Logam ( Baja ) Untuk Struktur Atau Rangka Bangunan

Baja banyak di gunakan dalam pembuatan struktur atau rangka bangunan dalam bentuk baja  profil, baja tulangan beton biasa, anyaman kawat, atau pada akhir-akhir ini di pakai juga dalam bentuk kawat potongan yang disebut “fibre” atau metal fibre, sebagai tulangan beton.  Dalam skala yang lebih kecil logam secara luas  juga  di pakai sebagai penguat, misalnya bentuk paku, sekrup, baut, kawat, pelat, bantalan jembatan,  atau sebagai bahan lain bentuk lembaran (misalnya bentuk atap, atau lantai jembatan), atau juga bentuk dekorasi.

Kelebihan logam  sebagai bahan konstuksi  adalah memiliki sifat yang di suatu pihak lebih baik karena ia : memiliki kuat tarik tinggi, dapat di rubah  – rubah bentuknya, mudah di sambung / di las. Sifat lainnya adalah : memiliki harga konduktivitas listrik yang tinggi, konduktivitas panas tinggi dan dapat di haluskan sehingga berkilau permukaanya.  Kelemahan sebagian besar logam, khususnya baja, ialah tidak tahan korosi karena kelembapan maupun  oleh pengaruh udara sekeliling dan terjadi perubahan bentuk bila terkena suhu/panas tinggi. Di dalam pemakaian, logam selain juga memiliki kuat tarik yang tinggi, tahan tekanan atau korosi, kadang-kadang juga harus tahan terhadap beban kejut, suhu rendah, gaya yang berubah-ubah atau kombinasi, dan beberapa keadaan yang lain. Pada umumnya, logam dapat di bagi menjadi 2(dua) kelompok besar yaitu :logam besi (ferrous metal) , dan logam bukan besi (non ferrous metal). Logam besi : suatu logam yang elemen pembentuk utamanya adalah besi (fe). Misalnya : besi tuang, besi tempa, baja. Logam bukan besi : logam yang elemen utamanya bukan besi . Misalnya : alumunium, tembaga, timah putih, emas, dll.

PRODUKSI LOGAM

Secara umum menurut cara yang di lakukan pada waktu ini , ada 4 (empat) tahap pengerjaan untuk menghasilkan sebagian besar jenis logam yaitu :

• Penggalian bijih logam

• Penyiapan bijih, untuk diambil logam dari bijih.

• Ektraksi atau mengeluarkan / memisahkan logam dari bijih.

• Pemurnian dan pengolahan logam.

Pada penggalian bijih, umumnya ada dua cara yaitu: Penambangan terbuka dan  Penambangan tertutup / penambangan di bawah permukaan tanah.

Pada proses penyiapan bijih besi/logam, bijih dihancurkan, sebagian kotoran yang terdapat pada bijih dibuang dengan menggunakan cara pemisahan memakai alat-alat berat . Penyiapan bijih juga mencakup proses pembakaran atau kalsinasi, misalnya pada bijih yang mengandung senyawa sulfide, pembakaran untuk menghilangkan belerang dari bijih besi yang mengandung senyawa karbonat.

Pemisahan logam dari bijih dilakukan dengan ekstraksi, yaitu dengan melalui proses proses kimia sehingga diperoleh logamnya. Proses ekstraksi ada 2 macam, yaitu :

1. Proses Pirometalurgy. Bijih dipanaskan di dalam tungku tiup (blast furnace) atau tungku gema sehingga meleleh, kemudian dilakukan pemisahan untuk mendapatkan logam dari lelehan tersebut.

2. Proses Elektrometalurgy. Bijih dipisahkan logamnya dengan cara meleburnya di dalam tungku listrik atau dengan proses elektrolistrik.

Pemurnian dan pengolahan logam. Logam hasil ekstraksi umumnya masih mengandung benda atau elemen lain, sehingga perlu dilakukan pemisahan lebih lanjut. Proses pemurnian dan  pengolahan dilakukan dengan cara oksidasi dengan proses panas dalam tungku, pencairan, destilasi (seng), elektrolisa (tembaga) atau dengan memakai bahan pengikat kimia ( menambah Mn ke dalam baja cair).

Proses Pembuatan Baja 

Baja merupakan paduan antara besi dengan elemen lain sehingga dicapai sifat-sifat yang diinginkan. Yang dimaksud dengan paduan adalah larutan padat yang homogen antara besi dengan elemen-elemen lain yang dibutuhkan.

Baja dapat diolah dan dibentuk secara mekanis menjadi pelat, pipa, batangan, profil, dll. 

Proses pembuatan baja dapat dilakukan dengan cara :
a. Proses Bessemer
b. Proses Thomas
c. Proses Martin. 

Perbandingan/perbedaan antara proses Martin dan Bessemer adalah :
a. Proses Bessemer:

•  Harus diambil dari besi kasar yang lebih murni, terutama yang tidak terlalu tinggi fosfornya.
•  Baja yang dihasilkan mengandung Kadar fosfor rendah. 
• Baja mengandung sedikit oksigen. 
• Tidak ada proses tiupan tambahan.

b.  Proses Thomas
Keuntungan :
-  Besi kasar yang kurang bersih dapat dikerjakan.
-  Fosfor dapat dihilangkan, tapi bila ada hanya sebagian fosfor yang dalam prakteknya tidak menimbulkan gangguan.
-  Menghasilkan produk tambahan berupa pupuk.
-  Prosesnya lebih mudah dibandingkan dengan proses Bessemer.

Kerugian :
-  Baja mengandung lebih banyak oksigen
-  Besi yang hilang lebih banyak dibandingkan proses Bessemer ( 11 – 13 % ). 

LOGAM PADUAN
 

Baja merupakan besi dengan kadar karbon kurang dari 2 %. Baja dapat dibentuk menjadi berbagai macam bentuk sesuai dengan keperluan. Secara garis besar ada 2 jenis baja, yaitu : Baja karbon dan Baja Paduan.

Baja Karbon
Baja karbon disebut juga plain karbon steel, mengandung  terutama unsure karbon dan sedikit silicon, belerang dan pospor.  Berdasarkan kandungan karbonnya, baja karbon dibagi menjadi :
-  baja dengan kadar karbon rendah ( < 0,2 % C)
-  Baja dengan kadar karbon sedang ( 0,1%-0,5 % C)
-  Baja dengan kadar karbon tinggi ( >0,5 % C)
 

Kadar karbon yang terdapat di dalam baja akan mempengaruhi kuat tarik, kekerasan dan keuletan baja.  Semakin tinggi kadar karbonnya, maka kuat tarik dan kekerasan baja semakin meningkat tetapi keuletannya cenderung turun. Penggunaan baja di bidang teknik sipil pada umumnya berupa baja konstruksi atau baja profil, baja tulangan untuk beton dengan kadar karbon 0,10% - 0,50 %. Selain itu baja karbon juga digunakan untuk baja/kawat pra tekan dengan kadar karbon s/d 0,90 %. Pada bidang teknik sipil sifat yang paling penting adalah kuat tarik dari baja itu sendiri.
 

Baja  Paduan
Baja dikatakan di padu jika komposisi unsur-unsur paduannya secara khusus , bukan baja karbon biasa yang terdiri dari unsure silisium dan mangan. Baja paduan semakin banyak di gunakan.Unsur yang paling banyak di gunakan untuk baja paduan , yaitu : Cr, Mn, Si, Ni, W, Mo, Ti, Al, Cu, Nb, Zr.
 

KLASIFIKASI BAJA  

Baja paduan dapat di klasifikasikan sesuai dengan : 

• Komposisi
• Struktur 
• Penggunaan

Berdasarkan komposisi baja paduan di bagi menjadi : 

• Baja tiga komponen : terdiri satu unsure pemandu dalam penambahan Fe dan C. 
• Baja empat komponen : terdiri dari dua unsure pemandu dst. 

Baja di klasifikasikan berdasarkan :

•   Baja pearlit
• Baja martensit 
• Baja austensit 
• Baja ferrit 
• Baja karbit / ledeburit 

Baja pearlit (sorbit dan trostit), di dapat jika unsur-unsur paduan relative kecil maximum 5 %, baja ini mampu di mesin, sifat mekaniknya meningkat oleh heat treatmen (hardening &tempering) Baja martensit, unsure pemandunya lebih dari 5 % sangat keras dan sukar di mesin. Baja autensit, terdiri dari 10 – 30 % unsure pemadu tertentu (Mi, Mn, atau Co) misalnya : baja tahan karat (stainlees steel), non magnetic dan baja tahan panas (heat resistant steel). Baja ferrit, terdiri dari sejumlah besar unsure pemadu  (Cr, W atau Si) tetapi karbonnya rendah. Tidak dapat di keraskan. Baja karbit (ledeburit), terdiri sejumlah karbon dan unsure- unsur pembentuk karbit (Cr, W, Mn, Ti, Zr)

Berdasarkan penggunaan dan sifat-sifatnya, baja paduan diklasifikasikan : 

• Baja konstruksi (structural steel)
• Baja perkakas (tool steel) 
• Baja dengan sifat fisik khusus

Baja konstruksi, di bedakan lagi menjadi yiga golongan tergantung persentase unsure pemadunya, yaitu :

• Baja paduan rendah (maximum 2 %)
• Baja paduan menengah (2 – 5 %)
• Baja paduan tinggi ( lebih dari 5 %) 

Setelah di heat treatmen baja jenis ini sifat – sifat mekaniknya lebih baik dari baja karbon biasa. Baja perkakas, di pakai untuk alat pemotong, komposisinya tergantung bahan dan tebal benda yang di potong /  di sayat pada kecepatan potong, suhu kerja. Baja paduan rendah, kekerasannya tidak berubah hingga pada suhu 250 c. Baja paduan tinggi, kekerasannya tidak berubah hingga pada suhu 600 c. Baja dengan sifat  –  sifat fisik khusus, dapat di bedakan sebagai berikut :

• Baja tahan karat : 0,1 – 0,45 % C ; 12 – 14 % Cr.
• Baja tahan panas :12 – 14 % Cr tahan hinggga suhu 750 – 800 c 15 – 17 % Cr tahan hingga suhu 850 – 1000 c 
• Baja tahan pakai pada suhu tinggi . 

- 23 % Cr, 18 – 21 % Ni, 2 – 3 % Si 

- 13 % - 15 % Cr, 13 – 15 % Ni 

- 2 % - 5 % W, 0,25 – 0,4 % Mo,  0,4 – 0,5 % C

SIFAT-SIFAT FISIK DAN MEKANIS BAJA

Sifat baja pada umumnya terdiri dari sifat fisik dan sifat mekanis. 

Sifat fisik meliputi : berat, berat jenis, daya hantar panas dan konduktivitas listrik. Baja dapat berubah sifatnya karena adanya pengaruh beban dan panas.

Sifat mekanis
Sifat mekanis suatu bahan adalah kemampuan bahan tersebut memberikan perlawanan apabila diberikan beban pada bahan tersebut. Atau dapat dikatakan sifat mekanis adalah kekuatan bahan didalam memikul beban yang berasal dari luar. Sifat mekanis pada baja meliputi :
 

a. Kekuatan.   

Sifat penting pada baja adalah kuat tarik. Pada saat baja diberi beban, maka baja akan cenderung mengalami deformasi/perubahan bentuk. Perubahan bentuk ini akan menimbulkan regangan/strain, yaitu sebesar terjadinya deformasi tiap satuan panjangnya.

Akibat regangan tersebut, didalam baja terjadi tegangan/stress sebesar, 

Dimana P = beban yang membebani baja, dan A = luas  penampang baja.  

Pada waktu baja diberi beban, maka terjadi regangan. Pada waktu terjadi regangan awal, dimana baja belum sampai berubah bentuknya dan bila beban yang menyababkan regangan tadi dilepas, maka baja akan kembali ke bentuk semula. Regangan ini  disebut dengan regangan elastis karena sifat bahan masih elastis. Perbandingan antara tegangan dengan regangan dalam keadaan elastis disebut dengan “Modulus Elastisitas/Modulus Young”

Ada 3 jenis tegangan yang terjadi pada baja, yaitu :
-  tegangan , dimana baja masih dalam keadaan elastis
-  tegangan leleh, dimana baja mulai rusak/leleh
-  tegangan plastis, tegangan maksimum baja, dimana baja mencapai kekuatan maksimum.

b. Keuletan (ductility), 

Kemampuan baja untuk berdeformasi sebelum baja putus. Keuletan ini berhubungan dengan besarnya regangan/strain yang permanen sebelum baja putus. Keuletan ini juga berhubungan dengan sifat dapat dikerjakan pada baja. Cara ujinya berupa uji tarik.
 

c. Kekerasan, adalah ketahanan baja terhadap besarnya gaya yang dapat menembus permukaan baja. Cara ujinya dengan kekerasan Brinell, Rockwell, ultrasonic, dll

d. Ketangguhan (toughness), adalah hubungan antara jumlah energi yang dapat diserap oleh baja sampai baja tersebut putus. Semakin kecil energi yang diserap oleh  baja, maka baja tersebut makin rapuh dan makin kecil ketangguhannya. Cara ujinya dengan cara memeberi pukulan mendadak (impact/pukul takik)