Klasifikasi Baja
Baja adalah paduan yang paling
banyak digunakan manusia, jenis dan bentuknya sangat banyak. Karena penggunaanya
yang sangat luas maka berbagai pihak sering membuat klasifikasi menurut
keperluan masing-maslng.
{tocify} $title={Daftar Isi Artikel}
Ada beberapa cara
mengklasifikasikan baja, antara lain:
a. menurut cara pembuatannya;baja Bessemer, baja
Siemens-Martin (Open hearth), baja
Listrik, dan lainnya.
b. menurut
penggunaanya; baja konstruksi, baja mesin, baja pegas, baja ketel, baja. perkakas,
dan lainnya.
c. menurut
kekuatannya ; baja kekuatan Iunak, baja kekuatan tinggi
d. menurut
strukturmikronya; baja eutektoid, baja hypoeutektoid, baja hypereutektoid, baja
austenitik,baja ferritik, baja martensitik dan lainnya.
e. menurut
komposisi kimianya, baja karbon, baja paduan rendah,baja paduan tinggi, dan
lainnya.
Biasanya klasifikasi baja yang
sering digunakan tidak hanya berpegang pada salah satu cara saja tetapi
merupakan gabungan dari beberapa cara di atas.
Untuk mempelajari baja sebagai
objek pembahasan pada Ilmu Logam akan lebih mudah bila baja diklasifikasikan
menurut komposisi kimianya atau struktur mikrohya.
Baca Juga:
- Sifat Dan Klasifikasi Mekanika Bahan
- Pengecoran dan Pelapisan Logam
- Heat Treatment (Pengolahan Panas)
- Material Polimer
- Pembuatan Komposit
Menurut komposisi kimianya
baja dapat dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu baja karbon (baja tanpa
paduan, plain carbon steel) dan baja paduan. Baja karbon bukan berarti baja
yang sama sekali tidak mengandung unsur lain selain besi dan karbon. Baja karbon masih mengandung sejumlah unsur
lain, tetapi masih dalam batas-batas tertentu yang tidak banyak berpengaruh
terhadap sifatnya.
Unsur-unsur ini biasanya
merupakan ikutan yang berasal dari proses pembuatan besi/baja, seperti mangan
dan silikon, dan beberapa unsur pengotoran, seperti belerang, phosphor,
oksigen, nitrogen dan lainnya yang biasanya ditekan sampai kadar sangat kecil.
Baja dengan kadar mangan kurang dari 0,8 %, silikon' kurang dari 0,5 % dan unsur lain sangat sedikit, dapat dianggap sebagai baja karbon. Mangan dan silikon sengaja ditambahkan dalam proses pernbuatan baja sebagai deoxidiser, utuk mengurangi pengaruh buruk dari beberapa unsur pengotoran. Baja paduan mengandung unsur-unsur paduan yang sengaja ditambahkan uutuk memperoleh sifat-sifat tertentu.
Low carbon steel
kadar karbon sampai 0,2 %, sangat
luas penggunaanya, sebagai baja koustruksi umum, untuk baja profit rangka
bangunan, baja tulangan beton, rangka kendaraan, mur baut, pelat, pipa dan
lain-lain. Baja ini kekuatannya relatif rendah, lunak, tetapi keuletannya
liuggi, mudah dibentuk dan dimachining.Baja ini tidak dapat dikeraskan.
Medium carbon steel
kadar karbon 0,25-0,55 %, lebih kuat dan keras, dan dapat
dikeraskan. Penggunaanya hampir sama dengan low carbon steel, digunakan untuk
yang memerlukan kekuatan dan ketangguhan yang lebih tinggi. Juga banyak
digunakan sebagai baja konstruksi mesin, untuk poros, roda gigi,dan lainnya.
High carbon steel,
kadar karbon lebih dari 0,55
%, lebih
kuat dan lebih keras lagi, tetapi keuletan dan ketangguhannya rendah. Baja ini
terutama digunakan untuk perkakas, yang biasanya memerlukan sifat tahan aus,
misalnya untuk mata bor, hamer, tap dan perkakas tangan yang lain.
Low alloy steel,
Baja paduan dengan kadar unsur
paduan rendah (kurang dari 10 %), mempunyai kekuatan dan ketangguhan lebih
tinggi daripada baja karbon dengan kadar karbon yang sama atau mempunyai
keuletan lebih tinggi dari pada baja karbon dengan kekuatan yang sama.
Hardenability dan sifat tahan korosi pada umumnya lebih baik. Banyak digunakan
sebagai baja konstruksi mesin.
High alloy steel,
Baja paduan dengan kadar unsur
paduan tinggi, mempunyai sifat khusus tertentu, baja tahan karat (stainless
steel), baja perkakas (tool steel, misalnya High Speed Steel,HSS), baja tahan
panas (heat resisting steel) dan lain-lain.
Pengaruh Unsur paduan
Baja karbon biasanya sudah
cukup memuaskan untuk digunakan bila persyaratan kekuatan, keuletan dan
Iain-lain tidak terlalu tinggi, baja karbon juga cukup baik untuk digunakan
pada temperatur kamar dan pada kondisi lingkungan yang tidak terlalu korosif.
Harganyapun relatif murah. Tetapi dalam beberapa hal baja karbon tidak memenuhi
syarat untuk dipergunakan.
Baja karbon dapat mencapai
kekuatan yang tinggi, dengan menaikkan kadar karbonnya, tetapi ini sangat
menurunkan keuletan dan ketangguhannya. Kekuatannya akan banyak berkurang bila
bekerja pada teraperatur yang agak tinggi. Pada temperatur rendah ketangguhannya
menurun cukup drastis.
Baja karbon mempunyai
hardenability yang umumnya agak rendah, dan setelah pengerasan mudah rnenjadi
lunak kembali bila mengalami pemanasan.
Hal-hal ini sering merupakan
hambatan/kesulitan dalam penggunaan baja karbon. Dengan menambahkan satu atau
beberapa unsur paduan tertentu maka
banyak di antara kesulitan
teisebut dapatteratasi. Baja dengan tambahan beberapa unsur paduan dinamakan
baja paduan.
Unsur paduan sengaja
ditambahkan ke dalam baja dengan tujuan untuk mencapai salah satu atau beberapa
dari tujuan berikut :
1. menaikkan
hardenability
2. memperbaiki
kekuatan pada temperatur biasa
3. memperbaiki
sifat mekanik pada temperatur rendah atau tinggi
4. memperbaiki
ketangguhan pada tingkat kekuatan atau kekerasaa tertentu
5. menaikkan
sifat tahan aus
6. menaikkan
sifat tahan korosi
7. menaikkan
sifat kemagnitan
Pengaruh unsur paduan terhadap
baja banyak dipengaruhi oleh cara penyebarannya di dalam konstituen baja itu.
Pada dasarnya semua unsur paduan, sedikit atau banyak, dapat larut di dalam
ferrit, dan austenit pada umumnya dapat melarutkan unsur paduan dalam kadar
yang lebih banyak tinggi.
Sebagian dari unsur-unsur paduan di dalam baja cenderung akan membentuk karbida, ada yang kecenderungannya tinggi ada pula yang rendah, bahkan ada yang tidak pernah dijumpai membentuk karbida.
Unsur paduan yang mempunyai kecenderungan kuat untuk larut dalam ferrit biasanya tidak membentuk karbida. Sebaliknya yang mempunyai kecenderungan kuat untuk mernbentuk karbida kelarutannya di dalam ferrit iebih terbatas. gambar di bawah ini memperlihatkan pengelompokan unsur paduan.
 |
| Gambar. Pengelompokan Unsur Paduan |
Unsur paduan selain mungkin
dapat larut didalam ferrit dan austenit, dan membentuk karbida juga ada yang
dapat mernbentuk nitrida. Dan ternyata juga selain dapat membentuk suatu fase,
unsur paduan juga dapat menstabilkan suatu fase (walaupun ia sendiri tidak ikut
membentuk fase tersebut).
Dari sini unsur paduan dapat
dikelompokkan menurut fungsinya, membentuk suatu fase atau menstabilkan suatu
fase tertentu. Kelompok unsur paduan menurut fungsinya:
1. Ferrite stabilixer,
yaitu unsur paduan yang
membuat ferrit menjadi lebih stabil sampai ke temperatur yang lebih tinggi.
Biasanya ferrit akan bertransformasi menjadi austenit pada suatu temperatur
tertentu, dengan adanya unsur paduan ferrite stabilzer maka temperatur
transformasi ini akan naik, bahkan bila
jumlah unsur itu cukup banyak ferrit tetap stabil sampai mulai terjadinya
pencairan.
Sebenarnya hampir semua unsur
paduan mempunyai sifat ini, kecuali Nickel dan Mangan. Yang terpenting pada
kelompok ini adalah Cr, Si, Mo, W dan Al.
2. Auatenite stabilixer,
yaitu unsu paduan yang membuat
austenit menjadi lebih stabil pada ternperatur yang lebih rendah. Biasanya
austenit akan mulai bertransformasi bila didinginkan sampai ke temperatur
tertentu, dengan adanya unsur paduan ini temperatur transformasi ini menjadi lebih
rendah, bahkan dapat mencapai temperatur kamar. Unsur yang terpenting pada kelompok
ini adalah Ni dan Mn.
3. Carbide forming elements,
yaitu unsur paduan yang di
dalarn baja dapat membentuk karbida.Yang terpenting dalam kelompok ini (diunit
mulai dari yang mempunyai affiniti terhadap karbon rendah) yaitu Cr, W, Mo, V,
Ti, Nb, Ta dan Zr.
Bila di dalam baja terdapat
lebi dari satu unsur pembentuk karbida belum tentu semuanya akan membentuk
karbida, unsur yang mempunyai affiniti lebih rendah mungkin tidak dapat membentuk karbida bila hampir semua karbon
sudah terikat oleh unsur dengan afffniti yang lebih tinggi.
Karbida yang terbentuk ini
dapat berupa karbida sederhana atau karbida kompleks. Adanya karbida akan
menaikkan sifat tahan aus, biasanya alloy tool steel meugandung unsur pembentuk karbida dengan kadar yang
cukup tinggi.
4. Carbide stabilizer,
yaitu unsur paduan yang
membuat karbida menjadi lebih stabil, tidak mudah terurai dan larut ke dalam
suatu fase. Unsur-unsur dalam kelompok ini (diurut dari yang lemah ke kuat):
Co, Ni, W, Mo, Mn, Cr, V, Ti, Nb dan Ta.
Di sini tampak bahwa tidak
selalu carbide former yangkuat adalah juga carbide stabilizeryang kuat,
misalnya Mn, ia adalah carbide former yang sangat lemah tetapi ia dapat
berfungsi sebagai carbide stabilizer yang cukup kuat, bahkan lebih kuat dari
Mo.
5. Nitride forming elements,
yaitu unsur yang dapat
membentuk nitrida. Pada dasarnya semua unsur pembentuk karbida adalah juga
pembentuk nitrida (yang dapat membentuk nitrida bila dilakukan nitriding).
Gambar diatas memperlihatkan
pengaruh unsur paduan terhadap kekerasan sesudah proses nitriding. Tampak bahwa
Al dan Ti mempunyai pengaruh paling kuat untuk menaikkan kekerasan setelah
nitriding.
Pengaruh terhadap ferrit
Semua unsur paduan yang
membentuk larutan padat akan menaikkan kekerasan dan kekuatan. Demikian pula
halnya dengan unsur paduan yang larut ke dalam ferrit, akan menaikkan kekerasan
dan kekuatan ferrit. Memang pengaruh dari masing-masing unsur tidak sama, hal
ini digambarkan pada grafik.
Gambar dibawah Dari grafik itu ternyata Si dan Mn, unsur
paduan yang paling sering dijumpai, mempunyai pengaruh yang paling besar,
sedangkan Cr mempunyai pengaruh yang paling kecil.
 |
| Gambar. Pengaruh Unsur Paduan Terhadap Ferit |
Namun demikian pengaruh unsur
paduan terhadap kekuatan dan kekerasan baja secara keseluruhan hampir tidak
berarti bila tidak terjadi perubahan struktur.
Gambar dibawah memperlihatkan
hal ini. Pada struktur yang furnace cooled hampir tidak terjadi kenaikan
kekuatan tetapi pada struktur yang air cooled terjadi kenaikan kekuatan yang
cukup tinggi.
 |
| Gambar. Pengaruh unsur chrom terhadap kenaikan kekuatan baja |
Gambar, Pengaruh unsur chrom
terhadap kenaikan kekuatan baja Karena pengaruh chrom yang kecil inilah ia
banyak digunakan sebagai unsur paduan pada baja yang akan banyak mengalami cold
working.
Sifat dan pemakaian baja paduan
Karena begitu banyakaya macam
baja paduan tentunya tidak mungkin untuk membahas satu persatu. Di sini akan
diuraikan secara singkat sifat beberapa-sen baja paduan AISI.
1. Baja nickel (seri 2xxx).
Nickel merupakan unsur paduan
yang paling tua. Kelarutannya di dalam austenit dan ferrit tinggi sekali,
memberikan kekuatan dan ketangguhan yang tinggi. Nickel juga menurunkan kadar
karbon di dalam perlit, sehingga baja mengandung lebih banyak perlit dari pada
baja karbon.
Dan perlit terbentuk pada
temperatur yang lebih rendah (nickel adalah unsur penstabil austenit)
menyebabkan perlitnya lebih halus, lebih tangguh. Baja nickel cocok digunakan
sebagai baja konstruksi kekuatan tinggi yang dipakai pada kondisi as-rolled,
atau benda tempa yang besar yang tidak dikeraskan.
Baja nickel dengan 3,5 % Ni
dan karbon rendah banyak digunakan
sebagai baja untuk carburising, dipakai untuk roda gigi, baut piston rod, dan
Iain-lain. Dengan 5 % Ni, baja lebih kuat dan tangguh, digunakan untuk beban
yang lebih besar. Keberatan dalam pemakaian nickel adalah harganya yang mahal,
sehingga sekarang penggunaannya makin berkurang.
2. Baja chrom (seri 5xxx).
Chrom juga larut di dalam
ferrit danaustenit, terutama pada baja dengan kadar karbon rendah. Ini
akanmenaikkan kekuatan dan ketangguhan. Baja dengan kadar karbon danchrom
rendah biasanya digunakan untuk
dikarburising.
Dengan chrom lebih dari 5 %
sifat pada temperatur tinggi dan sifat tahan korosimenjadi lebih baik. Dengan
chrom lebih dari 10% sifat tahan korosisangat baik (stainless steel). Chrom
dapat membentuk karbida bila, terdapat.cukup karbon, akan menaikkan sifat tahan
aus. Dengan kadar karbon medium hardenability cukup tinggi, oil hardenable,
banyak digunakan untuk pegas, baut mesin, poros dan lain-lain. Dengan kadar karbon
tinggi baja menjadi keras sangat tahan aus, digunakan untuk ball/roller bearing
dan mesin-mesin crusher.
3. Baja nickel chrom (seri 3xxx).
Dalam baj ini a perbandingan
antara nickeldengan chrom 2,5:1, yang memberikan sifat baik dari kedua unsur
paduan itu. Nickel memperbaiki keuletan dan ketangguhan dikombinasi dengan
naiknya hardenability dan sifat tahan aus yangdiberikan oleh chrom.
Dengan kadar karbon rendah
baja ini banyakdigunakan untuk dicarburising. Chrom memberikan sifat tahan
auspada permukaan sedang nickel memberikan ketangguhan pada bagiandalam.
Seri 31xx, 1,5 % Ni dan 0,6 %
Cr, banyak digunakan untukworm gear, piston pin dan lain-lain. Untuk beban
berat seperti aircraft gear, poros dan cam, digunakan seri 33xx, 3,5 % Ni dan
1,5% Cr. Dengan medium carbon, baja ini digunakan untuk automotive connecting
rod, drive shaft dan lain-lain. Sekarang baja ini kurangbanyak dipakai, digantikan
oleh seri 87xx dan 88xx, nickel chrommoly steel, yang lebih murah.
4. Baja mangan (seri 13xx).
Mangan salah satu unsur paduan
yangpaling murah, selalu ada dalam baja, sebagai deoxidiser. Manganmengurangi
kecenderungan terjadinya hot shortness
yang di timbulkan oleh belerang. Mn mencegah terjadinya FeS yang
membentuk eutektik dengan besi yang menjadikan baja mengalami hot shortness.
Dengan membentuk MnS, yang titik leburnya lebih tinggi, kemungkinan terjadinya
retak pada saat pengerjaan temperatur tinggi.
5. Baja tungsten.
Tungsten (wolfram) salah aatu
carbide former yangkuat, mempunyaipengaruh menaikkan hardenability sangat kuat
danmenghambat pelunakan martensit pada saat tempering.
Secara umumsifat/pengaruh
tungsten sama dengan molybden, hanya saja molybden sedikit lebih kuat
pengaruhnya, sehingga untuk mencapai efek yangsama akan diperlukan tungsten
lebih banyak, kira-kira 1 % Mo samapengaruhnya dengan 2-3 % W.
Karena harganya cukup mahal
danharus digunakan dalam jumlah yang lebih banyak, maka tungstenbiasanya tidak
digunakan pada baja konstruksi, biasanya digunakan pada baja perkakas.
6. Baja vanadium.
Vanadium, unsur paduan yang
paling mahal, deoxidize dan carbide former yang sangat kuat, menghambat
pertumbuhan butir. Dengan 0,05% V dapat dihasilkan suatu bendatuangan yang
baik, uniform dan fine grained. Vanadium juga menaikkan hardenability. Baja
chrom vanadium (seri 61xx) dengankarbon rendah digunakan untuk peralatan yang
dicasehardening.
Dengan medium carbon
ketangguhan dan kekuatannya tinggi sekali, dipakai untuk poros dan pegas. Dengan karbon tinggi kekerasan dansifat tahan ausnya
tinggi, digunakan untuk bearing dan baja perkakas.
7. Baja silikon.
Seperti mangan, silikon juga
deoxidiser yang murah selalu terdapat dalam baja, baja dianggap sebagai baja
paduan bila mengan dung silikon lebih dari 0,6 %, yaitu baja silikon. Sepertinickel,
silikon juga bukan cabide former, larut dalam ferrit dan menaikkan kekuatan
serta ketangguhan. Baja dengan 1-2 % Si, dikenai sebagai navy steel digunakan
sebagai baja untuk konstruksi yang memerlukan yield point tinggi. Dengan 3 % Si
dan 0,01 % C, dikenal sebagai Hadfield silicon steel mempunyai sifat kemagnitan
yang baik, dipakai pada alat listrik. Baja silikon mangan (AISI 9260) mempunyai
kekuatan, keuletan dan ketangguhan tinggi, banyakdigunakan untuk pegas daun
maupun spiral, juga untuk chisel dan punch.
Mau donasi lewat mana?
Donate with PaypalGopay-