< Previous 28 Teknik Dasar Pengerjaan Logam1 disinilah terjadi perubahan oksid-oksid besi yang tinggi menjadi oksid-oksid besi rendah oleh karbon monoksida (CO) yang naik keatas, dan menurut rumus kimia sebagai berikut Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2 3Fe2O3 + CO 2 FeO4 + CO2 FeO + CO Fe + CO2 Perubahan dengan CO ini dinamakan reduksi tidak langsung, dan ini berlangsung terus didalam seluruh daerah reduksi. Pada suhu ± 5350C, karbon monoksida mulai terurai menjadi karbon bebas dan karbon dioksida dengan reaksi kimia yaitu : 2 CO C + CO2 Pada daerah suhu 4000C – 6000C, terjadi reaksi kimia yaitu : Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2 Pada suhu ± 4000C reduksi langsung terhadap bijih-bijih besi, dan terjadi reaksi kimia sebagai berikut : Fe2O3 + 3C 2 Fe + 3 CO Fe3O4 + 4C 3 Fe + 4 CO Pada daerah suhu antara 7000C – 9000C reduksi langsung ferro oksida mulai membentuk besi spat yang mengandung karbon dan batu kapur terurai pada suhu ± 9000C, dan terjadi reaksi kimia sebagai berikut : CaCO3 CaO + CO2 FeCO3 FeO + CO2 Dan didalam daerah lebur terjadi juga reduksi langsung oleh karbon sendiri, terjadi reaksi kimia yaitu : 29 Teknik Dasar Pengerjaan Logam1 FeO + C Fe + CO Selanjutnya didalam daerah lebur terjadi terak cair dari batu kapur, batu ikutan, dan abu kokas, terjadi reaksi kimia yaitu : CaO + SiO2 CaSiO3 (silikat-kalsium) dan bila bijih mengandung mangan (Mn) terjadi reaksi kimia yaitu : MnO + SiO2 MnSiO3 (silikat-mangan) Sebagai hasil antara daerah reduksi dengan daerah lebur terjadi pula terak yang mengandung besi (FeSiO3) yang dibagian paling bawah dari daerah lebur dapat direduksi kembali oleh arang yang memijar dan terjadi reaksi kimia sebagai berikut : FeO + SiO2 FeSiO3 (terak besi) FeSiO3 FeO + SiO2 (penguraian) FeO + C Fe + CO (reduksi) Karena udara yang dimasukkan pada saluran tiup yang suhunya ± 9000C, kokas terbakar menurut rumus 2C + O2 2 CO, maka dihasilkan kalor yang diperlukan untuk dapat berlangsungnya proses. Tetapi karbon dioksida (CO2) yang terjadi sebagian direduksi kembali oleh kokas memijar, yang letaknya lebih tinggi : CO2 + C 2 CO. Sehingga gas CO yang dipakai untuk proses reduksi selalu ada. Jadi kokas didalam dapur tinggi selain berfungsi sebagai kalor juga untuk mereduksi oksigen didalam bijih-bijih besi. Jadi dapat disimpulkan bahwa proses-proses didalam dapur tinggi adalah : xProses reduksi dari besi oksida. xProses oksidasi karbon oleh oksigen. Adapun hasil-hasil dari dapur tinggi adalah : 30 Teknik Dasar Pengerjaan Logam1 1. Besi kasar . 2. Terak. 3. Gas dapur tinggi. Jenis dan Karakteristik Besi Tuang Secara umum Besi Tuang (Cast Iron) adalah Besi yang mempunyai kandungan karbon 2.5% – 4%. Oleh karena itu Besi Tuang mempunyai sifat mampu las (weldability) yang rendah dalam arti sulit untuk dilas. Karbon dalam Besi Tuang dapat berupa sementit (Fe3C) atau biasa disebut dengan Karbon Bebas (grafit). Kandungan Fosfor dan Sulfur dari material ini sangat tinggi dibandingkan Baja. Kelebihan besi tuang 1. Dapat dicetak dalam berbagai bentuk. 2. Tahan aus dan tahan karat. 3. Dapat dikerjakan dengan mesin. 4. Mampu meredam getaran, sehingga sering digunakan untuk body mesin. 5. Tahan terhadap tekanan yang besar. Kelemahan besi tuang 1. Getas sehingga tidak terlalu kuat untuk menahan beban tarik. 2. Tidak terlalu elastic. 3. Sulit dilas. 4. Tidak bisa ditempa. Ada beberapa jenis Besi Tuang (Cast Iron) yaitu : 1. BESI TUANG PUTIH (WHITE CAST IRON).Dimana Besi Tuang ini seluruh karbonnya berupa Sementit sehingga mempunyai sifat sangat keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri dari Karbida yang 31 Teknik Dasar Pengerjaan Logam1 menyebabkan berwarna Putih. Besi tuang ini memiliki sifat yang getas namun memiliki kekerasan yang sangat tinggi. Sifat yang dimilikinya menyebabkan besi tuang ini lebih aplikatif untuk suku cadang yang mensyaratkan ketahanan aus yang tinggi. 2. BESI TUANG MAMPU TEMPA (MALLEABLE CAST IRON).Besi Tuang jenis ini dibuat dari Besi Tuang Putih dengan melakukan heat treatment kembali yang tujuannya menguraikan seluruh gumpalan graphit (Fe3C) akan terurai menjadi matriks Ferrite, Pearlite dan Martensite. Mempunyai sifat yang mirip dengan Baja. 3. BESI TUANG KELABU (GREY CAST IRON).Jenis Besi Tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu). Mempunyai graphite yang berbentuk FLAKE. Sifat dari Besi Tuang ini kekuatan tariknya tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali (Nil Ductility). 4. BESI TUANG NODULAR (NODULAR CAST IRON)NODULAR CAST IRON adalah perpaduan BESI TUANG KELABU. Ciri Besi tuang ini bentuk graphite FLAKE dimana ujung – ujung FLAKE berbentuk TAKIK-AN yang mempunyai pengaruh terhadap KETANGGUHAN, KEULETAN & KEKUATAN oleh karena untuk menjadi LEBIH BAIK, maka graphite tersebut berbentuk BOLA (SPHEROID) dengan menambahkan sedikit INOCULATING AGENT, seperti Magnesium atau calcium silicide. Karena Besi Tuang mempunyai KEULETAN yang TINGGI maka besi tuang ini di kategorikan DUCTILE CAST IRON. Proses Pembuatan Baja Bahan dasar untuk pembuatan baja adalah besi kasar yang dihasilkan dari dapur tinggi, yang masih mengandung 90 % Fe, 3% - 5% karbon (C) dan masih ada juga kotoran-kotoran yang tidak berguna seperti Mangan (Mn), Silisium (Si), Phospor (P), dan Belerang (S) dan lain-lain. Dimana kotoran-kotoran tersebut tidak bisa dihilangkan didalam proses dapur tinggi, untuk itu kotoran-kotoran tersebut harus dihilangkan / dibakar hingga menjadi terak, yang dilakukan dengan bantuan Konvertor / dapur. Ada beberapa jenis konverter atau dapur, yaitu: 32 Teknik Dasar Pengerjaan Logam1 1. Dapur Bessemer 2. Dapur Siemens – Martin 3. Dapur Oksigen (Linz - Donawitz) 4. Dapur Listrik Dibawah ini merupakan proses pembuatan baja dari dapur tinggi sampai terbentuk cairan baja (molten steel) dengan berbagai jenis konverter/dapur Gambar 3.2 Proses Pembuatan Baja Konvertor Bessemer. Konvertor Bessemer diciptakan oleh Henry Bessemer pada tahun 1855. Konvertor ini digunakan untuk mengubah besi kasar menjadi baja, dengan pengaruh oksidasi dari aliran udara panas dengan tekanan ± 2 – 2,5 N/cm2 yang dihembuskan melalui besi yang sedang dalam keadaan cair kedalam konvertor dari bawah keatas dan membakar bahan-bahan bawaan (Si, P, Mn, S, 33 Teknik Dasar Pengerjaan Logam1 dan C). Proses pengolaannya sekitar 20 menit, kemudian paduan terbakar dan kalornya digunakan untuk mempertahankan agar besi tetap cair. Jika panas turun, maka ditambah ferro silisium dan jika mangan terlalu rendah, maka ditambah besi kasar cair atau mangan ferro cair. Besi kasar diperlukan untuk mereduksi baja cair, dengan reaksi kimia sebagai berikut : Si + 2 FeO SiO2 + 2 Fe FeO + Mn Fe + MnO Kelemahan proses ini yaitu kadar phospor tidak dapat dihilangkan, karena phospor tersebut tidak dapat menjadi terak bila tidak diikat dengan batu kapur (CaO), dan bila ditambahkan batu kapur, lapisan batu tahan api (SiO2) akan bereaksi dengan batu kapur. Hasil dari konvertor Bessemer ini disebut baja Bessemer yang banyak digunakan untuk pekerjaan konstruksi (Baja Konstruksi). Gambar 3.3 Skema Konverter/Dapur Bessemer Secara umum proses kerja konverter Bessemer yaitu : 1. Dipanaskan dengan bahan bakar kokas sampai suhu 15000C. 2. Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja (+1/8 dari volume kon-verter). 3. Konverter ditegakkan kembali. 34 Teknik Dasar Pengerjaan Logam1 4. Dihembuskan udara dengan tekanan 2 – 2,5 atm dengan kompresor. 5. Setelah 20 – 25 menit konverter dijungkirkan/dibalikan untuk menge-luarkan hasilnya. Dapur Siemens – Martin Dapur Siemens – Martin diciptakan pertama kali oleh Pierre Martin pada th. 1865. Dapur ini digunakan untuk mengolah baja dengan bahan baku besi kasar cair dan baja/besi bekas dan juga dapur tersebut memerlukan temperatur yang cukup tinggi (±18000C). Gambar 3.4 Skema Dapur Siemens-Martin Proses Martin (Dapur Siemens Martin) Proses lain untuk membuat baja dari bahan besi kasar adalah menggunakan dapur Siemens Martin yang sering disebut proses Martin. Dapur ini terdiri atas satu tungku untuk bahan yang dicairkan dan biasanya menggunakan empat ruangan sebagai pemanas gas dan udara. Pada proses ini digunakan muatan besi bekas yang dicampur dengan besi kasar sehingga 35 Teknik Dasar Pengerjaan Logam1 dapat menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan baja Bessemer maupun Thomas. Keuntungan dari proses Martin disbanding proses Bessemer dan Thomas adalah sebagai berikut : a. Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan jalan percobaan-percobaan. b. Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan. c. Penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir proses menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya. Dapur Oksigen (Linz-Donawitz). Dapur oksigen ini diciptakan oleh perusahaan Voest-Linz dan Alpine-Donawitz dari Austria setelah perang dunia II yang lalu. Konstruksi dari dapur ini berbentuk bejana dengan kapasitas hingga 300 ton. Gambar 3.5 Proses Dapur Oksigen Pertama konventer dimiringkan, kemudian besi-besi bekas disusul dengan besi kasar cair dimasukkan ke dalam konventer. Tahap berikutnya, oksigen disemburkan dari atas selama 10-20 menit. Karena di atas permukaan yang kontak dengan pipa sembur oksigen terjadi temperatur pembakaran yang 36 Teknik Dasar Pengerjaan Logam1 dalam cairan baja sehingga menimbulkan panas dalam cairan baja itu sendiri, sedangkan dinding dapurnya hanya menerima pengaruh listrik yang kecil saja. ¾Dapur induksi frekuensi rendah, bekerja menurut prinsip transformator. Dapur ini berupa saluran keliling teras dari baja yang beserta isinya dipandang sebagai gulungan sekunder transformator yang dihubungkan singkat, akibat hubungan singkat tersebut di dalam dapur mengalir suatu aliran listrik yang besar dan membangkitkan panas yang tinggi. Akibatnya isi dapur mencair dan campuran-campuran tambahan dioksidasikan. ¾Dapur induksi frekuensi tinggi, dapur ini terdiri atas suatu panci yang diberi kumparan besar di sekelilingnya. Apabila dalam kumparan dialirkan arus bolak-balik, maka terjadilah arus putar didalam isi dapur. Arus ini merupakan aliran listrik hubungan singkat dan panas yang dibangkitkan sangat tinggi, sehingga mencairkan isi dapur dan campuran bahan tambahan yang lain serta mengkoksidasikannya. Hasil akhir dari dapur listrik / dapur induksi disebut baja elektro yang bermutu sangat baik untuk digunakan sebagai alat perkakas misalnya pahat, alat tumbuk dan lain-lainnya. Gambar 3.7 Skema Dapur Induksi 37 Teknik Dasar Pengerjaan Logam1 Proses Pembentukan Baja Pada proses pembentukan ini dikenal dalam 2 cara pembentukan yaitu : Proses pembentukan panas dan proses pembentukan dingin. Dan yang dimaksud dengan pembentukan adalah memberikan bentuk bahan sehingga menjadi barang jadi atau setengah jadi. Proses pembentukan secara panas ( Hot Working ). Proses pembentukan secara panas adalah proses pembentukan secara plastis terhadap logam atau paduan yang dilakukan diatas temperatur rekritalisasinya. Proses pengerjaan panas ini akan bisa menghemat penggunaan tenaga dan waktu selama proses, serta menghasilkan bentuk butiran yang halus dan seragam pada saat rekristalisasi. Adapun Kerugian dari proses pengerjaan panas (Hot Working) adalah hasil yang didapat mempunyai permukaan yang buruk dan bersisik, karena pengaruh okasidasi dan sisik akibat proses tersebut , serta ketelitian dari ukuran umumnya sulit untuk dicapai karena adanya penyusutan. Dan biasanya setelah selesai pengerjaan panas selalu diikuti oleh proses dingin yang gunanya untuk memperbaiki kwalitas permukaan yang dihasilkan dan juga untuk mendapatkan ukuran yang teliti. Proses Pembentukan secara dingin (Cold Working) Proses pembentukan secara dingin adalah proses pembentukan secara plastis terhadap logam atau paduan yang dilakukan dibawah temperatur rekritalisasi. Proses pembentukan dingin ini disamping untuk memperbaiki kwalitas hasil dan ketelitian dari ukuran, proses ini khusus digunakan untuk beberapa operasi yang tidak dapat dikerjakan secara panas, terutama pengerjaan “drawing” , karena ductilitynya biasanya akan berkurang pada suhu yang tinggi sehingga tegangan tariknya berkurang, maka dari itu bahan dengan mudah Next >