Sabtu, 13 November 2010

Pengetahuan Bahan

DIKLAT LAS BUSUR MANUAL LEVEL III
















Disusun oleh :
Drs. Rizal Sani
Tatang Rahmat, S.Pd
Widyaiswara PPPG Teknologi Bandung



JURUSAN LAS DAN FABRIKASI LOGAM
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PENATARAN GURU TEKNOLOGI
BANDUNG
2006

DAFTAR ISI
PENDAHULUAN 1
KEGIATAN BELAJAR 1 4
IDENTIFIKASI BAHAN LOGAM 4
a. Bahan Logam Secara Umum 5
b. Penggunaan Bahan logam 5
c. Klasifikasi dan Standardisasi Baja 8
d. Metode Identifikasi Bahan Logam 10
KEGIATAN BELAJAR 2 15
PEMBUATAN BAJA 15
a. Pembuatan Besi Kasar 15
b. Proses Pembuatan Baja 17
c. Proses Pembentukan dan Bentuk-bentuk Produk Baja 21
KEGIATAN BELAJAR 3 26
LOGAM FERRO DAN LOGAM NON-FERRO 26
a. Logam Ferro 27
b. Logam Non-Ferro 36
KEGIATAN BELAJAR 4 42
PERLAKUAN PANAS (HEAT TREATMENT) 42
a. Tujuan dan jenis perlakuan Panas 43
b. Metoda Pemanasan 46
c. Pengukuran Temperatur 47
KEGIATAN BELAJAR 5 50
PERUBAHAN METALURGI LAS 50
a. Proses Metalurgi Las 51
b. Hubungan Antara Komposisi Logam Induk dengan
Logam Las dan Pengaruhnya pada Sifat-Sifat Mekanik dan Fisik 53
REVIEW 56
KEGIATAN BELAJAR 1 56
KEGIATAN BELAJAR 2 58
KEGIATAN BELAJAR 3 60
KEGIATAN BELAJAR 4 62
KEGIATAN BELAJAR 5 65
DAFTAR PUSTAKA 66
LEMBAR PENILAIAN 67

PENDAHULUAN
Modul ini menggunakan sistem pelatihan berdasarkan pendekatan kompetensi, yakni salah satu cara untuk menyampaikan atau mengajarkan pengetahuan, keterampilan dan sikap kerja yang dibutuhkan dalam suatu pekerjaan. Penekanan utamanya adalah tentang apa yang dapat dilakukan seseorang setelah mengikuti pelatihan. Salah satu karakteristik yang paling penting dari pelatihan yang berdasarkan pendekatan kompetensi adalah penguasaan individu secara aktual di tempat kerja.
Dalam sistem pelatihan, standar kompetensi diharapkan dapat menjadi panduan bagi peserta pelatihan untuk dapat :
• mengidentifikasikan apa yang harus dikerjakan peserta pelatihan;
• mengidentifikasikan apa yang telah dikerjakan peserta pelatihan;
• memeriksa kemajuan peserta pelatihan; dan
• meyakinkan bahwa semua elemen ( subkompetensi ) dan kriteria unjuk kerja telah dimasukkan dalam pelatihan dan penilaian.
Modul ini merupakan modul dasar yang bertujuan untuk mempersiapkan seorang teknisi las memiliki pengetahuan, keterampilan dan sikap kerja tentang bahan-bahan las serta penerapannya di industri.
Adapun elemen kompetensi dan kriteria unjuk kerja yang harus dicapai melalui modul ini adalah sebagai berikut :
Subkompetensi / Elemen Kriteria Unjuk Kerja
1.0 Mengidentifikasi bahan-bahan logam 1.1 Macam-macam bahan teknik disebutkan dan dijelaskan.
1.2 Penggunaan logam untuk kebutuhan keteknikan diuraikan.
1.3 Klasifikasi baja dan standardisasinya dapat dijelaskan.
1.4 Metoda-metoda mengidentifikasi bahan dapat disebutkan dan didemonstrasikan.

2.0 Menguraikan proses pembuatan baja. 2.1 Proses pembuatan besi kasar dijelaskan.
2.2 Macam-macam proses pengolahan dan pembuatan baja diuraikan, meliputi proses pada :
- dapur baja oksigen
- dapur baja terbuka
- dapur baja listrik
2.3 Proses pembentukan baja dan macam-macam produk baja diidentifikasi dan dijelaskan
3.0 Menguraikan tentang macam-macam logam ferro dan non ferro serta penggunaannya.
3.1 Arti dari logam ferro dan non ferro dijelaskan
3.2 Macam-macam logam ferro serta penggunaannya dijelaskan, meliputi :
- baja karbon ( rendah, medium dan tinggi )
- besi tuang ( kelabu, putih, malleable, SG, spesial )
- baja paduan ( temper rendah, weathering, creep resistant, stainless steel )
3.3 Macam-macam logam non ferro serta penggunaannya dijelaskan, meliputi :
- logam berat
- logam ringan
- logam mulia

4.0 Menguraikan proses-proses perlakuan panas (heat treatment) pada baja karbon dan baja paduan.
4.1 Fungsi dan tujuan perlakuan panas pada baja karbon dijelaskan.
4.2 Berbagai jenis perlakuan panas pada baja diidentifikasi dan diuraikan.
4.3 Metode-metode pemanasan dan perlakuan panas diidentifikasi dan dijelaskan.
5.0 Menjelaskan perubahan metalurgi yang terjadi selama pengelasan dan pendinginan. 5.1 Perubahan yang terjadi pada baja karbon selama pemanasan dari temperatur kamar ke temperatur normalising dijelaskan.
5.2 Daya larut gas dalam logam cair dan padat dijelaskan.
5.3 Perubahan pada struktur dalam penampang melintang sambungan las ,dijelaskan.


Pokok-pokok pengetahuan dan keterampilan yang harus dinilai penguasaan dan penampilannya adalah sebagai berikut :
 Identifikasi bahan logam :
- bahan-bahan teknik secara umum
- penggunaan logam teknik
- macam-macam logam mampu las
- klasifikasi baja dan standardisasinya
- metode mengidentifikasi bahan ( secara visual dan melalui test )
 Pembuatan Baja:
- pembuatan besi kasar
- proses pembuatan baja
- proses pembentukan baja
- bentuk-bentuk produk baja

 Logam Ferro dan Non Ferro :
- logam ferro ( baja karbon, besi tuang, baja paduan )
- logam non ferro ( logam berat, logam ringan, logam mulia )

 Perlakuan Panas :
- fungsi dan tujuan dari perlakuan panas ( heat treatment )
- macam dan metode-metode perlakuan panas ( sebelum dan setelah pengerjaan, menghilangkan tegangan sisa, normalising, anneling serta tempering )
- metode pemanasan

 Struktur metalurgi sambungan las :
- proses metalurgi pada pengelasan








KEGIATAN BELAJAR 1
IDENTIFIKASI BAHAN LOGAM
Tujuan Khusus Pembelajaran :
Setelah mempelajari topik ini, peserta diharapkan mampu :
1. menjelaskan macam-macam bahan logam secara umum;
2. menjelaskan penggunaan bahan logam pada pengelasan serta sifat-sifatnya;
3. menjelaskan klasifikasi dan standardisasi baja; dan
4. menjelaskan metode-metode identifikasi bahan logam secara visual dan pengujian.









MATERI PEMBELAJARAN 1

a. Bahan Logam Secara Umum
Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, liat, keras, penghantar listrik dan panas, mengkilap dan umumnya mempunyal titik cair tinggi. Contoh dari logam antara lain, besi, timah putih, tembaga, emas, nikel.
Sebenarnya selain logam ada yang kita sebut dengan istilah bukan logam (non metal) dan unsur meteloid (yang menyerupai logam). Contoh dari unsur yang bukan logam antara lain oksigen, nitrogen, hidrogen,.dan neon. Meteloid seperti karbon, fosfor, silikon, sulfur adalah unsur-unsur yang sifatnya menyerupai sifat-sifat logam. Dari 102 unsur kimia yang telah diketahui, ada 70 unsur yang merupakan logam. Semua unsur-unsur kimia tersebut terdapat pada permukaan bumi.
Logam dapat dibagi dalam beberapa golongan, sebagai berikut:
1. logam berat: besi, nikel;krom, tembaga, timah putih, timah hitam, seng.
2. logam ringan: aluminium, magnesium, titanium, kalsium, kalium, natrium, barium.
3. logam mulia: emas, perak, platina (platinium.)
4. logam refraktori (logam tahan api) : wolfram, molibdenum, titanium, zirkonium.
5. logam radio aktif: uranium, radium.
Logam-logam tersebut kita peroleh dari bahan baku yang disebut bijih yang kemudian diolah menjadi berbagai bentuk dan jenis logam sesuai keperluan. Dewasa ini dengan kemajuan teknologi dan keberagaman proses pengelasan, maka hampir semua jenis logam dapat dilas, namun secara luas hanya sebagian jenis logam saja yang banyak dipakai karena dengan pertimbangan biaya dan tingkat kesulitan proses pengelasannya.

b. Penggunaan Bahan Logam
Dalam penggunaan serta pemakaiannya, logam pada umumnya tidak merupakan logam murni tetapi merupakan senyawa logam atau merupakan paduan yaitu senyawa antara logam dengan logam dan senyawa antara logam dengan meteloid yang mempunyai sifat-sifat logam.
Senyawa antara logam dengan bukan logam tidak mempunyai sifat-sifat logam, antara lain Fe2 03. Contoh paduan logam dengan logam antara lain Cu dengan Zn yang disebut kuningan, Cu dengan Sn disebut perunggu. Contoh paduan logam dengan meteloid antara lain, Fe dengan C yang disebut “fero karbon”, Fe dengan Si yang disebut “fero sifikon”.
Logam-logam dan paduannya merupakan bahan teknik yang penting, umpamanya dipakai untuk konstruksi mesin, kendaraan, jembatan, bangunan, pesawat terbang, dan peralatan rumah tangga. Hubungannya dengan teknik mesin. sifat-sifat logam yang penting adalah sifat mekanis, fisis dan kemis yang menentukan juga pada pemilihan penggunaannya.
Bahan logam ( logam teknik ) yang sering dipakai adalah:
1. baja.
2. aluminium dan paduannya.
3. tembaga dan paduannya.
4. nikel dan paduannya.
5. timah putih dan paduannya.
Selain logam-logam tersebut diatas timah hitam,seng, magnesium, mangan, krom, vanadium dan molibdenum adalah logam-logam yang sering pula dipakai untuk keperluan khusus atau sebagai unsur paduan.
Berikut ini adalah daftar unsur-unsur logam, bukan logam dan meteloid yang umum dipakai dalam keteknikan :

Dari sekian banyak bahan logam, maka baja adalah salah satu jenis logam yang terbanyak dipakai dalam keteknikan, khususnya dalam kaitannya dengan pengelasan.
Baja yang paling banyak dan umum dibuat adalah baja karbon.
Untuk memperoleh baja-baja yang khusus yang mempunyai sifat-sifat tertentu yang diinginkan, maka unsur-unsur lain harus dipadukan ke dalam baja. Hal ini akan memberikan sifat-sifat yang lebih baik pada baja. Sudah barang tentu baja paduan tersebut menjadi lebih mahal karena memerlukan proses-proses lanjutan yang khusus.
Baja karbon biasanya mempunyai kekurangan-kekurangan di antaranya kekerasan baja ini tidak dapat merata atau kemampuan pengerasannya kurang baik. Di samping itu baja mempunyai sifat mekanis yang rendah pada suhu tinggi dan kurang tahan korosi pada lingkungan atmosfer, lingkungan-lingkungan lain atau pada suhu tinggi. Untuk mengurangi masalah tersebut, maka dibuat bermacam-macarn baja paduan yang pada dasarnya adalah memadu baja dengan unsur-unsur paduan lain.
Pengaruh dari beberapa unsur paduan terhadap sifat baja paduan adalah sbb. :
C : Karbon dengan unsur-unsur lain umumnya membentuk karbid kecuali dengan Ni dan Mn. Oleh karena itu dengan unsur pembentuk karbid menentukan banyak karbid dalam baja. Karbid-karbid ini keras tapi getas, tahan goresan dan tahan suhu.
Cr : Khrom menambah kekuatan tarik dan keplastisan, menambah mampu keras, meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan tahan suhu tinggi.
W : Membentuk karbid yang keras dan tahan suhu tinggi, banyak digunakan dalam baja perkakas dan baja potong cepat (HSS).
Mo dan W : Menambah kekerasan dan kekuatan terutama pada suhu tinggi, menambah mampu keras.
Mn : Menambah kekuatan, kekerasan dan keuletan.
Si : Menambah kekuatan dan elastisitas, menambah ketahanan terhadap asam pada suhu tinggi dan memperbaiki tahanan listrik.
Ni : Meningkatkan sifat mekanis, keliatan dan mampu keras, mengurangi sifat magnet, tahan asam dan menurunkan koefisien muai.

Dalam pemilihan baja yang ekonomis, baja karbon dapat diambil sebagai bahan pilihan pertama, selama memenuhi persyaratan penggunaan. Baja karbon rendah diperdagangkan dalam bentuk plat, strip, batang atau profil. Baja plat untuk badan kendaraan biasanya diambil yang mengandung 0,05%C. Baja untuk konstruksi jembatan, bangunan dan lain-lain, mengandung 0,15—0,25% C. Baut dan paku keling untuk konstruksi tersebut dan SAE 1020 dan 1035.
Baja karbon medium dipakai untuk bahan alat-alat dan bagian-bagian mesin : baut, poros engkol, batang torak, poros, terbuat dari C 1040 sedangkan roda-roda gigi dan baja yang mengandung karbon 0,55 - 0,83%. Baja karbon tinggi C 1095 banyak dipakai untuk pegas dan perkakas, pahat, bubut, palu, gergaji. Sedang kikir, gergaji, pisau cukur, peluru-peluru dan bantalan peluru terbuat dan baja dengan kadar karbon lebih tinggi lagi (1 — l,5%C).
Baja tahan karat banyak digunakan sehubungan dengan sifatnya tahan terhadap korosi dan reaksi kimia atau reaksi dengan Iingkungan dan tahan terhadap panas.
Ketahanan ini tergantung dan unsur Cr dan unsur-unsur lainnya seperti Ni, V, Mo, Ti dan sebagainya. Baja tahan karat banyak dipakai untuk tangki zat kimia yang korosif, pendingin dan pemanas, turbin, ketel, tungku pemanas, bagian-bagian dalam motor bakar dan alat-alat yang dipakai pada suhu-suhu yang lebih tinggi.
Baja yang mengandung mangan terutama baja mangan banyak dipakai karena sifatnya yang keras dan ulet, karena itu dipakai antara lain untuk mata pemecah pada mesin pernecah batu dan gilingan. Baja ini susah dibubut karena kerasnya, karenanya harus dibentuk dengan pengecoran.
c. Klasifikasi dan Standardisasi Baja
Ada bermacarn-macam klasifikasi dari baja paduan, diantaranya adalah DIN (Deutsche Industrie Norm) Jerman, BS (British Standard) Inggris, ASTM (American Society for Testing and Materials) Amerika, SAE (Society of Automotive Engineers) Amerika, AISI (American Iron and Steel Institute) Amerika dan JIS (Japan Industrial Standard).
Angka-angka pada klasifikasi baja menurut SAE dan AISI sebagian menunjukkan macam dan komposisinya. Angka pertama menunjukkan tipe baja, umpamanya angka 1 menunjukkan baja karbon, 2 menunjukkan baja nikel, 3 menunjukkan baja nikel khrom, dan sebagainya.
Untuk paduan sederhana angka kedua menunjukkan sub-tipe atau prosentase kandungan unsur paduan utarna, umpamanya 0 (nol) menunjukkan unsur karbon yang utama. tak ada unsur paduan lain yang penting (baja karbon biasa), 1 menunjukkan unsur belerang yang utama, 2 menunjukkan unsur pospor yang utama, 3 menunjukkan unsur mangan yang utama, 4 menunjukkan unsur silikon yang utama, dan sebagainya.
Dua angka terakhir menunjukkan prosentase karbon rata-rata dalam 1/100%. Di depan keempat angka tersebut ada huruf yang menyatakan proses pembuatan baja tersebut, yaitu A adalah baja yang dibuat pada tanur perapian terbuka basa, B adàlah baja yang dibuat pada dapur konvertor (Bessemer) asam, C adalah baja yang dibuat pada dapur konvertor (Thomas) basa, D adalah baja yang dibuat pada tanur perapian terbuka asam dan E adalah baja yang dibuat pada tanur listrik. Selain itu dipakai huruf TS yaitu baja yang masih dalam penentuan pilihan.
Sebagai contoh C 1008 adalah tipe baja karbon dengan subtipe baja karbon biasa yang dibuat pada tanur konvertor basa yang mengandung rata-rata 0,08% C.
Ada kalanya huruf B atau BV disisipkan, yaitu untuk menunjukkan golongan baja boron (51 B 60) atau baja boron vanadium (TS43BV12, TS43BV14).







Berikut ini adalah klasifikasi baja :

M a c a m Nomor
Baja karbon: 1XXX
Baja karbon biasa IOXX
Baja “Free machining” 11XX
Baja mangan : 1,75%Mn. 13XX
1—1,65Mn 15XX
Baja nikel : 2XXX
3,5%Ni 23XX
5,0%Ni 25XX
Baja nikel krom : 3XXX
1,25%Ni,0,60%Cr 31X
1,75% Ni, 1,00%Cr 32XX
3,50% Ni, 1,50 % Cr 33XX
Baja molibden: 4XXX
C,Mo 4OXX
Cr,Mo 41XX
Cr, Ni, Mo 43XX
1,75% Ni, Mo 46XX
3,50% Ni, Mo 48XX
Baja Khrom : 5XXX
Cr rendah (0,5% Cr) 5OXX
Cr medium (1,0% Cr) 51XX
Baja krom vanadium : 6XXX
1%Cr 61XX
BajaNi—Cr—Mo : -
0,30% Ni, 0,40% Cr, 0,12% Mo 81XX
0,55% Ni, 0,50% Cr, 0,25% Mo 87XX
3,25% Ni, 1,20% Cr, 0,12%Mo 93XX
Baja silisium — mangan : 9XXX
2%Si 92XX
Baja boron : -
0,0005 % B minimum 14BXX

d. Metode Identifikasi Bahan Logam
Biasanya, seorang pekerja di bidang las dan fabrikasi logam dapat dengan cepat mengidentifikasi jenis logam secara umum melalui pengamatan secara visual atau dengan melakukan tes, walaupun kadangkala elemen utama logam cukup sulit untuk dikenal..
Teknik-teknik yang cukup akurat untuk mengidentifikasi jenis logam adalah dengan “metoda berat jenis”, melalui tes fisik/ mekanik dan pengamatan visual melalui tes “bunga api” (spark test ).

1. Metoda Berat Jenis
Berat jenis ( density ) dan “gaya berat spesifik” ( specific gravity ) dari suatu bahan berkaitan langsung dengan berat bahan itu sendiri.
Gaya berat spesifik adalah berat suatu bahan bila dibandingkan dengan berat air dalam volume yang sama. Misalnya, berat jenis spesifik Aluminium adalah 2,70, maka artinya berat 1 cm3 Aluminium tersebut adalah 2,7 kali berat air dalam volume yang sama (1 cm3 air). Suatu metoda yang cukup mudah menentukan gaya berat spesifik adalah dengan mengukur berat suatu bahan dan dibandingkan dengan kehilangan berat bila dimasukkan ke dalam air
Contoh :
Sepotong bahan nikel beratnya 178 gram (a); kemudian dimasukkan ke dalam air, beratnya menjadi 158 gram (b). Kehilangan berat sebesar 20 gram adalah setara dengan berat air pada volume yang sama. Dengan demikian, gaya berat spesifik dari nikel adalah perbandingan antara 178 dengan 20, yaitu : 8,90.
178 ( ditimbang di udara bebas )
158 ( ditimbang di dalam air )
20 ( selisih )
178 : 20 = 8,90 ( lihat tabel berat jenis )

Jadi : Gaya Berat Spesifik =



Gambar 1 : Tes Gaya Berat Spesifik

2. Tes Fisik / Mekanik
Pengujian/ tes fisik atau mekanik adalah tes yang paling sederhana dalam mengidentifikasi jenis logam. Tes ini hanya dapat memperkirakan kekerasan suatu logam ( membedakan mana logam yang keras dan yang lunak ), sehingga dengan demikian dapat juga diperkirakan jenis logam tersebut secara umum. Oleh karena itu, tes ini biasanya dilakukan oleh orang yang telah memahami jenis-jenis logam dan karakteristiknya ( terutama baja ).
Cara yang biasa dilakukan dalam tes fisik adalah dengan menggores, mengikir, memahat atau memukul dengan benda lain/ palu, sehingga dapat dilihat dan dirasakan tingkat kekerasannya.
Artinya, benda yang tinggi tingkat kekerasannya akan sulit tergores, dikikir, dipahat dan dirusak oleh palu.
3. Tes Bunga Api
Tes bunga api ( spark test ) barangkali merupakan metode yang paling banyak digunakan dalam mengidentifikasi jenis logam.
Tes bunga api dilakukan melalui persepsi (mengartikan/ perkiraan ) pada warna, bentuk, panjang rata-rata, dan gejala bunga api selama tes dilakukan. Tes ini harus dilakukan dengan menggunakan mesin grinda kecepatan tinggi ( high speed power grinder ) dan bahan tes harus selalu digrinda pada posisi horizontal dengan latar belakang gelap.
Secara umum tipe bunga api dari logam adalah : bercabang (dua/ tiga), spt. ujung panah terputus, tajam/runcing, memancar/ aliran, berujung embel-embel, dan garis pendek dengan warna sinar merah, oranye, putih, dan kuning.





ujung panah tajam

bercabang memancar ujung terpecah


bentuk garis ujung berembel-embel
Gambar 2 : Tipe Bunga Api
Baja karbon mempunyai karakteristik bunga api bercabang berwarna kuning dengan bintang berwarna putih di ujungnya. Kandungan karbon dalam baja karbon dapat diperkirakan dari berapa banyak jumlah bintang berwarna putih pada saat pengujian. Sedang besi murni hanya akan kelihatan bunga api bercabang berwarna kuning.
Jika besi dengan unsur paduan tungsten, maka bunga apinya akan berwarna merah terang; dan jika unsur paduannya nikel, maka warna bunga apinya akan tergantung pada jumlah kandungan paduannya, yaitu mulai putih sampai oranye.




Adapun untuk bunga api besi tuang adalah berupa pancaran warna merah dengan sedikit lengkungan-lengkungan berwarna kekuning-kuningan, serta nikel adalah berwarna oranye berbentuk tajam yang pendek berombak.


Besi tuang putih Besi tuang kelabu Besi lunak ( malleable ) Nikel
Gambar 3 :Contoh Bunga Api

Keterangan :
1. Besi tuang putih :
• Pada pangkal bunga api berwarna merah dengan panjang  1/3 bagian dan 2/3 bagian arah ujung berwarna kuning.
• Panjang bunga api ( dengan menggunakan power grinder )  50 cm.
• Volume sangat sedikit.
2. Besi tuang kelabu :
• Pada pangkal bunga api berwarna merah dengan panjang  1/4 bagian dan 1/2 bagian arah ujung berwarna kuning.
• Panjang bunga api ( dengan menggunakan power grinder )  65 cm.
• Volume sedikit.
3. Besi lunak ( besi mampu tempa / malleable ) :
• Bunga api berwarna kuning.
• Panjang bunga api ( dengan menggunakan power grinder )  75 cm.
• Volume sedang.
4. Nikel :
• Bunga api berwarna oranye.
• Panjang bunga api ( dengan menggunakan power grinder )  25 cm.
• Volume sedang.









KEGIATAN BELAJAR 2
PEMBUATAN BAJA
Tujuan Khusus Pembelajaran :
Setelah mempelajari topik ini, peserta diharapkan mampu :
1. Menjelaskan tentang pembuatan besi kasar
2. Menjelaskan tentang proses pembuatan baja
3. Menjelaskan tentang proses pembentukan baja
4. Menjelaskan tentang bentuk-bentuk produk baja














MATERI PEMBELAJARAN 2

Baja merupakan salah satu bahan yang sangat banyak dipakai di seluruh dunia untuk keperluan kehidupan manusia, khususnya di dunia industri. Ditemukan buat pertama kali oleh orang Mesir lebih dari 4000 tahun yang lalu untuk perhiasan dan alat rumah tangga yang kemudian berkembang menjadi bahan berharga dan dimanfaatkan orang setiap hari saat ini
Untuk menjadikan baja, banyak proses yang dilakukan, sehingga membutuhkan ilmu pengetahuan dan teknologi agar dapat dipakai dalam berbagai keperluan.
A. Pembuatan Besi Kasar
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.


Gambar 4 :Tromol Magnit
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 temperatur 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.

Gambar 5 : Dapur Tinggi
B. Proses Pembuatan Baja
Besi kasar dari hasil proses dapur tinggi, kemudian diproses lanjut untuk dijadikan berbagai jenis baja.
Ada beberapa proses yang dilakukan untuk merubah besi kasar menjadi baja :
1. Dapur Baja Oksigen (Proses Bassemer)
Pada dapur baja oksigen dilakukan proses lanjutan dari besi kasar menjadi baja, yakni dengan membuang sebagian besar karbon dan kotoran-kotoran (menghilangkan bahan-bahan yang tidak diperlukan) yang masih ada pada besi kasar. Ke dalam dapur dimasukkan besi bekas, kemudian baru besi kasar, tapi sebagian fabrik baja banyak yang langsung dari dapur tinggi, sehingga masih dalam keadaan cair langsung disalurkan ke dapur Oksigen.
Kemudian, udara (oksigen) yang didinginkan dengan air dan kecepatan tinggi ditiupkan ke cairan logam. Ini akan bereaksi dengan cepat antara karbon dan kotoran-kotoran lain yang akan membentuk terak yang mengapung pada permukaan cairan.
Dapur dimiringkan, maka cairan logam akan keluar melalui saluran yang kemudian ditampung dalam kereta-kereta tuang.
Untuk mendapatkan spesifikasi baja tertentu, maka ditambahkan campuran lain sebagai bahan paduan. Hasil penuangan ini dapat langsung dilanjutkan dengan proses pengerolan untuk mendapatkan bentuk/profil yang diinginkan.

Gambar 6 : Dapur Baja Oksigen

2. Dapur Baja Terbuka (Siemens Martin)
Sama halnya dengan Dapur Baja Oksigen, maka dapur baja terbuka (Siemens Martin) juga merupakan dapur yang digunakan untuk memproses besi kasar menjadi baja.
Dapur ini dapat menampung baja cair lebih dari 100 ton dengan proses mencapai temperatur + 1600oC; wadah besar serta berdinding yang sangat kuat dan landai.
Proses pembuatan dengan dapur ini adalah proses oksidasi kotoran yang terdapat pada bijih besi sehingga menjadi terak yang mengapung pada permukaan baja cair. Oksigen langsung disalurkan kedalam cairan logam melalui tutup atas. Apabila selesai tiap proses, maka tutup atas dibuka dan cairan baja disalurkan untuk proses selanjutnya untuk dijadikan bermacam-macam jenis baja.

Gambar 7 : Dapur Baja Terbuka

3. 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).
Dalam proses pembuatan, bahan-bahan yang dimasukkan adalah bahan-bahan yang benar-benar diperlukan dan besi bekas. Setelah bahan-bahan dimasukkan, maka elektroda-elektroda listrik akan memanaskan bahan dengan panas yang sangat tinggi (+ 7000oC), sehingga besi bekas dan bahan-bahan lain yang dimasukkan dengan cepat dapat mencair.
Adapun campuran-campuran lain (misalnya untuk membuat baja tahan karat) dimasukkan setelah bahan-bahan menjadi cair dan siap untuk dituang.




Gambar 8 : Dapur Baja Listrik

C. Proses Pembentukan dan Bentuk-bentuk Produk Baja
Pembentukan baja adalah tahap lanjutan dari proses pengolahan baja dengan berbagai jenis dapur baja.
Baja yang telah cair dan ditambah dengan campuran lain (sesuai dengan kebutuhan/sifat-sifat baja yang diinginkan) dituang ke dalam cetakan yang berlubang dan didinginkan sehingga menjadi padat. Batangan baja yang masih panas dan berwarna merah dikeluarkan dari cetakan untuk disimpan sementara dalam dapur bentuk kotak serta dijaga panasnya dengan temperatur 1100oC - 1300oC menggunakan bahan bakar gas atau minyak.
Penyimpanan tersebut adalah untuk meratakan suhu sebelum dilakukan proses pembentukan atau pengerolan.


Gambar 9: Pembentukan Baja Batangan

Proses pembentukan produk baja dilakukan dengan beberapa tahapan:
1. Proses Pengerolan Awal
Proses ini adalah dengan cara melewatkan baja batangan diantara rol-rol yang berputar sehingga baja batangan tersebut menjadi lebih tipis dan memanjang.
Proses pengerolan awal ini dimaksudkan agar struktur logam (baja) menjadi merata, lebih kuat dan liat, disamping membentuk sesuai ukuran yang diinginkan, seperti pelat tebal (bloom), batangan (billet) atau pelat (slab).


Gambar 10: Proses Pengerolan AwaL
2. Proses Pengerolan Lanjut
Proses ini adalah untuk merubah bentuk dasar pelat tebal, batangan menjadi bentuk lembaran, besi konstruksi (profil), kanal ataupun rel.
Ada tiga jenis pengerolan lanjut :
• Pengerolan bentuk struktur/konstruksi
• Pengerolan bentuk besi beton, strip dan profil
• Pengerolan bentuk (pelat).
a. Bentuk Struktur
Pengerolan bentuk struktur/profiil adalah lanjutan pengerjaan dari pelat lembaran tebal (hasil pengerolan awal) yang kemudian secara paksa melewati beberapa tingkat pengerolan untuk mendapatkan bentuk dan ukuran yang diperlukan.

Gambar 11: Pembuatan Baja Struktur
b. Bentuk Strip, Besi Beton dan Profil
Proses pembentukan ini tidak dilakukan langsung dari pelat tebal, tetapi harus dibentuk dulu menjadi batangan, kemudian dirol secara terus menerus dengan beberapa tingkatan rol dalam satu arah. Adapun hasil pengerolan adalah berbagai bentuk, yaitu : penampang bulat, bujur sangkar, segi-6, strip atau siku dan lain-lain sebagainya sesuai dengan disain rolnya.

Gambar 12: Pembuatan Baja Beton, Strip & Profil
c. Bentuk Lembaran (Pelat)
Pengerolan bentuk pelat akan menghasilkan baja lembaran tipis dengan cara memanaskan terlebih dahulu baja batangan kemudian didorong untuk melewati beberapa tingkat rol sampai ukuran yang diinginkan tercapai.


Gambar 13: Pembentukan Pelat

Untuk melihat keseluruhan proses pengolahan baja dari bahan dasar sampai pengerolan awal (menjadi slab), dapat dilihat gambar berikut:

Gambar 14 : Proses Pengolahan Baja






KEGIATAN BELAJAR 3
LOGAM FERRO DAN LOGAM NON-FERRO
Tujuan Khusus Pembelajaran :
Setelah mempelajari topik ini, peserta diharapkan mampu :
1. menjelaskan logam ferro ( baja karbon, besi tuang, baja paduan );
2. menjelaskan logam non ferro ( logam berat, logam ringan, logam mulia )












MATERI PEMBELAJARAN 3

A. Logam Ferro
Logam-logam Ferro adalah logam dimana unsur utamanya adalah besi (Fe), Logam Ferro secara umum terdiri dari tiga jenis, yaitu baja karbon, besi tuang dan baja paduan (campuran).
1. Baja Karbon (Carbon Steel)
Baja karbon adalah baja yang mengadung unsur karbon (C) di dalam besi (Fe), yakni dalam bentuk karbit-besi (FeC), sehingga disebut baja karbon. Kandungan karbon dalam besi akan sangat menentukan kekerasan suatu baja karbon, semakin banyak unsur karbon, maka semakin keras suatu baja karbon, sampai akhirnya batas kandungan untuk besi tuang, yaitu diatas 1,5 %C.
Untuk penggunaan, maka baja karbon diklasifikasi atas 3 kelompok utama, yaitu :
• Baja karbon rendah, terdiri dari 2 grup :
- Baja karbon tegangan rendah (Mild steel)
- Baja karbon tegangan normal (Low carbon steel)
• Baja karbon sedang (Midle carbon steel)
• Baja karbon tinggi (High carbon steel)
a. Baja Karbon Tegangan Rendah (Mild Steel)
Baja karbon tegangan rendah mengandung 0,04 - 0,15 %C, sifatnya lunak, dapat dibentuk (dipres), dicetak dingin, ditempa dan dapat dilas.
Penggunaannya adalah :
• Baut-baut/mur
• produk pelat
• badan kendaraan
• paku, kawat las/rod
• bahan konstrukdi, dll.
b. Baja Karbon Tegangan Normal (Low Carbon Steel)
Baja jenis ini mengandung 0,16% - 0,30%C, sifatnya mudah dilas, relatif kuat, dapat dipanaskan, tapi sulit dibentuk.
Penggunaannya adalah :
• pelat-pelat kapal
• batang-batang penggerak
• roda gigi
• profil siku, kanal, strip
• konstruksi bangunan
c. Baja Karbon Sedang (Midle Carbon Steel)
Kandungan karbon pada baja karbon sedang adalah 0,30%-0,83%C; sifat-sifatnya sukar dilas karena karbon sudah relatif tinggi, sulit dibentuk dan dapat dikeraskan.
Penggunaannya adalah :
• poros-poros penggerak
• komponen-komponen mesin
• alat-alat pertanian
• dll.
d. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel)
Baja karbon tinggi mengandung unsur karbon paling tinggi, yaitu 0,83%-1,5%C, sifatnya sangat getas, sukar dibentuk, tahan aus dan tidak mampu las.
Penggunaannya adalah :
• pegas
• alat-alat potong
• peluru-peluru bantalan
• poros roda gigi
• peralatan kerak
• dll.
Kelebihan Baja Karbon
Bila dibandingkan dengan logam jenis lain, maka baja karbon mempunyai beberapa kelebihan antara lain :
1. Harga lebih murah, karena biaya produksi lebih rendah dibanding logam lain, seperti : stainles steel, aluminium dll.
2. Banyak tersedia dipasaran, karena mineral bahan baku baja lebih banyak dan lebih mudah ditambang. Di Indonesia banyak terdapat di pulau Sumatera, Jawa, Kalimantan, Belitung, Sumbawa dll.
3. Mudah dikerjakan, karena sifat yang dipunyai baja karbon secara umum dapat dirol, pres, dilubangi, dikerjakan mesin, dilas, brazing atau braze welding serta dapat dipotong.

Diagram Phasa Baja Karbon
Apabila baja karbon dipanaskan di atas 723oC, maka akan terjadi perubahan struktur pada baja. Temperatur ini disebut temperatur kritis rendah, Kalau baja kembali didinginkan secara merata dengan lambat ( tanpa media pendingin ), maka struktur baja akan kembali ke struktur semula, tapi bila didinginkan secara kejut (cepat), maka akan terjadi perubahan struktur baja; mungkin menjadi keras dan rapuh. Perubahan ini sangat tergantung pada kandungan karbon pada baja tersebut.
Diagram berikut adalah untuk memperkirakan perubahan berdasarkan temperatur dan kandungan karbon, sehingga disebut Diagram Phasa Baja Karbon.

Gambar 15 : Diagram Phasa Baja Karbon
2. Besi Tuang (Cast Iron)
a. Besi Tuang Kelabu
Besi tuang kelabu adalah salah satu yang paling banyak digunakan. Pendinginan yang lambat dari proses penuangan memungkinkan karbon membentuk lapisan secara random (acak). Lebih dari 3% silikon ditambahkan untuk membantu terbentuknya grafit. Besi tuang kelabu digunakan secara luas di industri karena relatif lunak, mudah dicetak dan di las
Adapun unsur-unsur yang terkandung pada besi tuang kelabu adalah : C = 3,6%, Si = 2,5-3,5%, Mn = 0,8%, P = 0,15% dan S = 0,08%

Gambar 16 : Struktur Besi Tuang Kelabu

b. Besi Tuang Putih
Ketika besi tuang putih dibentuk dengan pendinginan secara cepat dari penungan, kadar silikon yang rendah meninggalkan karbon dalam bentuk sementit yang sangat keras dan getas.
Oleh karena itu, besi tuang putih sulit di las dan sangat jarang dipakai kecuali untuk penggunaan khusus, seperti untuk benda-benda tahan aus.
Besi tuang ini mengandung :
Karbon ( C )= 3,0%, Silikon ( Si ) = 0,5%, Mangan ( Mn ) = 0,8%, Pospor ( P ) = 0,10% dan Sulfur ( S ) = 0,10 %.

Gambar 17 : Struktur Besi Tuang Putih
c. Besi Tuang Mampu Tempa ( Melleable )
Besi tuang mampu tempa adalah dari besi tuang putih yang telah dilakukan perlakuan panas (heat treatment) dalam beberapa langkah, kemudian dimudakan (annealing), sehingga dengan demikian akan merubah grafit menjadi bentuk roset yang berkelompok secara tidak beraturan. Karena karbon telah diolah, maka besi tuang mampu tempa lebih kuat dan kenyal dibandingkan dengan besi tuang kelabu.
Besi tuang mampu tempa (malleable) jarang retak/patah karena sifat-sifatnya yang telah ditingkatkan, tetapi untuk perbaikannya harus dengan teknik las patri ( braze welding ).
Las cair kurang disarankan, karena pemanasannya akan merusak sifat-sifat yang telah ada dan dapat berubah kembali menjadi keras dan getas .
Besi tuang mampu tempa dapat di bagi dalam 2 golongan yaitu:
1. Besi tuang mampu tempa Blackheart dengan kandungan:
C = 2,5 - 2,6 %; Si = 0,8 - 1,1 %; Mn = 0,4 %; P = 0,1 - 0,2 % dan S = 0,08 - 0,2 %.
2. Besi tuang tempa Whiteheart dengan kandungan:
C = 3,0 - 3,3 %; Si = 0,5 - 0,6 %; Mn = 0,4 - 0,5 %; P = 0,08 - 0,1 % dan S = 0,1 - 0,25 %.


Gambar 18 : Struktur Besi Tuang Mampu Tempa Blackheart


Gambar 19 : Struktur Besi Tuang Mampu Tempa Whiteheart
d. Besi Tuang SG (Spherodial Graphite)
Besi tuang SG dibuat dengan menambah sedikit nikel dan magnesium dalam cairan logam pada saat produksi, sehingga grafit akan berbentuk gumpalan (bulatan).
Dengan demikian, besi tuang SG akan menjadi besi tuang yang paling kuat dan kenyal dibandingkan besi tuang yang sebelumnya (besi tuang kelabu, putih atau lunak).


e. Besi Tuang Spesial
Ada beberapa tujuan khusus diperlukannya besi tuang spesial di industri tertentu. Besi untuk kasus tertentu seperti Ni-hard, Ni-resist mengandung chromium, nikel, vanadium dll., untuk meningkatkan sifat-sifat tertentu, antara lain :
• Kekuatan tarik
• Tahan terhadap oksidasi
• Tahan terhadap korosi
• Tahan terhadap aus
Bahan-bahan besi tuang spesial ini diproduksi dengan membutuhkan biaya yang lebih besar dan komposisinya akan membuat sulit untuk di las.

Sifat-sifat Besi Tuang
• Kekuatan Tarik
J E N I S KEKUATAN TARIK
Besi Tuang Kelabu 152 MPa - 186 MPa
Besi Tuang Melleable 340 Mpa - 430 MPa
Besi Tuang SG 540 Mpa - 700 MPa
Besi Tuang Putih Hampir sama dengan besi tuang SG,
Besi tuang kurang cocok untuk bahan profil yang mendapat beban/tegangan tarik.
• Kekuatan Tekan
Besi tuang kelabu mempunyai kekuatan tekan yang sangat baik dan secara luas digunakan pada bantalan mesin serta untuk barang-barang yang membutuhkan tekanan besar.
• Kekenyalan (Ductility)
Seluruh besi tuang mempunyai kekenyalan yang rendah dibandingkan dengan baja karbon rendah. Namun, besi tuang mampu tempa (melleable) pada ketebalan dibawah 50 mm akan bengkok sebelum patah/pecah.

3. Baja Paduan
Baja paduan adalah baja yang mengandung paduan satu atau lebih unsur campuran yang ditambahkan untuk mendapatkan sifat-sifat yang tidak dimiliki oleh baja karbon atau besi tuang.

Unsur-unsur yang ditambahkan pada baja adalah untuk :
• Menambah kemampuan baja untuk dikeraskan.
• Meningkatkan keliatan
• Meningkatkan ketahanan terhadap aus.
• Meningkatkan ketahanan terhadap korosi.
Unsur-unsur yang biasa ditambahkan pada baja paduan antara lain adalah :
• Karbon ( C )
• Chromium ( Cr )
• Nikel ( Ni )
• Molibdenum ( Mo )
• Tembaga ( Cu )
• Vanadium ( V )
• Mangan ( Mn )
Jenis baja paduan yang banyak dipakai di industri-industri atau untuk kebutuhan fabrikasi adalah :
• Baja sepuhan dan temper rendah
• Baja “ weathering “
• Baja “ creep resistant “
• Baja tahan karat ( Stainless Steel )

Adapun komposisi baja paduan seraca umum adalah sebagai berikut :
Unsur Baja
Sepuhan,
Temper Rendah Baja Weathering Baja Creep
Resistant
Karbon ( C ) 0.10 - 0.20% 0.10% 0.15 - 0.43%
Chromium ( Cr ) 0.60 - 1.00% 0.50% 0.30 - 0.8%
Nikel ( Ni ) 0.70 - 1.00% 0.25% 0.50- 2.00%
Mangan ( Mn ) 0.60- 1.00% 0.90% 0.50- 1.00%
Tembaga ( Cu ) 0.15 - 0.50% 0.25% -
Vanadium ( V ) 0.03 - 0.08% - 0.10 - 0.20%
Molibdenum ( Mo ) 0.40 - 0.60% - 0.10 - 0.30%
a. Baja Sepuhan dan Temper Rendah
Baja sepuhan dan temper rendah adalah baja paduan dengan tegangan tarik tinggi, memiliki sifat yang beragam, kuat, liat serta tahan benturan dan goresan.
Baja paduan ini dapat dipakai pada :
• dump truck
• hopper
• bucket
• dozer blade
• alat-alat pertanian , spt. pisau bajak.
b. Baja Weathering ( Baja Paduan Rendah Tegangan Tarik Sedang )
Baja paduan jenis ini sangat takan terhadap korosi atmosfir, memiliki tegangan luluh (yield) yang tinggi, dan memungkinkan untuk dibuat dalam bentuk yang tipis.
Pemakaian baja paduan weathering adalah untuk :
• Tangki penyimpanan
• Saluran uap bertekanan tinggi
• Instalasi bahan kimia
• Perangkat pertanian
• Konstruksi bangunan

c. Baja Creep Resistant
Baja creep resistant adalah baja paduan yang tahan terhadap pemuaian yakni dengan penambahan unsur molebdenum ke dalam paduan baja.
Pemakaian baja paduan ini adalah :
• Drum ketel uap
• Pipa uap
• Bejana / saluran bertekanan tinggi
• Instalasi minyak atau bahan kimia, dll.
d. Baja Tahan Karat ( Stainless Steel )
Baja tahan karat (stainless steel) digunakan pada kondisi dimana sifat tahan karat dibutuhkan (termasuk kelembaban yang tinggi).
Untuk mendapatkan sifat tahan karat, maka pada proses produksi ditambah chromium.
Terbentuknya oksida khrom (chromic oxida) bila terdapat lebih dari 11% chromium dalam baja, sehingga dengan pemberian oksida ini maka baja akan tahan terhadap karat.
Elemen lain yang ditambahkan pada logam tergantung kebutuhan, misalnya nikel adalah untuk mendapatkan sifat keras pada baja dalam temperatur rendah.
Ada tiga jenis baja tahan karat yang banyak dipakai di bidang pekerjaan fabrikasi dan pemesinan, yaitu :
• Austenitic
• Ferritic
• Martensitic
1) Austenitic ( Austenit )
Baja tahan karat austenit adalah jenis baja tahan karat yang paling banyak dipakai karena sifat-sifatnya yang dapat dilas dan dibentuk atau diperbaiki. Unsur-unsur paduannya adalah terdiri dari 18%Chrom dan 8% Nikel ( Kode SS 18/8 )
2) Ferritic ( Ferrit )
Baja tahan karat ferit adalah baja tahan karat yang sangat tahan terhadap korosi, sehingga pemilihan untuk jenis baja ini adalah lebih mempertimtangkan sifat tahan karatnya dibanding sifat yang lain ( bukan sifat mekanisnya ). Baja tahan karat ferit sukar untuk dilas dan perbaiki.
3) Martensitic ( Martensit )
Baja tahan karat martensit adalah baja tahan karat yang memiliki ketahanan korosi sedang , tapi baja ini dapat dilakukan perlakuan panas ( heat treatment ) karena kandungan karbonnya lebih tinggi dan sebagian dari jenis baja tahan karat martensit dapat dilas.
Efek Karbon dan Ekuivalen Karbon pada Baja Paduan :
Besarnya kandungan karbon pada suatu baja paduan akan berpengaruh terhadap tegangan tarik suatu baja, di mana tegangan tarik akan bertambah seiring dengan bertambahnya kandungan karbon. Namun, jika tegangan tarik bertambah, keliatan baja akan berkurang dan akan menjadi lebih sukar dibentuk.
Paduan-paduan selain karbon memiliki efek mengeraskan yang lebih rendah pada baja. Kita dapat menentukan kemampuan pengerasan baja dengan menggunakan faktor ekuivalen karbon (CE) yang menghasilkan efek mengeraskan dan masing-masing unsur dibandingkan dengan karbon. Misalnya, efektifitas chrom untuk menambah kemampuan pengerasan baja adalah seperlima efektifitas karbon. Jadi, penambahan 0,5% chrom sama dengan penambahan 0,1% karbon.
Untuk menentukan seberapa besar perbandingan tersebut maka digunakan faktor pembagi, sehingga efek masing-masing unsur tersebut dapat dinyatakan sebagai ekuivalen karbon.



Unsur Faktor Bagi
Karbon 1
Fosfor 2
Molibdenum 5
Chromium 5
Vanadium 5
Mangan 6
Tembaga 13
Nikel 15
Cara menggunakan formula ekuivalen karbon ( CE ) seperti contoh berikut :
Suatu baja paduan rendah tersusun atas :
- Karbon (C) 0,019%
- Mangan (Mn) 1,36%
- Chromium (Cr) 0,07%
- Nikel (Ni) 0,05%
- Tembaga (Cu) 0,45%

= C/1 + Mn/6 + Cr/5 + Ni/15 + Cu/13
= 0,019/1 + 1,36/6 + 0,7/5 + 0,05/15 + 0,45/13
= 0,019 + 0,2266 + 0,14 + 0,0033 + 0,0346
CE = 0,4235% ( 0,42 %)
Perhitungan diatas menunjukkan bahwa baja paduan tersebut akan bereaksi terhadap pengelasan seperti baja karbon sedang yang berkandungan karbon sekitar 0,42% dan memiliki kemampuan untuk dikeraskan sama dengan baja karbon dengan kandungan karbon yang sama.

B. Logam Non Ferro
Logam Non Ferro dikelompokkan atas : logam berat, logam ringan, logam mulia dan logam radio aktif.
Karena banyak sekali jenisnya, maka pada topik ini hanya akan uraikan beberapa jenis yang paling banyak dipakai pada kegiatan produksi atau kehidupan sehari-hari.



1. Logam Berat
a. Tembaga ( Cu )
Tembaga didapat dari pengolahan bijih tembaga yakni dalam bentuk senyawa dengan belerang dan dalam bentuk potongan/bongkahan atau pasir.
Yang berbentuk bongkahan terdapat di Amerika Utara, dan yang berbentuk pasir terdapat di Rusia, Chili dan Indonesia (Irian).
Sifat-sifat dan Penggunaannya :
1. Daya penghantar listrik yang sangat baik /tinggi. Dipergunakan pada industri listrik dan telekomunikasi, spt. : kawat listrik, kawat telepon, kawat penangkal petir dan lain-lain.
2. Daya penghantar panas dan tanah karat yang baik, banyak dipergunakan dalam pembuatan radiator, ketel dan perlengkapan pemanas.
3. Sangat malleable dan ductile, dapat dirol, ditarik, ditekan tarik dan ditempa dengan mudah.
4. Untuk pekerjaan tuangan, tembaga merah tidak begitu banyak dipakai karena akan timbul gelembung-gelembung. Kekurangan ini dapat diganti/diatasi dengan jalan memadukan sedikit seng atau aluminium.
b. Timah Putih ( Sn )
Biji timah masih banyak bersenyawa dengan biji yang lainnya dan biasanya menjadi sangat kotor. Timah gunung didapat di Inggris, Australia, Jepang dan pasir timah yang bercampur dengan pasir terdapat di Malaysia, Bangka (Indonesia) serta Bolivia.
Di Indonesia biji timah mengandung ± 78 % kadar timah yang bercampur dengan pasir.
Sifat-sifat dan Penggunaannya :
1. Dapat dikembangkan / ditarik pada temperatur kurang dari 100°C sehingga dapat dibuat menjadi lembaran-lembaran tipis.
2. Pada pemanasan kurang dari 200°C menjadi sangat rapuh, sedang diatas 228°C timah menjadi sangat cair.
3. .Terhadap belerang akan cepat rusak dan larut dalam asam garam.
4. Digunakan sebagai lapisan tahan karat pada logam-logam lain, menyolder (patri), untuk campuran logam lain, dll

c. Timbal / Timah Hitam ( Pb )
Timbal sering dijumpai bersama didalam satu endapan dan kadang-kadang bersenyawa dengan belerang, perak, kwarsa dan kapur.
Penghasil utama timah hitam adalah Mexico, USA dan Birma.
Sifat-sifat dan Penggunaannya :
1. Lunak, berat jenisnya 11,4 dan titik cairnya antara 274 -330°C.
2. Tidak tahan terhadap kekuatan tarik dan tekan.
3. Mudah dipotong dengan pisau, tidak dapat dikikir dan sukar dibubut.
4. Bekas-bekas patahannya agak licin dan mudah ditekuk.
5. Tahan terhadap asam garam dan asam belerang, mudah mengoksida pada suhu tinggi, serta sukar untuk dipatri.
5. Digunakan untuk sekat-sekat saluran air, pelapis kabel Aluminium, sebagai campuran timah patri, campuran cat, untuk membuat batere, dll.
d. Seng ( Zn )
Bijih-bijih seng didapatnya tidak pernah dalam keadaan bebas, melainkan selalu bersenyawa dengan belerang. Bijih-bijih seng umumnya diketemukan di Amerika, Australia, Bergia, Inggris dan di Jerman.
Sifat-sifat dan Penggunaannya :
1. Berwarna kelabu muda, berat jenis 7,1.
2. Pada suhu 130 - 150°C dapat dipecah-pecah dan kenyal sehingga dapat dijadikan lempeng-lempeng dengan jalan dirol.
3. Bila dipanaskan sampai suhu 200°C akan rapuh, mudah ditumbuk menjadi bubuk, akan mencair pada suhu ± 419°C dan titik didihnya ± 906°C.
4. Hampir tak terjadi oksidasi, tetapi cepat rusak oleh pengaruh asam.
5. Penggunaanya adalah untuk melapisi logam lain agar tahan terhadap korosi, sebagai anoda pada lambung kapal, untuk pencampur logam lain, dll.
e. Nikel ( Ni )
Bijih nikel diketemukan di Rusia, Kanada, Amerika, Finlandia, Norwegia dan Indonesia ( Sulawesi tenggara/Soroako dan Pomala ).
Sifat-sifat dan Penggunaannya :
1. Berwarna putih keabu-abuan, sangat keras dan padat, dapat menahan pengaruh atmosfir dengan baik, oleh karena itu dapat dipakai untuk melapis baja agar terhindar dari karat.
2. Berat jenisnya 8,9; dan titik cairnya 1455°C, kekuatannya hampir sama dengan tembaga, sedangkan regangannya antara 15 - 20 %. Sampai dengan suhu 300°C, kepadatannya tidak berubah, tetapi di atas suhu tersebut baru berubah turun dengan cepat.
3. Pengaruh nikel terhadap paduannya adalah menambah keawetan, keliatan, kekuatan, keringanan, anti korosi, tahan suhu tinggi.
2. Logam Ringan
a. Aluminium ( Al )
Logam aluminium hampir ditemukan diseluruh dunia dalam keadaan masih bersenyawa dengan unsur-unsur lain. Bijih aluminium didapat pada bahan bijih tambang bauksit yang diketemukan di Amerika Serikat, Italia, Indonesia, Perancis dan Rusia.
Sifat-sifat dan Penggunaannya :
Meskipun aluminium mempunyai daya gabung yang tinggi terhadap oksigen (mudah sekali mengoksidasi), namun dalam kenyataannya mempunyai :
1. Daya tahan karat yang sangat baik
2. Sifat penghantar listrik yang baik
3. Mudah ditempa (malleable) yang memungkinkan untuk menghasilkan bentuk lembaran yang tipis
4. Berat jenis relatif kecil dibandingkan dengan logam-logam lainnya ( 2,6 - 2,7 )
5. Angka reflextifitas panas matahari sebesar 70 + 90 %, sehingga tidak menyerap panas matahari sehingga sangat tepat digunakan sebagai bahan penutup atap
6. Dalam dunia perdagangan berupa tuangan/cetakan, pelat, profil dan batangan. Bentuk-bentuk ini digunakan disegala bidang, baik untuk pembangunan, konstruksi atau keperluan rumah tangga. Yang berbentuk pelat ( pelat rata, pelat gelombang, dan pelat beralur) digunakan untuk atap, tangga, plafond dan dinding.
7. Yang berbentuk profil ( profil siku, T, U atau parit, I dan profil khusus ) digunakan untuk kusen-kusen pintu dan lain-lain. Sedangkan dalam bentuk cetakkan/tuangan banyak dipergunakan untuk konstruksi kapal terbang, mobil (setelah melalui proses khusus), alat-alat rumah tangga dan lain-lain.
b. Magnesium ( Mg )
Magnesium didapat masih dalam bentuk persenyawaan. Bijih-bijih yang menghasilkan magnesium adalah dolomit, magnesit, epsomit, bruci dan mineral- mineral sekunder dan biasanya berasosisasi dengan batuan sedimen.
Sifat-sifat dan Penggunaannya :
1. Merupakan logam teringan dengan berat jenis 1,74 dan mencair pada suhu 650 °C, serta mendidihnya pada suhu 1107°C.
2. Mudah terbakar pada suhu rendah
3. Cukup kuat/mempunyai kekuatan tarik ± 8,5 Kg/mm², dan dalam bentuk paduan tahan terhadap korosi diudara tetapi tidak tahan terhadap air laut.
4. Magnesium dipergunakan sebagai bahan paduan untuk alat-alat mobil, kapal terbang dan gerbong kereta api. Dapat pula dipergunakan untuk bom pembakar, mercon, bagian alat-alat optik, alat musik dan peralatan geodesi.
3. Logam Mulia
a. Perak ( Ag )
Pada umumnya masih bersenyawa dengan sulfida-sulfida timbal, tembaga, arsen, kobalt dan nikel dan mineral-mineral logam non ferro. Terdapat di negara Amerika serikat, Mexico, Bolvia dan Jerman.
Sifat-sifat dan Penggunaannya :
1. Dalam bentuk mineral mempunyai kristal-kristal berkelompok tersusun sejajar, dan kadang-kadang bersisik.
2. Warna putih perak, abu-abu, coklat, kuning, hitam, cerah, putih.
3. Berat jenis antara 10 - 12 dan tergantung dari pada logam yang terkandung di dalamnya.
4. Mempunyai daya hantar panas dan listrik yang baik.
5. Garamnya merupakan dasar fotografi; apabila terkena cahaya perak bromida mengalami perubahan kimia yang kemudian akan terjadi tampak setelah dicuci.
6. Perak dengan ± 70 % dibuat untuk keperluan uang logam, selebihnya digunakan dalam fotografi, kerajinan perak, dan industri listrik. Juga untuk perhiasan dan solder perak.
b. Platina ( Pt )
Di alam sebenarnya unsur platina tidak berdiri sendiri, tetapi bergabung dengan unsur-unsur lain seperti osmium, iridium, palladium, rhodium. Sedangkan beberapa bijih kadang-kadang juga mengandung besi, tembaga, timah hitam dan zirconium. Bijih-bijih ini diketemukan dipegunungan Ural, Kolombia, Brazilia dan Indonesia ( Kalimantan ).

Sifat-sifat dan Penggunaannya :
1. Berat jenis sangat besar, antara 14 - 19 dan dalam keadaan murni dapat mencapai 21,23; titik cairnya pada ± 1770°C.
2. Berwarna putih keperak-perakkan.
3. Baik untuk ditempa dan diregang, disamping itu pula dapat dikerjakan dengan sempurna dan tidak akan mengoksidasi dalam udara walaupun dalam keadaan pijar putih.
4. Tidak dapat dirusak oleh asam-asam yang kuat dan alkali.
5. Logam ini sangat mahal harganya, oleh karenanya tidak banyak digunakan.
6. Penggunaanya :
• Untuk alat-alat laboratorium alat-alat kedokteran dan lain-lain.
• Untuk keperluan lainnya dipakai sebagai : perhiasan, industri sinar-x, industri listrik, peralatan telekomunikasi, anak timbangan, salutan gigi, peralatan halus serta juga dipakai sebagai ujung-ujung kontak pada magnit-magnit.

c. Emas ( Au )
Hampir semua bijih emas mengandung perak. Logam emas ini banyak diketemukan di Kanada, Australia , Amerika Utara, Rusia dan juga di Indonesia.
Sifat-sifat dan Penggunaannya :
1. Berat jenisnya 19,2; berwarna kilau kuning.
2. Dapat larut dalam air raksa, asam sendawa dan asam garam.
3. Logam paling mudah ditempa dan mahal harganya.
4. Penggunaanya :
 Kemurnian emas dinyatakan dalam karat. Logam emas murni sama dengan 24 karat, sedangkan emas 18 karat adalah suatu campuran yang terdapat 18 bagian emas dari campuran logam yang terdiri dari 24 bagian, atau 6 bagian adalah kandungan perak.
 Sebagian besar emas dipergunakan dalam bidang moneter dan untuk perhiasan-perhiasan, uang logam, bahkan menjadi jaminan standard nilai uang.
 Dalam jumlah kecil adalah untuk menyepuh, membuat huruf emas, photografi, kedokteran gigi dan perkakas-perkakas laboratorium , dll.














KEGIATAN BELAJAR 4
PERLAKUAN PANAS (HEAT TREATMENT)
Tujuan Khusus Pembelajaran :
Setelah mempelajari topik ini, peserta diharapkan mampu :
1. Menjelaskan fungsi dan tujuan dari perlakuan panas ( heat treatment );
2. Menjelaskan macam dan metode-metode perlakuan panas ( sebelum dan setelah pengerjaan, menghilangkan tegangan sisa, normalising, anneling serta tempering );
3. Menjelaskan metode pemanasan












MATERI PEMBELAJARAN 4
A. Tujuan dan Jenis Perlakuan Panas
Perlunya perlakuan panas dilakukan adalah untuk mengurangi perubahan bentuk pada saat dikerjakan atau setelah dikerjakan atau hasil suatu konstruksi, merubah sifat-sifat bahan dan menghilangkan tegangan-tegangan sisa.
Sebelum benda dikerjakan dilakukan perlakuan panas maka disebut perlakuan panas awal sedangkan setelah benda dikerjakan disebut perlakuan panas akhir.
Beberapa jenis perlakuan panas adalah:
• Perlakuan panas awal dan sesudah pengerjaan
• Menghilangkan tegangan sisa
• Penormalan (Normalizing)
• Pelunakan (Annealing)
• Pengerasan (Hardening)
• Temper (Temperring)














Diagram Perlakuan Panas
1. Perlakuan Panas Awal (Preheating)
Perlakuan panas awal adalah pemanasan yang dilakukan sebelum benda kerja tersebut dikerjakan lebih lanjut, misalnya sebelum dilakukan pengelasan. Temperatur pemanasan awal adalah antara 30°C - 400°C ( lihat Diagram Perlakuan Panas).
Hal ini perlu dilakukan, karena pada waktu pengelasan akan terjadi panas pada daerah pengelasan. Panas yang tinggi akan terpusat pada daerah pencairan. Dengan bertambah jauh jaraknya busur akan berkurang panas yang terjadi.
Pemanasan dan pendinginan yang tidak merata (perubahan termperatur) akan menyebabkan. berbagai pengaruh pada daerah pengelasan misalnya keliatan, tegangan dan sifat logam Iainnya.
Dengan memanaskan logam sebelum pengelasan akan mengurangi perbedaan temperatur pada daerah pengelasan. Hal ini adalah salah satu cara untuk mengatasi perubahan-perubahan pada logam yang dilas. Proses ini disebut pemanasan awal (preheating).
Karena pemanasan sebelum pengerjaan akan mengurangi perubahan temperatur maka tentu juga akan mengurangi perubahan bentuk akibat tegangan yang terjadi karena pengaruh panas yang tinggi pada daerah las.
Tinggi temperatur pemanasan awal tergantung pada :
• Komposisi kandungan unsur dan baja
• Ketebalan benda kerja
• Sumber panas yang terjadi pada saat pengelasan
Komposisi kandungan unsur dari baja akan menentukan kekerasan baja tersebut. Misalnya baja karbon yang baru dilas dan kemudian didinginkan secara cepat, maka dapat berakibat keretakan pada benda kerja tersebut. Disini pemanasan sebelum pengenjaan diperlukan untuk memperlambat pendinginan supaya tidak retak pada daerah yang dilas/dipanaskan.
Dengan semakin tebalnya bahan, maka semakin besar pula pengaruh pendinginan dan dengan semakin tebalnya bahan maka semakin lama pemanasan awal yang dipenlukan.
Pemanasan awal pada bahan-bahan baja yang dipakai di industri manufaktur sangat bervariasi. Untuk mengetahui temperatur pemanasan awal untuk berbagal jenis dan ketebalan pelat adalah dengan cara melihat katalog yang dikeluarkan oleh fabrik pembuat baja tersebut.
Pemanasan awal ini juga sering digunakan pada pengelasan bahan-bahan yang mudah retak dan susah untuk di las yakni untuk memperlambat proses pendinginan.
2. Menghilangkan Tegangan Sisa (Stress Relieve)
Temperatur pemanasan untuk menghilangkan tegangan sisa ( stess relieve ) adalah berkisar 590°C-670°C (lihat Diagram Perlakuan Panas).
Pemanasan sesudah pengelasan sering dilakukan dalam dunia industri. Besar temperatur tergantung pada jenis perlakuan panas. Pada dasarnya tingginya temperatur untuk menghilangkan tegangan sisa adalah dibawah temperatur kritis 723°C, karena struktur baja tidak akan berubah dibawah temperatur 723°C.
Perubahan sifat baja akan terjadi apabila temperatur melebihi 723°C dan proses perlakuan panas dapat dilihat pada diagram perlakuan panas.
Apabila tegangan sisa dihilangkan maka tegangan yang tertahan oleh bagian yang dingin sewaktu pengelasan akan hilang pula. Menghilangkan tegangan sisa ini dilakukan pada berbagal jenis pekerjaan termasuk juga pada bejana bertekanan dan ketel.
Langkah kerja menghilangkan tegangan sisa :
• Panaskan benda kerja secara bertahap ( perlahan )
• Biarkan pemanasan benda kerja ini sesuai dengan temperatur yang tepat dan waktu tertentu.
• Dinginkan benda kerja secara perlahan.
Untuk menghilangkan tegangan sisa ini dan menentukan tinggi temperatur dilakukan oleh operator perlakuan panas dan bukan oleh tukang las ini dilakukan dalam dapur pemanas atau peralatan khusus untuk perlakuan panas.
3. Penormalan (Normalizing)
Temperatur untu normalizing adalah 820°C - 980°C (lihat Diagram Perlakuan Panas)
Seluruh baja terdiri dan butiran-butiran halus. Bentuk dan ukuran dan butiran-butiran tergantung pada proses pendinginkan dan pengerjaan bahan tersebut, Bentuk dan ukuran dan butiran sering mempenganuhi sifat bahan logam, maka proses perlakuan panaslah yang mengontrolnya.
Perubahan temperatur yang bervaniasi pada pengelasan akan menimbulkan ukuran butiran yang tidak sama pada daerah pengelasan yang akan mengakibatkan kritisnya benda kerja. Untuk mengatasi ini benda perlu dinormalkan agar mendapatkan ukuran butiran yang sama. Bahan yang telah dinormalkan akan mempunyai sifat yang merata dan Iebih liat.






Langkah kerja penormalan :
• Panaskan baja kira-kira 60°C diatas temperatur kritis.
• Biarkan beberapa saat supaya pemanasan merata.
• Didinginkan dalam ruangan.
4. Pelunakan (Annealing)
Temperatur pemanasan untuk proses pelunakan suatu bahan ( annealing ) adalah berkisar antara 820°C - 925°C (lihat Diagram Perlakuan Panas)
Pelunakan logam bertujuan :
• Melunakan bahan untuk bisa dibengkokkan atau dibentuk dalam keadaan dingin
• Supaya bahan dapat dengan mudah dikerjakan dengan mesin.
Pelunakan hampir sama dengan penormalan tapi proses pendinginan Iebih lambat. Dengan pendinginan yang lambat akan menghasilkan ukuran butiran lebih besar dan lebih lunak dibandingkan dengan bahan yang telah dinormalkan.
Langkah kerja pelunakan :
• Panaskan bahan sampai diatas temperatur kriitis.
• Biarkan beberapa saat supaya pemanasan merata
• Dinginkan dalam dapur secara perlahan

5. Temper ( Tempering )
Temper adalah proses perlakuan panas lanjutan setelah proses pengerasan, bertujuan untuk mengurangi kekerasan yang terlalu tinggi akibat pendinginan yang cepat dan temperatur yang tinggi ( karena proses penyepuhan). Temperatur tempering adalah berkisar antara 220°C - 390°C (perhatikan Diagram Perlakuan Panas).
Antara kekerasan dan keliatan adalah berbanding terbalik, di mana semakin keras maka semakin tidak liat. Adalah hal yang penting untuk menyeimbangkan kekerasan bahan dengan penggunaannya. Misalnya pahat akan sangat keras setelah disepuh tapi akan mudah patah kalau kena pukulan. Dengan proses temper akan mengurangi sedikit kekerasannya tapi masih kuat untuk memotong besi yang lain dan juga mempunyai sifat liat untuk menahan pukulan pahu.
Proses temper dilakukan dibawah temperatur kritis (perhatikan Diagram Perlakuan Panas).
B. Metode Pemanasan
Pada pekerjaan perlakuan panas sudah barang tentu tidak akan terlepas dari proses pemanasannya sendiri. Dapat dikontrolnya panas adalah hal yang sangat penting, sehingga pemilihan peralatan pemanas akan menentukan kualitas atau keberhasilan suatu pekerjaan perlakuan panas.
Adapun pemilihan alat atau metode pemanasan tergantung pada faktor-faktor berikut:
• Proses perlakuan panas yang akan dilakukan
• Ukuran benda kerja
• Temperatur yang diperlukan untuk perlakuan panas
• Bagian yang akan dilakukan proses perlakuan panas (keseluruhan atau sebagian).
Berhubungan dengan hal tersebut di atas, maka jenis alat pemanas yang biasa dipakai untuk pemanas pada pekerjaan perlakuan panas adalah :
• Nyala api ( oksigen + bahan bakar gas )
• Dapur pemanas ( oven )
• Lembaran ( jaket ) pemanas listrik
• Cincin pemanas
1. Pemanasan dengan Nyala Api
Alat pemanas dengan nyala api dirancang khusus berupa pembakar (brander) yang dapat memusatkan volume panas yang besar pada benda kerja atau dapat juga digunakan nozel pemanas / brander potong untuk pemanasan benda kerja yang kecil.
Gas yang digunakan sebagai bahan bakar adalah gas LPG atau asetilin. Peralatan ini digunakan untuk pemanasan awal dan bukan untuk menghilangkan tegangan sisa atau perlakuan panas lainnya.
2. Dapur Pemanas
Dapur pemanas adalah salah satu alat pemanas yang paling banyak digunakan dalam pekerjaan perlakuan panas, terutama untuk pengerasan, normalizing, tempering atau annealing. Dapur pemanas bermacam jenis, ukuran dan bahan/ pemanasnya, diantaranya adalah menggunakan gas, bahan bakar minyak atau listrik sebagai sumber energi panas, dilengkapi dengan pengontrol suhu yang tepat baik untuk pendinginan ataupun untuk pemanasan yang sangat diperlukan pada proses perlakuan panas. Penggunaan dari dapur ini sangat dipengaruhi oleh ukuran benda yang akan dikerjakan.
3. Jaket Listrik ( Thermal Insulated Electric Blanket )
Lembaran/ jaket pemanas listrik (thermal insulated electric blanket) terutama digunakan pada pengelasan atau pengerjaan pipa. Kegunaan lain dari peralatan ini adalah untuk pelapis atau selimut panas pada 2 buah komponen besar (setelah dihilangkan tegangan sisa) selesai disambungkan.
4. Cincin Pemanas (Heating Ring)
Dengan cincin pemanas dapat dilakukan berbagai keadaan kalau dibandingkan dengan nyala api serta dapat dirancang berdasarkan bentuk benda kerja serta digunakan pada pemanasan awal dan selama proses pengelasan khususnya pada pengelasan pipa.










Gambar 20 : Cincin Pemanas
C. Pengukuran Temperatur
Pengukur temperatur secara tepat sangat diperlukan, baik untuk pemanasan awal maupun pemanasan setelah pengerjaan. Hal ini adalah karena akan terjadinya perubahan struktur logam kalau dipanaskan melebihi dan tempenatur knitis 723C.
Agar pengukur temperatur tersebut akurat sesuai dengan yang diinginkan, alat yang sering digunakan adalah:
• Cat dan crayon peka temperatur
• Thermocouple
1. Cat dan Crayon Peka Temperatur
Cat dan crayon ini dirancang untuk mengukur temperatur pada batasan temperatur tertentu. Apabila temperatur pemanasan awal tercapai maka cat atau crayon akan mencair atau berubah warna. Kemudian berdasarkan warna tersebut akan dapat ditentukan temperatur benda yang dipanaskan, yakni dengan menggunakan tabel warna











Gambar 21 : Penggunaan Crayon
2. Thermocouple
Kawat yang digunakan pada thermocouple tidak seperti kawat logam biasa, karena kawat ini dapat berubah dikarenakan tegangan listrik yang mengalir dengan adanya perubahan temperatur. Pada dapur pemanas kawat thermocouple ditempelkan ke benda kerja dan perubahan temperatur akan tercatat pada kertas grafik.
Pyrometer adalah peralatan pengukur temperatur yang dipegang dengan tangan dan ditempelkan pada benda kerja untuk mengukur temperatur benda kerja tersebut, serta menggunakan prinsip thermocouple. Alat ini mempunyai sensor dan jarum penunjuk temperatur dan digunakan untuk mengukur temperatur pemanasan setelah pengelasan atau suatu proses perlakuan panas.











Gambar 22 : Pengukuran dengan Pyrometer





KEGIATAN BELAJAR 5
PERUBAHAN METALURGI LAS
Tujuan Khusus Pembelajaran :
Setelah mempelajari topik ini, peserta diharapkan mampu :
1. menjelaskan struktur metalurgi sambungan las
2. menjelaskan proses metalurgi pada pengelasan;














MATERI PEMBELAJARAN 5

A. Proses Metalurgi Las
Logam yang digunakan dalam industri fabrikasi telah dikembangkan agar memenuhi jenis pelayanan yang diharapkan.
Kebanyakan paduan akan menampilkan karakteristik yang merupakan hasil kombinasi dari prosedur pembuatan, yang meliputi :
 perbedaan persentase unsur yang menyusun paduan
 jumlah kerja dingin seperti rolling, yang dikenakan pada paduan selama produksinya.
 perlakuan panas yang dilakukan pada tahap akhir dari produksi.
Produk yang dibuat dapat mempunyai sifat-sifat yang selanjutnya bisa berubah selama fabrikasi. Derajat perubahan yang berhubungan dengan prosedur kerja secara besar tergantung pada komposisi kimia logam dan kemampuan dikeraskan.
Kebanyakan logam kemampuan kekerasannya dapat dirubah dengan :
 kerja dingin seperti rolling atau pembentukan ( menghasilkan pengerasan )
 pemanasan dan pendinginan.
1. Pendinginan
Logam yang didinginkan secara pelan dari temperatur yang lebih tinggi akan membentuk struktur yang seragam yang disebut butiran.
Selama pendinginan, tenaga dalam struktur butiran ini menimbulkan cacat. Ketika sekali keseragaman butiran berubah bentuk, kemampuan mereka untuk kembali dengan sekeliling butiran selama kerja dingin akan hilang dan logam menjadi lebih keras dan kurang liat.
Logam yang telah dikeraskan dan dibengkokan berulang-ulang atau kerja dingin akan menghasilkan patahan dalam logam.
2. Pemanasan
Perubahan dapat dilakukan pada struktur butiran dan kekerasan logam dengan pemanasan dan pendinginan.
Perubahan ini tergantung pada :
 komposisi pada logam
 temperatur logam yang dipanaskan
 lamanya waktu yang dijalani pada temperatur ini
 kecepatan pendinginan
Pengelasan menghasilkan kondisi pemanasan dan pendinginan yang dapat menghasilkan perubahan.

3. Komposisi
Baja karbon yang mengandung karbon kurang dari 0.3%C, tidak dapat dikeraskan secara berarti dengan perlakuan panas. Baja karbon mengandung lebih dari 0.3%C, harus dipertimbangkan kemampuan dikeraskan dan prosedur untuk mencegah pengerasan yang diserap selama fabrikasi.
4. Temperatur dan Waktu
Baja karbon yang dihasilkan tidak dipanaskan pada temperatur sekitar 680C, tidak akan merubah struktur butiran atau menaikan kekerasan. Pada temperatur dalam batas antara 680C – 700C baja karbon akan melunak (spheroidise anneal). Diatas 723C, temperatur kritis lebih rendah, struktur butiran berubah dan tergantung pada temperatur dan waktu berlangsungnnya dan pertumbuhan butiran mungkin terjadi. Diatas 1000C pertumbuhan butiran dapat sangat cepat.
Baja yang dikeraskan sebelumnya akan dipengaruhi oleh pemanasan meskipun dibawah 723C. Penurunan dalam kekerasan dapat terjadi.
5. Kecepatan Pendinginan
Seperti yang dinyatakan sebelumnya, pendinginan perlahan-lahan dari temperatur yang ditinggikan dapat meningkatakan ukuran butiran dan mengurangi kekerasan. Hal ini akan meningkatkan keuletan (ductility : kemampuan untuk dibentuk secara permanen tanpa patah), meskipun peningkatan yang sangat berarti dalam ukuran butiran mungkin menurunkan keuletan.
Pendinginan yang cepat (quenching) akan menghasilkan struktur butiran yang baik jika baja mengandung karbon lebih dari 0.3%, pengerasan pada tempat yang telah dipanaskan dan didinginkan.
6. Kurva Pendinginan
Kurva pendinginan digunakan oleh ahli metallurgi untuk menggambarkan pencairan dan pengerasan logam.
Jika logam murni dipanaskan dalam dapur, temperatur logam terus menerus meningkat hingga logam mulai mencair. Pada titik ini tidak terjadi kenaikan temperatur sampai semua logam telah mencair. Jika semua logam telah cair, temperatur logam akan mulai meningkat lagi.










Kurva pendinginan logam murni ditunjukan seperti grafik berikut :














B. Hubungan Antara Komposisi Logam Induk Dengan Logam Las dan Pengaruhnya Pada Sifat-sifat Mekanik dan Fisik.

1. Reaksi Keadaan Padat
Jika dua logam yang dapat larut secara menyeluruh digunakan untuk membuat suatu paduan homogen, larutan dapat berada pada keadaan cair dan padat.
Jika paduan seperti baja karbon rendah dipanaskan, karbon dan besi membentuk larutan. Dalam keadaan cair semua karbon dan besi akan larut, meskipun, jika logam dipanaskan diatas 723 C tetapi tidak banyak dicairkan dan besi masih dalam bentuk larutan. Karena ini dapat terjadi bilamana logam tetap dalam keadaan padat, larutan ini dikenal sebagai larutan padat dalam kasus austenit.
Selama pengelasan, temperatur didalam dan disekeliling las akan membolehkan austenit pada bentuk dengan kecepatan pendinginan berikut menentukan jenis struktur atau struktur yang dibentuk.
2. Daya Larut Gas dalam Logam Cair dan Padat
Beberapa gas, ketika dalam sekitar daerah las, mampu untuk diserap oleh logam. Reaksi gas/ logam secara umum merugikan dan berpengaruh pada kualitas las. Gas yang paling banyak dihasilkan selama pengelasan adalah :
 Hidrogen
 Oksigen
 Nitrogen
Oksigen dan nitrogen berada sebagai gas bebas disekeliling atmosphere.
3. Penyerapan.
Tingkat daya larut gas dalam logam adalah bervariasi dari logam ke logam. Banyak logam seperti aluminium mempunyai daya gabung yang kuat dengan oksigen.
Jika logam dipanaskan, kemampuan untuk dapat menyerap gas yang tersedia meningkat dengan besar.
Selama pengelasan baja, hidrogen, oksigen dan nitrogen semua dengan mudah diserap dengan hidrogen yang terbesar daya serapnya.
Dengan logam non besi seperti tembaga dan aluminium, penyerapan gas dan pembentukan oksida dapat menjadikan pengelasan tidak mungkin. Fungsi fluk yang digunakan dalam pengelasan oksiasetilin adalah untuk melarutkan secara kimia beberapa oksida permukaan bilamana proses pengelasan gas terlindung menghilangkan oksida dengan aksi aliran elektron.
Oksida non besi dapat mempunyai titik lebur lebih tinggi dari pada logam induk dan pengelasan menjadi tidak mungkin, kecuali kalau dibuang dan dicegah.
4. Reaksi logam dan gas
Gas yang diserap dalam logam panas akan dikeluarkan sebagai akibat temperatur penurunan logam cair. Beberapa oksigen yang berhubungan dengan hidrogen akan membentuk uap dan sebagai penyebab dari porositas pada daerah las kecuali kalau deoksider yang lain digunakan dalam bahan isian las. Deoksider ini gabungan dengan oksigen pada temperatur rendah mencegah banyak masalah dari keasliannya. Logam non besi seperti aluminium dan tembaga adalah sangat rentan terhadap porositas hidrogen.
Dalam baja, hidrogen dapat menyebar dari daerah las kedalam logam yang berdekatan. Sebagai penurunan temperatur, gas ini tidak dapat keluar dan mungkin tetap terjebak dalam daerah pengaruh panas (HAZ). Retak dibawah butiran dalam HAZ pada baja paduan rendah dan karbon sedang dapat menimbulkan kegagalan pengelasan.
5. Pengerasan Las
Selama pengerasan dan pendinginan perubahan struktur butiran las akan terjadi dalam daerah las dan HAZ.
Perubahan pada struktur butiran disekeliling las akan dipengaruhi oleh :
 panas masuk pada proses pengelasan yang meliputi pemanasan awal
 laju pendinginan
 komposisi logam
6. Daerah pengaruh panas (HAZ)
Daerah ini adalah bagian dari logam induk yang berdekatan dengan daerah peleburan dimana struktur secara metalurgi dipengaruhi oleh panas proses pengelasan.
Perubahan pada HAZ dapat berpengaruh serius terhadap kualitas las, terutama pada baja karbon dan baja tahan karat austenit. Gas hidrogen dalam HAZ adalah penyebab utama retak pada struktur baja.
Dengan beberapa baja tahan karat kerusakan las atau endapan karbid dapat terjadi pada HAZ.
Struktur butiran HAZ pada semua logam dapat dirubah oleh pengelasan. Karena pemuaian dan penyusutan butiran dapat menjadi tertekan, kondisi ini dikenal sebagai tegangan sisa (residual stress). Butiran dapat menjadi lebih besar, baja menjadi lebih keras, keuletan menurun dan menaikan kemungkinan kegagalan. Kondisi struktur butiran aslinya dapat diperbaiki dengan perlakuan panas, meskipun hal ini mungkin merusak sifat-sifat logam las.
7. Struktur Las.
Sketsa dibawah ini menunjukan batas suatu struktur butiran pada penampang melintang isian (deposit) las baja karbon rendah.
Pada daerah pengaruh panas terdekat dengan las logam induk dicapai temperatur 1300C – 1500C untuk waktu yang singkat. Kondisi ini menghasilkan pertumbuhan butiran yang berarti, dan struktur butiran dalam daerah ini adalah kasar dibandingkan dengan logam induk.

Gambar struktur butiran pada penampang melintang logam las dalam baja karbon
Didalam bagian dari HAZ , tempat lebih jauh dari las telah terjadi perbaikan pada struktur butiran aslinya. Hal ini karena logam telah bertahan dalam waktu yang lama dalam batas normalising,yang menghasilkan struktur butiran lebih baik.
Logam induk yang tidak terpengaruh mempunyai ukuran butiran sedang seperti permintaan dalam persediaan baja karbon rendah.



REVIEW

Kegiatan Belajar 1
Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut secara singkat dan jelas !
1. Logam dapat dibagi menjadi beberapa golongan, sebutkan dan jelaskan minimal 3 golongan tersebut !
……………….. ……………….. …………………………………………………………...
……………….. ……………….. …………………………………………………………...
……………….. ……………….. …………………………………………………………...

2. Berikan contoh-contoh penggunaan logam dalam kehidupan sehari-hari !
• ……………….. ……………….. ……………………….
• ……………….. ……………….. ……………………….
• ……………….. ……………….. ……………………….

3. Sebutkan minimal 4 macam unsur-unsur paduan pada baja dan jelaskan pengaruhnya terhadap baja paduan tersebut.
……………….. ……………….. …………………………………………………………...
……………….. ……………….. …………………………………………………………...
……………….. ……………….. …………………………………………………………...
……………….. ……………….. …………………………………………………………...

4. Apa arti kode baja dengan nomor : C 1085, B 1301 ?
……………….. ……………….. ……………………….
……………….. ……………….. ……………………….


5. Berapa persenkah kandungan karbor pada baja dan besi cor ?
……………….. ……………….. ……………………….
6. Jelaskan penggunaan bahan tembaga, aluminium dan nikel secara umum !
……………….. ……………….. ……………………….
……………….. ……………….. ……………………….
……………….. ……………….. ……………………….

7. Untuk mengidentifikasi jenis logam teknik, salah satunya adalah dengan melakukan tes bunga api ( spark test ), jelaskan ciri-ciri bunga api dari bahan-bahan berikut ini !
• baja karbon rendah
• baja karbon tinggi
• baja tuang kelabu
• baja paduan nikel.
• ……………….. ……………….. ……………………….
• ……………….. ……………….. ……………………….
• ……………….. ……………….. ……………………….
• ……………….. ……………….. ……………………….









Kegiatan Belajar 2
Silangilah (X) alternatif jawaban yang paling tepat ( a, b, c atau d ) dari soal-soal berikut !
1. Penuangan berkelanjutan (continuous casting furnace) digunakan untuk memproduksi:
a. besi tuang
b. baja struktur, profil dan pelat
c. besi kasar terus menerus
d. pemasukan kokas terus menerus
2. Oksigen digunakan pada dapur pembuatan baja oksigen adalah untuk:
a. membersihkan dapur
b. meningkatkan laju produksi
c. menghilangkan bahan-bahan yang tidak diperlukan
d. menggunakan panas lebih sedikit
3. Dapur yang digunakan untuk menghasilkan besi kasar adalah:
a. dapur baja listrik
b. dapur oksigen
c. dapur tinggi
d. dapur baja terbuka
4. Yang tidak termasuk bahan-bahan baku dalam proses pembuatan besi kasar adalah:
a. Batu kapur
b. Karbon
c. Bijih besi
d. Kokas
5. Baja yang dihasilkan dari proses pengerolan awal berupa:
a. pelat tipis
b. batangan ( billet )
c. pelat tebal ( bloom )
d. baja profil


6. Kokas digunakan dalam pembuatan baja untuk:
a. membuang gas dan dapur
b. melelehkan besi dan bijih
c. menambahkan karbon ke bijih besi
d. berfungsi sebagai bahan oksidasi
7 .Dapur baja listrik (electric arc furnace) digunakan untuk menghasilkan:
a. semua jenis baja
b. besituang
c. besi kasar
d. baja karbon rendah
8. Dapur baja terbuka dalam pembuatan baja diisi dengan:
a. bijih besi, kokas, dan batu kapur
b. besi bekas dan besi kasar
c. 100%besi bekas
d. besi tuang bekas dan besi kasar
9. Kapan unsur-unsur campuran (alloy) pada pembuatan stainless dimasukkan ke dalam dapur baja listrik?
a. Bersama dengan besi bekas
b. Setelah cairan logam dituangkan
c. Dalam beberapa tahap selama peleburan
d. Sebelum cairan besi dituang
10. Sebelum melakukan pengisian pada dapur tinggi, bijih besi dibuat pellet adalah untuk:
a. memisahkan bijih dan bahan-bahan yang tidak diperlukan
b. membuat bijih lebih mudah dimasukkan ke dalam dapur
c. mengecek kualitas bijih
e. menjadikan pemakalan kokas dan batu kapur lebih irit






Kegiatan Belajar 3
Silangilah (X) alternatif jawaban yang paling tepat ( a, b, c atau d ) dari soal-soal berikut !
1. Baja karbon sedang mengandung karbon dengan persentasi yang lebih tiriggi dibandingkan dengan baja karbon rendah, karenanya baja karbon sedang:
a. dapat dilas dengan mudah tanpa perlakuan khusus
b. cocok untuk karya ornamen baja
c. lebih berat
d. lebih sukar dilas
2. Temperatur kritis rendah untuk baja karbon adalah:
a. 690° C
b. 723° C
c. 815°C
d. 980°C
3. Diagram yang digunakan untuk menentukan perubahan struktur logam selama pemanasan dan pendinginan yang cepat disebut:
a. diagram temperatur
b. diagram pendinginan
c. diagram phasa baja karbon
d. diagram struktural
4. Jika baja karbon sedang dipanaskan hingga di atas temperatur kritis rendah dan didinginkan dengan cepat, baja tersebut akan:
a. menjadi Iebih keras
b. berubah massanya
c. menjadi Iebih mudah dibengkokkan
d. berubah kandungan karbonnya
5. Komponen-komponen mesin biasanya dibuat dari:
a. baja karbon sedang
b. baja karbon tinggi
c. baja campuran tinggi
d. baja karbon rendah
6. Besi tuang kelabu lebih banyak digunakan dalam fabrikasi logam. Yang tidak termasuk alasan penggunaannya tersebut adalah :
a. besi tuang kelabu lebih lunak
b. besi tuang kelabu mudah dicetak
c. besi tuang kelabu lebih tahan terhadap korosi
d. besi tuang kelabu lebih mudah dilas.
7. Bentuk struktur besi tuang putih adalah :


a. b.

c. d.
8. Yang tidak termasuk alasan/ pertimbangan dalam penggunaan besi tuang spesial adalah :
a. Tahan terhadap oksidasi
b. Tahan terhadap aus
c. Kekuatan tarik lebih tinggi
d. Mudah dibentuk/ dikerjakan.
9. Untuk mendapatkan sifat tahan karat pada suatu baja, maka saat proses produksi ditambahkan unsur :
a. chromium sebanyak 11%
b. chromium minimum 11%
c. nikel sebanyak 11%
d. nikel maksimum 8%
10. Logam ringan yang dapat digunakan untuk bahan pembuat bom pembakar adalah :
a. Aluminium
b. Magnesium
c. Uranium
d. Vanadium
Kegiatan Belajar 4
Silangilah (X) alternatif jawaban yang paling tepat ( a, b, c atau d ) dari soal-soal berikut !

1. Temperatur pemanasan untuk menghilangkan tegangan sisa ( stess relieve ) adalah :
a. 590°C-670°C
b. 590°C-723°C
c. 30°C - 400°C
d. di atas temperatur kritis ( 723°C )
2. Tujuan dilakukan proses pelunakan ( annealing ) pada suatu bahan adalah :
a. Agar dapat dilas dengan mudah
b. Agar bisa dibengkokkan atau dibentuk dalam keadaan dingin
c. Agar lebih tahan terhadap beban kejut
d. Agar memperoleh butiran yang lebih kecil.
3. Proses perlakuan panas yang dilakukan untuk memperlambat kecepatan pendinginan las adalah:
a. penghilangan tegangan sisa
b. pemanasan sebelum pengerjaan
C. penormalan
d. pelunakan
4. Penormalan benda kerja yang dilas dapat:
a. meningkatkan kekerasan bahan
b. meningkatkan ukuran butiran las
c. menghasilkan keliatan dan sifat yang merata
d. meningkatkan kerapuhan
5. Alat pengukur temperatur yang paling sesuai untuk pengukuran temperatur tinggi adalah:
a. barometer
b. cincin pemanas
c. termometer
d. pyrometer


Jawablah soal-soal berikut secara singkat !
1. Proses perlakukan panas lanjutan apakah yang dilakukan untuk mengurangi kekerasan suatu logam?
………………………………….
2. Proses perlakuan panas lanjutan setelah proses pengerasan yang bertujuan untuk mengurangi kekerasan yang terlalu tinggi akibat pendinginan adalah : …………………
3. Tiga metode pemanasan yang dilakukan pada perIakuan panas sebelum dan sesudah pengelasan:
a. ……………………………..
b. ……………………………..
c. ……………………………..
4. Metode pemanasan yang dapat mengendalikan dengan sangat baik pada pemanasan dan pendinginan untuk semua perlakuan panas adalah : ………………………………
5. Dua alat yang digunakan untuk mengukur dan memonitor temperatur perlakuan panas :
a. ……………………………..
b. ……………………………..

Jawablah soal-soal berikut secara singkat !
1. Kandungan karbon dari :
a. Baja karbon tegangan rendah = ……………………
b. Baja Karbon Tegangan Normal = ……………………
c. Baja Karbon Sedang = ……………………
d. Baja Karbon Tinggi = …………………
2. Kelebihan besi tuang mampu tempa dibandingkan denga besi tuang putih adalah :
…………………………… ……………………… ……………………… ……..
…………………………… ……………………… ……………………… ……..
…………………………… ……………………… ……………………… ……..
3. Baja paduan adalah baja yang mengandung paduan satu atau lebih unsur campuran yang ditambahkan untuk mendapatkan sifat-sifat yang tidak dimiliki oleh baja karbon atau besi tuang. Unsur-unsur yang biasa ditambahkan pada baja paduan antara lain adalah :
-………………… -……………………
-………………… -……………………
-………………… -……………………
4. Yang dimaksud dengan baja creep resistant adalah : …………………………..
5. Kelebihan dan kelemahan dari :
Stainless Steel Kelebihan Kelemahan
Austenitic ………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..

Ferritic ………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..

Martensitic ………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..


6. Kemurnian emas dinyatakan dalam karat. Logam emas murni sama dengan 24 karat, sedang emas 18 karat artinya adalah :
…………………………… ……………………… ……………………… ……..
…………………………… ……………………… ……………………… ……..











Kegiatan Belajar 5
Petunjuk :
a. Untuk soal nomor 1 s.d 4 pilihlah (beri tanda X) satu jawaban yang benar dari empat
jawaban yang ada.
b. Untuk soal nomor 6 s.d 10 jawablah pertanyaan dengan singkat dan jelas
SOAL.
1. Pada diagram keseimbangan besi – besi karbid, berapa temperatur kritis bawah baja
karbon :
a. 732C b. 1300C c. 723C d. 600C
2. Baja hypoeutectoid mengandung kadar karbon :
a. = 0.8% b. > 0.8 % c. < 0.8 % d. > 2.0 %
3. Gas yang memberikan kontribusi yang besar terhadap terjadinya retak HAZ adalah :
a. Nitrogen b. Oksigen c. Hidrogen d. Belerang
4. Temperatur logam induk yang terdekat dengan daerah pengaruh panas (HAZ) :
a. 732C b. 1300C - 1500C c. >1500C d. <1300C
5 Sebutkan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi perubahan kekerasan pada logam.
6 Buatkan kurva pendinginan logam secara sederhana, dan jelaskan.
7 Sebutkan gas apa saja yang larut dalam logam cair dan padat, pada pengelasan.
8 Sebutkan faktor yang mempengaruhi perubahanstruktur butiran pada las.
9 Buatkan secara singkat dan jelaskan diagram keseimbangan besi karbid.





DAFTAR PUSTAKA
1. Judul: Ilmu Bahan Logam
Pengarang: B.J.M Beumer Ing.
Terjamahan B.S. Anwir
Penerbit: Bhratara Jakarta
Tahun Terbit: 1994

2. Judul: Pengolahan Logam
Pengarang: Drs. Rizal Sani
Penerbit: PPPG Teknologi Bandung
Tahun Terbit: 1997

3. Judul: Material Science
Pengarang: Australian Nasional Training Authority
Penerbit: Australian Training Products
Tahun Terbit: 1997

4. Judul: Welding Metallurgy
Pengarang: Departement of Education and Training
TAFE - NSW
Penerbit: Manufacturing and Engineering Education Services Devision
Southern Sydney Institute NSW
Tahun Terbit: 1998

5. Judul: Teknologi Pengelasan Logam
Pengarang: Toshie Okumura, DR. Prof. alih bahasa oleh
Harsono Wiryosumarto, Ir. DR. Prof.
Penerbit: PT. Padnya Paramita
Tahun Terbit: 1981

6. Judul: Pengetahuan Bahan Teknik
Pengarang: Shinroku Saito, DR. Prof. alih bahasa oleh
Tata Surdia, Ir. MS.Met. E. Prof.
Penerbit: PT. Pradnya Paramita
Tahun Terbit: 1995

LEMBAR PENILAIAN
Modul : Pengetahuan Bahan
Nama Perserta Pelatihan : ……………………………………
Nama Penilai : ………….………………..……….

Peserta yang Dinilai : Kompeten 
Kompetensi yang Dicapai : 
Umpan balik untuk Peserta:





Tanda tangan
Peserta sudah diberitahu tentang hasil penilaian dan alasan-alasan mengambil keputusan Tanda Tangan Penilai:



Tanggal :

Saya sudah diberitahu tentang hasil penilaian dan alasan mengambil keputusan tersebut. Tanda Tangan Peserta Pelatihan:



Tanggal :

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar