< Previous TEKNOLOGI MEKANIK 4 1.2 PENGOLAHAN BAHAN Pada proses pengolahan logam (ferro) di pabrik, terlebih dahulu digalilah bijih-bijih besi yang berupa gumpalan tanah yang mengandung pasir besi dalam pertambangan. Kemudian bijih-bijih besi tersebut diangkut ke pabrik pengolahan besi baja untuk diproses lebih lanjut. Sebelum dimasukkan kedalam dapur tinggi, bijih besi tersebut didahului proses pendahuluan, yaitu : 1. Penyucian 2. Pemecahan 3. Pembersihan 4. Pemanggangan Maksud perlakuan pendahuluan ini adalah, setelah di cuci bersih dari kotoran yang melekat lalu dipecah-pecah menjadi bagian kecil yang sama besarnya dan mudah diangkut serta mudah pengerjaannya. Kemudian dimasukkan kedalam alat pemisah untuk memilah bijih besi yang banyak kandungan besinya. Proses selanjutnya di lakukan pemanggangan di dalam oven pemanas untuk mengurangi berat kadar belerang yang dalam bijih besi dan mengeluarkan kandungan zat asam arangnya. Bijih-bijih besi ada beberapa macam jenisnya, jenis-jenis yang terpenting ialah: 1. Batu besi coklat (2Fe2O3 + 3H2O), mengandung kadar besi 40%. 2. Batu besi merah (Fe2O3), mengandung kadar besi 50% 3. Batu besi magnet (Fe3O4), mengandung kadar besi antara 60% 4. Batu besi kalsit (FeCO3), mengandung kadar besi 40% 1.2.1 PENGOLAHAN BESI Seperti telah diuraikan didepan, besi di olah dari bijih besi, terutama batu besi coklat, batu besi merah dan batu besi magnet. Tingkat pertama ialah mereduksi bijih besi menjadi logam besi. Sifat oksida besi sangat berbeda dengan sifat unsur besi, untuk itu zat asam yang ada didalamnya perlu dikeluarkan. Untuk memisahkan zat asam dari bijih besi biasanya digunakan dapur tinggi. Proses ini dikenal sebagai peleburan dalam dapur tinggi. TEKNOLOGI MEKANIK 5 Gambar 1.1. Proses Pengolahan Bijih Besi Dapur tinggi dari puncaknya diberi muatan bijih besi, kokas dan batu kapur. Kokas memberikan panas dan untuk membantu pembakaran. Dari bawah ditiupkan udara panas melalui pipa-pipa yang disebut dengan pipa tiup ke dalam dapur tinggi. Bagian-bagian bijih besi yang bukan logam bersenyawa dengan batu kapur, kemudian menjadi buih logam atau terak. Selama pemberian panas yang merupakan proses terus menerus, besi yang mencair turun ke dasar dapur tinggi dengan membiarkan terak terapung di atasnya. Terdapat dua buah saluran dan berselang-selang terak dialirkan melalui saluran atas dan besi cair melalui saluran bawah yang kemudian di alirkan kedalam cetakan-cetakan. Balok-balok besi yang diperoleh secara demikian disebut besi kasar. Besi kasar yang dihasilkan dapur tinggi dibagi menjadi 2 golongan, yaitu besi kasar kelabu dan besi kasar putih. Suhu kerja pada proses pengolahan besi ini 1320ºC – 1800ºC. 1.2.2 PENGOLAHAN BESI TUANG Besi tuang diproduksi dengan melebur kembali besi kasar kelabu dengan besi tua dan baja, lalu membakarnya dengan kokas dan batu kapur dalam dapur tinggi yang lebih kecil sama seperti pada dapur tinggi, dapur ini juga diisi bahan bakar dan bahan tambahan. Proses pencairan dalam dapur dilakukan beberapa kali untuk memperbaiki mutu. Bahan tambahan yang dipakai biasanya kapur, kadang-kadang bahan tambahan lain. Hal ini dilakukan untuk memberikan sifat-sifat yang lebih baik TEKNOLOGI MEKANIK 6 kepada besi. Kalau menghendaki suhu cair rendah 1100ºC – 1200ºC, tetapi keras dan rapuh, cukup diambilkan besi kasar yang berasal dari bijih besi dengan kadar zat arang yang tingggi. Bahan tambahan silisium dipergunakan untuk menambah kekuatan benda dan mempertinggi titik cair. Fosfor dapat memudahkan penuangan tetapi membuat besi tuang menjadi rapuh. Bila besi tuang dipakai untuk mutu yang tinggi, maka harus ditambahkan nikel atau krom waktu terjadi proses peleburan. Besi tuang yang diberi bahan tambahan mangaan, warnanya menjadi kehitam-hitaman. Gambar 1.2. Dapur Kubah Dapur besi tuang yang dikenal dengan nama dapur kubah tingginya bervariasi antara 3 – 10 m dengan suhu kerja 1320ºC – 1500ºC. Panas diperoleh dari kokas dan udara panas yang ditiupkan melalui pipa tiup untuk membantu pembakaran. Besi cair turun kedasar dapur kubah, di salurkan dan dialirkan kecetakan-cetakan. Cetakan-cetakan ini dibuat dari pasir khusus menurut bentuk model kayu yang di inginkan. Produk hasil proses ini dikenal sebagai tuangan. 1.2.3 PENGOLAHAN BAJA Pengerjaan dasar dalam pengolahan baja, ialah peleburan bahan-bahan logam dan kemudian mengolahnya. Bahan bakunya untuk pengolahan baja terdiri atas: besi dapur tinggi (besi kasar) baja tua bahan tambahan (batu kapur, silika dan antrasit) Pengolahan baja modern dialihkan ke metode busur nyala api atau metode oksigen basah (metode LD dan LDAC). Selama beberapa waktu, dapur tungku terbuka diterapkan secara luas dalam pengolahan baja di Inggris. TEKNOLOGI MEKANIK 7 Proses Bessemer juga diterapkan di Inggris, tetapi lebih popular di Eropa. Walaupun masih dipergunakan, metode dapur tungku terbuka dan proses Bessemer makin lama makin menjadi kuno. Dengan diperkenalkannya dapur busur nyala api dan metode oksigen basah. Dapur busur nyala api mampu mengolah baja berkualitas tinggi dan baja campuran dari baja tua. Metode oksigen basah, yang mula-mula dikembangkan di Linz dan Donawitz di Austria merupakan metode yang sederhana dan ekonomis untuk mengolah bermacam-macam besi kasar. Proses Kaldo yang diterapkan di Swedia berdasarkan metode dapur tungku terbuka. Daripada menambahkan oksida besi, oksigen ditiupkan pada terak. Bejana diputar untuk membantu pemindahan panas. Metode lain yang dikembangkan di Jerman ialah proses Rotor. Metode ini sama dengan proses Kaldo, tetapi sejumlah oksigen juga ditiupkan kedalam cairan untuk membantu pengoksidasian yang cepat. Bejana dalam proses ini juga diputar untuk membantu pemindahan panas. Bila lapisan dapur rusak karena panas yang berlebihan, lapisan diperbaiki antara proses pembakaran dengan cara mengkondisikannya (Fettling). Cara memuat dapur dan proses peleburan diatur untuk mengurangi kerusakan lapisan, tetapi tetap diperlukan perbaikan pada setiap kerusakan. Perbaikan itu dilakukan dengan melempar dolomite, maknesit atau dalam hal-hal tertentu pasir silika kebagian yang rusak. Suhu kerja pengolahan baja ini 1320ºC – 1500ºC. 1.2.4 DAPUR TUNGKU TERBUKA BASA Dapur tungku terbuka basa atau converter martin in berbentuk seperti cawan lonjong dangkal yang dilapis dengan magnesit atau dolomite. Mula-mula batu kapur, bijih besi dan baja tua yang diisikan, dipanaskan kemudian besi kasar cair dimuatkan. Sumber panasnya ialah gas yang dipanaskan sebelumnya dan udara atau minyak bahan bakar dan udara. TEKNOLOGI MEKANIK 8 Gambar 1.3. Dapur Tungku Terbuka Basa Nyala api langsung menyentuh permukaan cairan. Maksudnya ialah untuk menghilangkan kotoran-kotoran dari cairan, terutama karbon, sulfur dan fosfor. Sulfur dan fosfor dihilangkan oleh terak dan karbon terbakar sebagai gas. Contoh cairan logam berulang kali diambil dari dapur dan diuji untuk menetapkan kadar karbon dalam cairan. Bila kadar karbon yang diperlukan tercapai, terak terbentuk dengan menambahkan oksida besi dan kapur pada cairan. Karena kita dapat membentuk terak pada setiap saat yang diinginkan, maka baja dengan batas kadar karbon yang luas dapat diproses. Sekalipun konvertor martin dibangun untuk pembuatan baja dari baja tua, ternyata oven juga berguna untuk fabrikasi baja dari besi kasar dan besi tua atau bijih. Nyala api yang menyapu memanaskan isi oven dan mengoksidasikan campuran tambahan. Dengan bahan imbuh campuran tambahan yang diosidasikan membentuk terak. Terak ini akan menutup hubungan lanjut dari isi oven dengan nyala api, jikalau dalam cairan tidak ditambahkan besi tua atau bijih. Pada akhir proses pengolahan dapat diberikan bahan tambahan lain pada cairan, baik kedalam dapur maupun pada waktu cairan disalurkan kedalam sendok penyerok. Hasil akhir konvertor martin disebut baja martin. Baja ini bermutu baik, karena susunannya dapat ditentukan dengan teliti disebabkan proses yang memakan waktu yang panjang. Oleh karena itu baja ini berguna untuk pembuatan konstruksi dan bagian-bagian mesin (seperti baut, poros, poros engkol, batang penggerak dan pasak). TEKNOLOGI MEKANIK 9 1.2.5 PROSES BESSEMER Konvertor Bessemer ialah bejana baja berbentuk buah labu yang dilapis dengan bahan tahan api. Konvertor ini dapat dimiringkan untuk memuat dan membongkar isinya. Gambar 1.4. Konvertor Bessemer Pada proses konvertor bessemer ini tidak diterapkan pemanasan, karena konvertor diisi dengan besi kasar yang sudah dalam keadaan cair.Setelah diisi, konvertor ditegakkan kembali dan hembusan udara dari alas dipaksakan menembus muatan cair itu, hal ini dikenal sebagai tiupan. Setelah beberapa waktu lamanya, nyala api kelihatan pada mulut konvertor kemudian nyala api meningkat dengan cepat dan akhirnya padam, menunjukkan bahwa semua karbon, mangan dan silisium telah terbakar dari logam.Pada tingkatan ini cairan membutuhkan campuran bahan-bahan lainnya untuk memberikan sifat-sifat baja yang diinginkan. Karenanya sejumlah karbon, mangan dan silisium yang sesuai harus ditambahkan pada cairan. Ini dilakukan dengan menambah unsur-unsur tersebut di atas dalam jumlah yang diketahui. Biasanya dalam bentuk batu bara, ferro mangan dan ferro silisium ke dalam sendok penyerok, tempat baja dialirkan. Dengan cara pemanasan terlebih dahulu ini kita meningkatkan suhu oven. 1.2.6 DAPUR LISTRIK BUSUR CAHAYA Dapur ini terdiri atas tungku baja berbentuk bulat yang dangkal, dilapis dengan bahan tahan api. Tiga batang elektroda karbon yang dapat dinaikkan dan diturunkan, masuk ke dalam dapur melewati tutup dapur dan menyentuh logam yang akan dilebur. TEKNOLOGI MEKANIK 10 Gambar 1.5. Dapur Listrik Busur Cahaya Arus listrik dialirkan melalui elektroda-elektroda itu dan membentuk sirkuit dengan logam. Bila sirkuit tercapai, elektroda-elektroda dinaikkan, maka arus meloncati celah antara ujung-ujung elektroda dan logam. Bunga api yang menjembatani celah itu disebut busur cahaya. Panas yang dibangkitkan oleh busur cahaya menyebabkan logam menjadi cair. Proses ini dapat memproduksi sampai 20 ton baja berkualitas tinggi. 1.2.7 PROSES OKSIGEN BASA (PROSES L.D.A.C) Mula-mula dikembangkan di Linz dan Donawitz di Austria sebagai proses L.D., kemudian dikembangkan lebih lanjut di Luksemburg sebagai proses LDAC. Proses ini merupakan metode yang sederhana, ekonomis dan berhasil baik dalam pengolahan baja. Dipergunakan sejenis dapur yang sederhana. Gambar 1.6. Proses Oksigen Basa Pancaran oksigen bertenaga tinggi dari atas di injeksikan ke dalam besi cair. Oksigen mengalir lewat pengabut yang didinginkan dengan air, yang disebut tombak, yang memungkinkan baja bebas nitrogen dapat diproduksi dengan cepat. Oksigen yang dimasukkan melalui tombak bereaksi dengan karbon, silisium dan mangan dalam besi membangkitkan panas yang diperlukan untuk pengolahan. Dalam proses pengolahan baja ini tidak TEKNOLOGI MEKANIK 11 dibutuhkan panas dengan jalan lain. Untuk menangani besi yang mengandung banyak fosfor, yang kadang-kadang diolah di Inggris dan Eropa, dibutuhkan banyak kapur. Kapur itu dimasukkan dari sebuah alat pembagi, yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari tombak, bersama-sama dengan pancaran oksigen. Jumlah kapur yang dimasukkan tergantung pada kadar fosfor bijih besi. Inilah proses LDAC. Kapur memasuki daerah suhu tinggi dan membentuk terak basa yang mampu meniadakan fosfor dari cairan. Terak ini disalurkan pada sebahagian perjalanan selama proses peleburan berlangsung dan terbentuk terak baru. 1.3 JENIS-JENIS LOGAM Pada garis besarnya logam digolongkan menjadi dua, yaitu logam besi (ferro) dan logam non ferro. Logam besi terdiri dari baja, baja tuang, paduan besi. Untuk logam non ferro dikelompokkan menjadi dua, yaitu logam berat dan logam ringan. Logam berat murni terdiri dari tembaga, timah putih, seng, timah hitam, nikel, wolfram, dan lain-lain. Sedangkan contoh logam berat paduan adalah kuningan, perunggu dan patri. Logam ringan murni terdiri dari aluminium, perunggu, berylium. Contoh logam ringan paduan adalah anti corodal, aluman dan avional. 1.3.1 LOGAM FERRO Logam ferro yang dimaksud disini adalah logam besi. Logam besi dalam pemakaiannya terlampau lunak, sehingga dipadukan dengan zat arang untuk mendapatkan sifat kekerasan. Adapun menurut pembagiannya logam ferro dibagi menjadi: a. Besi Tuang Komposisi: Campuran besi dan karbon, kadar karbon sekitar 4% Sifat: Rapuh, tidak dapat ditempa, baik untuk dituang, kuat dalam pemadatan, lemah dalam tegangan Penggunaan: Alas mesin, meja datar, badan ragum, bagian-bagian mesin bubut, blok silinder, cincin torak. TEKNOLOGI MEKANIK 12 b. Besi Tempa Komposisi: 99% besi murni dengan sidikit kotoran. Sifat: Dapat ditempa, liat, tidak dapat dituang, tetap seperti adonan bila dipanasi. Penggunaan: Rantai jangkar, kait keran, landasan kerja plat. c. Baja Lunak Komposisi: Campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,1% - 0,3%. Sifat: Dapat ditempa, liat. Penggunaan: Mur, baut, sekrup, pipa, keperluan umum dalam pembangunan. d. Baja Karbon Sedang Komposisi: Campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,4% - 0,6%. Sifat: Lebih kenyal daripada keras Penggunaan: Benda kerja tempa berat, poros, rel baja e. Baja Karbon Tinggi Komposisi: Campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,7% - 1,5%. Sifat: Dapat ditempa, dapat disepuh keras dan dimudakan, mudah ditempa. Penggunaan: Kikir, pahat, gergaji, tap, stempel, alat-alat mesin bubut dan sebagainya. f. Baja Cepat Tinggi Komposisi: Baja karbon tinggi ditambah nikel atau kobal, chrom atau tungsten. Sifat: Rapuh, tahan suhu tinggi tanpa kehilangan kerasnya, dapat disepuh keras dan dimudakan. Penggunaan: Mesin bubut, alat-alat mesin, mesin bor dan sebagainya. 1.3.2 LOGAM NON FERRO Logam Non Ferro disebut juga dengan logam bukan besi, karena tidak mempunyai kandungan besi (Fe). Menurut massa jenisnya logam non ferro dibedakan 3 macam yaitu : Logam Berat Semua logam bukan besi yang mempunyai massa – jenis > 5 kg/dm3. Contoh: Tembaga (Cu), Seng (Zn), Crom (Cr), Nikel (Ni), dll. Logam Ringan TEKNOLOGI MEKANIK 13 Semua logam bukan besi yang mempunyai massa – jenis < 5 kg/dm3. Contoh: Aluminium (AI), Titanium (Ti), Magnesium (Mg), Berylium (Be). Logam Mulia Logam mulia tersebut dikategorikan juga termasuk logam berat, tetapi mempunyai sifat-sifat khusus seperti: Tahan terhadap bahan kimia, tahan terhadap korosi, dll. Contoh: Emas (Au), Platina (Pt), Perak (Ag). Dari logam non ferro berat yang penting dalam paduan disebut tembaga, timah dan timbal. Dalam paduan ini dapat digunakan logam-logam berat sebagai unsure paduan seperti seng, antimon, perak, emas dan cadmium. Logam non ferro berat nikel, molibden dan wolfram merupakan elemen penting sebagai elemen paduan dalam baja. Logam non ferro ringan yang penting dalam paduannya disebut aluminium dan maknesium. Sifat mekanik logam non ferro pada umumnya tidak baik, tetapi hal ini dapat diperbaiki dengan paduan. Sedangkan pada umumnya logam non ferro tahan terhadap korosi, hal ini disebabkan kulit korosi yang kuat. Beberapa logam non ferro seperti tembaga dan aluminium mempunyai daya penghantar panas dan daya penghantar listrik yang baik. Yang termasuk jenis logam non ferro antara lain: a. Tembaga Warna: Coklat kemerah-merahan. Sifat: Dapat ditempa, liat, penghantar panas dan listrik yang baik, kukuh. Penggunaan: Suku bagian listrik, pemipaan, alat-alat dekorasi dan sebagainya. b. Aluminium Warna: Biru Putih Sifat: Dapat ditempa, liat, bobot ringan, penghantar yang baik, baik untuk dituang. Penggunaan: Alat-alat masak, reflector, industri mobil, industri pesawat terbang. c. Timbel Warna: Biru kelabu. Next >