yang

tergores karena pasivasi terjadi, konten minimum krom harus 10 sampai 12% menurut

beratnya

Selain kromium, elemen paduan lain dalam baja tahan karat biasanya adalah

nikel, molibdenum, tembaga, titanium, silikon, mangan, columbium, aluminium, nitrogen,

dan belerang. Huruf L digunakan untuk mengidentifikasi low-carbon stainless steel.

Semakin tinggi kadar karbon, makin rendah ketahanan korosi baja stainless. Alasannya

adalah bahwa gabungan karbon dengan kromium dalam bentuk baja dan karbida krom;

berkurangnya ketersediaan kromium menurunkan pasif dari baja. Juga, krom karbida

memperkenalkan fase kedua dan, dengan demikian, dikenal dengan korosi galvanik.

(Patung-patung prajurit dalam Perang Korea Veterans Memorial di Washington, DC

dicetak dengan stainless steel 316L)

Dikembangkan pada awal 1900 -an, baja tahan karat yang dibuat denganmenggunakan tanur listrik atau proses basic-oksigen dan diproses dengan teknik sama

seperti yang digunakan dalam pembuatan baja jenis lain. Tingkat kemurnian dikendalikan

oleh berbagai teknik pemurnian. Baja Stainless tersedia dalam berbagai bentuk, dan

aplikasi khas termasuk peralatan makan, peralatan dapur, perawatan kesehatan dan

operasi peralatan yang digunakan dalam industri kimia, pengolahan makanan, dan

industri minyak bumi. Tren terbaru dalam penggunaan stainless steel adalah sebagai

penguat batang (rebar) dalam memperkuat beton untuk beberapa bagian dari jembatan,

jalan raya, bangunan, dan bentuk -bentuk konstruksi, terutama di lingkungan laut. Manfaat

sifat yang lebih baik dan ketahanan kor osi terhadap klorida dari air laut seperti dari beton

di mana batang ditimbun. Meskipun biaya awal tinggi, diperkirakan bahwa, karena biaya

pemeliharaan yang minim, stainless lebih ekonomis daripada baja karbon batangan

sepanjang umur dari struktur

Stainless baja umumnya dibagi menjadi lima jenis (lihat tabel 5.4)

Austenit (200 dan 300 seri). Baja ini umumnya terdiri dari kromium, nikel, dan mangan



dalam besi. Mereka nonmagnetic dan memiliki ketahanan korosi yang sangat baik, tetapi

mereka rentan terhadap stress-corrosion cracking. baja tahan karat austenit yang

dikeraskan dengan cool workig. Mereka yang paling ulet dari semua stainless steel d an

dapat dibentuk dengan mudah, meskipun formability mereka berkurang. Baja ini

digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti dapur, alat kelengkapan, konstruksi

pengelasan, peralatan transportasi ringan, tungku dan bagian -penukar panas, dan

komponen untuk lingkungan kimia berat

Feritik (400 seri). Baja ini memiliki konten-kromium yang tinggi sampai dengan 27%.

Mereka bersifat magnetis dan memiliki ketahanan korosi yang baik, tetapi mereka

memiliki daktilitas lebih rendah dibandingkan baja stainless austenitic. baja tahan karat

ferit yang dikeraskan dengan cool working dan tidak dapat perlakuan panas . Mereka

umumnya digunakan untuk aplikasi nonstruktural, seperti peralatan dapur dan otomoti f

Martensit (400 dan 500 series) . Sebagian besar baja stainless martensit tidak

mengandung nikel dan pengerasannya dengan pemanasan. kadar krom mereka dapat

sebanyak 18%. Baja ini bersifat magnetis, dan mereka memiliki kekuatan tinggi,

kekerasan, dan ketahanan, keuletan yang baik, dan ketahanan korosi yang cukup. baja

tahan karat martensit biasanya digunakan untuk sendok garpu, alat -alat bedah,

instrumen, katup, dan sumber air

precipitation-hardening (PH). Baja ini mengandung kromium dan nikel serta tembaga,

aluminium, titanium, atau molibdenum. Mereka memiliki ketahanan korosi yang baik dan

daktilitas, dan mereka memiliki kekuatan yang tinggi pada suhu yang tinggi. aplikasi

utama mereka adalah di dalam pesawat terbang dan komponen struktural kedirgantaraan

duplex structure . Baja ini memiliki campuran austenit dan ferit. Mereka memiliki

kekuatan yang baik dan memiliki ketahanan yang lebih tinggi untuk kedua k orosi (dalam

lingkungan sebagian besar) dan stress-corrosion cracking di bandingkan baja austenitic

seri 300. Biasanya untuk aplikasinya yang di pabrik pengolahan air dan komponen

penukar panas

CONTOH 5,1 Penggunaan baja tahan karat di mobil

Jenis-jenis stainless steel biasanya dipilih oleh bahan insinyur untuk digunakan

dalam suku cadang kendaraan bermotor adalah 301, 409, 430, dan 434. Karena

tahan korosi dan sifat mekanik, jenis 301 digunakan untuk meliputi bagian roda. Coldworking selama proses pembentukan kekuatan meningkat hasil kekuatan(dengan

cara pengerasan regangan) dan memberikan pelindung roda seperti pegas

Jenis 409 ini digunakan secara ekstensif untuk catalytic converters. Jenis 430

telah digunakan untuk trim otomotif, tetapi buk an sebagai tahanan seperti tipe 434

yang garam de-icing digunakan di iklim lebih dingin di musim dingin. Akibatnya,

penggunaannya sekarang terbatas. Selain menjadi lebih tahan korosi, 434 jenis mirip



dengan warna krom plating, sehingga telah menjadi altern atif yang menarik untuk

430. Stainless baja yang cocok untuk digunakan dalam komponen mobil lain juga

seperti: knalpot dan manifold (mengganti manifold besi untuk mengurangi emisi),

muffler dan tailpipes (untuk menawarkan perlindungan korosi yang lebih bai k dalam

lingkungan yang keras), dan rem minyak

5.7 Tool and die steels

tool and die steels secara khusus adalah baja paduan (tabel 5.5 dan 5.6) didesain

untuk kekuatan tinggi, ketangguhan, dan ketahanan aus di ruangan dan suhu yang tinggi.

Mereka umumnya digunakan dalam pembentukan logam dan mesin

5.7.1 High-speed steels

High-speed steels (HSS) adalah campuran tool and die steel yang paling sering

digunakan. Pertama dikembangkan pada awal 1900 -an, mereka mempertahankan

kekerasan dan kekuatan pada operasi temperatur tinggi. Ada dua tipe dasar dari high-

speed steels: jenis molibdenum (M-series) dan jenis tungsten (T -series)

Baja M-seri mengandung hingga 10% molibdenum dengan kromium, vanadium, tungsten,

dan kobalt sebagai elemen paduan lainnya. Baja T -seri mengandung 12-18% tungsten

dengan kromium, vanadium, dan kobalt sebagai elemen paduan lainnya. Baja M -seri

umumnya memiliki ketahanan abrasi yang lebih tinggi daripada baja T -seri, mengalami

distorsi yang kurang dalam perlakuan panas . M-seri mengandung sekitar 95% dari semua

baja kecepatan tinggi (high-speed steel) yang diproduksi di Amerika Serikat. alat baja

kecepatan tinggi dapat dilapisi dengan titanium nitrida dan karbida titanium untukmeningkatkan ketahanan aus

5.7.2 Die steels

Hot-work steels (H-seri) dirancang untuk digunakan pada temperatur tinggi.

Mereka memiliki ketangguhan yang tinggi serta resistensi yang tinggi terhadap aus dan

cracking. Unsur-unsur paduan pada umumnya adalah kromium, vanadium, tungsten, dan

molybdenum. Cold-work steels (A-, D-, dan O-series) digunakan untuk operasi cold-

working. Mereka umumnya memiliki ketahanan yang tinggi untuk korosi dan cracking.

Shock-resisting steels (S-series) dirancang untuk ketangguhan impak dan digunakan

dalam aplikasi seperti header dies, mesin bor, dan pahat. sifat lain dari baja ini tergantung

pada komposisi tertentu. Berbagai bahan tool and die untuk berbagai aplikasi manufaktur

disajikan dalam tabel 5,7



Rangkuman

y Kategori utama dari logam besi dan paduan adalah baja karbon, baja paduan,

baja tahan karat, dan tool and die steels. Sifat mereka luas dan umumnya

harganya murah dan telah membuat mereka termasuk yang paling bermanfaat

dari semua bahan logam

y proses pembuatan baja telah diperbaiki secara terus menerus, terutama oleh

continuous-casting dan teknik-pemurnian sekunder. kemajuan ini telah

menghasilkan baja berkualitas tinggi dan efisiensi yang lebih tinggi dan

produktivitas

y unsur paduan sangat mempengaruhi sifat mekanis, fisik, kimia, dan sifat

manufaktur (hardenability, castability, formability, machinability, dan weldability)

dan kinerja dalam pekerjaan

y baja karbon umumnya diklasifikasikan sebagai low -carbon (baja ringan), medium-

karbon, dan baja high-carbon. Paduan baja mengandung berbagai unsur p aduan,

khususnya kromium, nikel, dan molibdenum. Stainless baja umumnya

diklasifikasikan sebagai austenitic, feritik, martensit dan precipitation-hardening

tool and die steels adalah salah satu bahan yang paling penting dan digunakan

secara luas di casting, forming, dan operasi machining untuk bahan logam dan non

logam. Mereka umumnya terdiri dari baja high -speed (jenis molibdenum dan tungsten),

hot- dan cold-work steels, dan shock-resisting steels

Documents

Translate Bahasa Indonesia Buku Manefacturing Engineering and Technologi