BAJA DAN BESI TUANG

 

1. Baja dan besi tuang 

Baja dan besi tuang dibuat dari bahan tambang besi. Pada besi tersebut diberikan sedikit karbon. Jadi, baja adalah perpaduan antara besi dan karbon. Pada pengertian kata sehari-hari seringkali ‘baja’ dan ‘besi’ dipertukarkan. Besi murni sebenarnya hampir tidak pernah dipakai. Apabila kita mendengar kata ‘besi beton’ atau ‘lempengan besi’, sebenarnya yang dimaksud adalah ‘baja beton’ dan ‘lempengan baja’. Meskipun begitu nama ‘besi’ juga ada pada kata ‘besi tuang’. Kadar karbon pada besi tuang lebih banyak daripada kadar karbon pada baja; biasanya lebih dari 2 %.

Produksi baja masih saja sangat penting meskipun pemakaian bahan sintetis semakin meningkat. Oleh sebab itu kita akan meninjau lebih lanjut mengenai pembuatan baja, ciri-ciri baja, bentuk perdagangannya, dan juga penerapannya.

Pembuatan baja

Bahan baku untuk pembuatan baja adalah bijih besi. Bijih besi adalah bahan tambang dengan sumber yang tak habis-habisnya dan bisa ditemukan hampir di seluruh dunia. Tempat-tempat yang paling penting di mana bijih besi ditemukan adalah: Rusia, Amerika Serikat, Kanada, Australia, dan Perancis. Bijih besi dicampur dengan kokas dan batu kapur, dilebur dalam tanur tinggi.

Tanur tinggi (tungku pembakar)

Tanur tinggi adalah tungku besar yang bentuknya seperti terowongan. Bahan yang harus dipanaskan dimasukkan pada bagian atas tungku. Di bagian bawah tungku ditiupkan udara yang sebelumnya telah dipanaskan terlebih dahulu. Suhunya naik sampai 2000ºC. Pada suhu yang setinggi itu bijih-bijih meleleh dan menetes pada dasar tungku. Berbagai bebatuan lain yang terikut di dalam bijih-bijih tadi juga ikut meleleh. Bijih beserta bebatuan yang meleleh tadi membentuk terak tanur tinggi.

Terak tersebut ditampung secara terpisah dan diolah menjadi berbagai bahan bangunan jalan. Dengan menambahkan kapur yang diberikan pada bijih besi dan kokas maka terdapat terak yang bermutu baik. Besi yang cair – disebut besi kasar yang terkumpul pada bagian terbawah dari tanurtinggi tersebut dan ditampung pada waktu waktu tertentu. Besi kasar itu mengandung cukup banyak karbon Melting

(kurang lebih 4 %) dan pencemar yang lain sesudah masa pendinginan menyebabkan besi kasar itu rapuh. Oleh sebab itu, besi kasar itu belum dapat ditempa atau digiling.

 Proses Tanur – Tinggi

Pabrik baja

Besi yang mengandung karbon kurang dari 2 %, dinamakan baja. Sebagian besar besi kasar yang dihasilkan dari tungku tanur tinggi diubah menjadi baja di pabrik baja dengan cara menurunkan kadar karbonnya. Perubahan ini, di mana kelebihan kadar karbon dibakar dan ter-lepas menjadi  karbon monoksida, terjadi di dalam sebuah tabung reaksi atau di dalam tungku. Di dalam tabung reaksi (converter) kadar dari karbon itu diturunkan tanpa diberikan pemanasan dari luar. Muatannya dibentuk dari cairan besi kasar. Kadang-kadang ditambahkan dengan besi tua dan bijih besi supaya suhu dapat dikendalikan. Padacproses pengolahan yang kurang modern, seperti pada proses Bessemer dan proses Thomas, udara ditiupkan pada besi kasar tadi. Proses oxy baja yang modern hanya menggunakan oksigen murni, oleh sebab ini terdapatlah baja yang berkualitas lebih baik. Untuk mengurangi kadar karbon, juga dipakai metode dengan meniupkan panas dari luar tungku. Dengan cara ini bisa diolah lebih banyak lagi baja bekas (besi tua) dan besi mentah yang padat; proses ini lebih mudah dikendalikan karena lebih lamban kerjanya. Pada proses Siemens- Martin digunakan minyak atau gas sebagai bahan bakar; pada pemakaian tungku listrik, maka listriklah yang memanaskan. Dengan menggunakan tungku listrik, komposisi baja dapat diatur dengan teliti. Oleh sebab itu tungku ini biasanya dipakai untuk pembuatan baja yang khusus. Produk spesial seperti pipa tanpa sambungan dibuat menurut metode penggilingan khusus. Kawat baja tipis dibuat dengan cara menekan-nekan dan menarik-narik baja itu melalui lubanglubang khusus. Penggarapan seperti ini biasanya dilakukan di pabrik khusus.

Sifat Baja
Baja mempunyai sejumlah sifat yang membuatnya menjadi bahan bangunan yang angat berharga. Beberapa sifat baja yang penting adalah:
kekuatan, kelenturan, kealotan, kekerasan dan ketahanan terhadap korosi.

Kekuatan:
Baja mempunyai daya tarik, lengkung, dan tekan yang sangat besar. Pada setiap partai baja, pabrikan baja menandai berapa besar daya kekuatan baja itu. Pabrikan baja, misalnya, memasukkan satu partai baja batangan dan mencantumkan pada baja itu Fe 360.
Di sini Fe menunjukkan bahwa partai itu merupakan produk dari besi, sementara angka itu menunjukkan daya kekuatan (minimum) tarikan atau daya tarik baja itu. Yang dimaksud dengan istilah tersebut adalah gaya tarik N yang dapat dilakukan baja bergaris tengah 1 mm² sebelum baja itu menjadi patah. Dalam hal ini daya tarik itu adalah 360 N/mm². Dahulu kita mencantumkan daya tarik baja itu Fe 37, karena daya tariknya adalah 37 kgf/mm². Karena mengandung sedikit kadar karbon ,maka semua jenis baja mempunyai daya tarik yang kuat.
Oleh karena daya tarik baja yang kuat maka baja dapat menahan berbagai tegangan, seperti tegangan lentur.

Kelenturan:
Baja bukan saja kuat, tetapi juga lentur.

Kealotan:n
Pada umumnya baja bersifat sangat alot, sehingga tidak cepat patah.

Kekerasan:
Baja itu sangat keras sekali sehingga sebagai bahan konstruksi, baja mungkin saja untuk digunakan dalam pelbagai tujuan. Apabila untuk produk-produk baja tertentu ada suatu keharusan, maka bisa saja baja itu, dengan cara dipanaskan, dibuat luar biasa keras.

Ketahanan terhadap korosi:
Tanpa perlindungan, baja sangat cepat berkarat. Untung saja baja dapat diberikan perlindungan yang sangat effektif dengan berbagai cara.

Perawatan dengan panas
Kekerasan yang lebih besar adalah sangat penting untuk benda-benda tertentu yang dibuat dari baja. Yang dimaksud dengan kekerasan dari suatu bahan adalah ketahanannya terhadap bisa atau tidak dimasuki oleh bahan yang lain. Untuk dapat mencapai kekerasan yang tinggi, maka diperlukan sistim perawatan dengan panas khusus yang disebut ‘pengerasan’. Sebuah benda baru dapat dikuatkan sesudah benda itu diproduksikan.

Ada beberapa cara untuk mengeraskan:

• Mengeraskan secara mendalam: benda dari baja baik bagian luar maupun bagian dalam dibuatmenjadi sangat keras;
• Mengeraskan permukaan: hanya bagian luar saja yang keras, sedangkan intinya tidak.

pengerasan yang mendalam
Pada pengerasan mendalam, benda yang sudah terbentuk, dipanaskan dengan temperatur yang cukup tinggi. Kemudian dengan cepat didinginkan; tindakan ini disebut ‘mengejutkan’ baja. Pendinginan ini bisa dilakukan di dalam air, minyak atau di udara. Benda itu menjadi keras bukan hanya bagian luar saja, tetapi juga intinya
menjadi keras benar. Dengan cara ini baja menjadi cepat rapuh; berarti baja itu dapat cepat patah. Beberapa peralatan dikeraskan dengan cara ini. Kita semua paham betapa mudah patahnya ulir mata bor dari baja yang
berukuran kecil.

pengerasan permukaan
Untuk peralatan-peralatan tertentu hanya bagian luarnya saja yang harus diperkeras. Untuk dapat menerima tekanan yang besar, inti benda itu harus tetap lentur. Hal ini dapat dicapai dengan hanya mengeraskan bagian permukaan dari benda tersebut. Pengerasan permukaan dipakai pada poros engkol (crankshaft), kopling cakar, cacing, roda cacing, dan gigi cacing.

tempering
Tempering adalah memanaskan baja yang sudah diperkeras dengan temperatur yang cukup rendah (180°C), diikuti dengan pendinginan secara perlahan-lahan. Tempering dilakukan dengan tujuan memberikan struktur yang lebih merata pada bahan itu. Lewat proses ini maka baja yang telah diperkeraskan tadi hanya sedikit saja diperlunak, tetapi baja itu menjadi tidak begitu rapuh. Karena tempering, produk tersebut menjadi terhindar dari perubahan bentuk (pertambahan isi) sebagai akibat proses pengerasan. Hal ini, terutama ukuran akhir dan semacamnya sangat penting untuk alat pengukur yang tepat seperti kaliber.

meningkatkan mutu
Meningkatkan mutu adalah suatu proses di mana baja pertama-tama dikeraskan dahulu, kemudian ditempering dengan suhu yang tinggi. Apabila baja yang diperkeras itu dipanaskan lebih lama dan pada suhu yang lebih tinggi (300 sampai 650°C) dari tempering pada umumnya, maka struktur bahan itu makin merata. Sejalan dengan  pertambahan masa pemanasan dan peninggian suhu, kekerasan baja itu menjadi berkurang, akan tetapi kealotan, kemudahan untuk digarap dan terutama ketahanan terhadap benturan menjadi lebih besar. Dengan meningkatkan mutu baja, maka  sifat-sifat baja itu bisa disesuaikan dengan tujuan penggunaannya  Baja dengan mutu yang sudah ditingkatkan biasanya dipakai untuk asesoris mesin yang dikenai beban berganti-ganti, misalnya pér (spring).