Pengenalan Teknologi Material Konstruksi Logam

PENDAHULUAN

Siklus Material

1. PENAMBANGAN (MINING): Konsentrat Mineral 
2. PELEBURAN (SMELTING) 
3. PEMBENTUKAN (FORMING): Produk Setengah Jadi 
4. PENGERJAAN (FABRICATION): Produk Jadi/ Peralatan 
5. OPERASI DAN PERAWATAN: Bangunan/Peralatan jangan segera rusak 
6. KOROSI: Produk korosi kembali ke bumi

• Half Finished Products

• PELAT (PLATE)
• LEMBARAN (SHEET)
• TUBE & PIPE
• PROFIL STRUKTUR
• KAWAT (WIRE) & KABEL SLING (WIRE ROPE)

• Standard and Code

• MATERIAL STANDARDS
• PRODUCT STANDARDS
• DESIGN CODES
• MANUFACTURING CODES
• INSPECTION CODES
• OPERATION & MAINTENANCE CODES

• Asal Standarts & Code

• ASME, ANSI, API, ASTM, AISI, SAE

• JIS

• DIN

• AFNOR

• BS

• SII

ENGINEERING MATERIAL

• JENIS

  •  BAJA (STEEL): BAJA KARBON, BAJA PADUAN 
  • BESI COR (CAST IRON)  
  • ALUMINIUM & PADUANNYA 
  • TEMBAGA & PADUANNYA: BRASS, BRONZE 
  • TITANIUM & PADUANNYA 
  • SUPERALLOYS: Ni-, Co-, Fe-BASE 
  • TIMAH PUTIH -TIMAH HITAM & PADUANNYA: BABBITT
    

• Sifat Fisik Material

• TITIK CAIR
• MASSA JENIS
• KONDUKTIVITAS PANAS
• KONDUKTIVITAS LISTRIK
• KOEFISIEN MUAI
• DST

• Sifat Mekanik Material

• KEKUATAN LULUH (YIELD STRENGTH)
• KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH)
• PERPANJANGAN (ELONGATION)
• KEKERASAN (HARDNESS)
• HARGA IMPACT
• BATAS LELAH (FATIGUE LIMIT)
• BATAS MULUR (CREEP LIMIT)
• KETAHANAN AUS

• Sifat Kimia Material

• KETAHANAN KOROSI

• Sifat Teknologi Material

• MAMPU COR (CASTABILITY)
• MAMPU BENTUK (FORMABILITY)
• MAMPU LAS (WELDABILITY)
• MAMPU KERAS (HARDENABILITY)
• MAMPU MESIN (MACHINABILITY)

 

• Pengujian dan Pemeriksaan (Testing & Inpection)

• PENGUJIAN MATERIAL (MATERIAL TESTING)

• PENGUJIAN MEKANIK:

• UJI TARIK
• UJI LENTUR
• UJI GESER
• UJI TEKAN
• UJI KERAS
• UJI IMPACT
• UJI FATIGUE
• UJI CREEP
• UJI AUS

• PENGUJIAN KOROSI

• PEMERIKSAAN (INSPECTION):

• PEMERIKSAAN MATERIAL

• PEMERIKSAAN KOMPONEN / PERALATAN

• TEKNIK PEMERIKSAAN

• MERUSAK (DESTRUCTIVE):
• METALOGRAFI
• TIDAK MERUSAK (NON DESTRUCTIVE): NDT / NDI:
• VISUAL
• DYE PENETRANT
• ULTRASONIC
• X-RAY RADIOGRAPHY
• MAGNETIC PARTICLE
• EDDY CURRENT
• INFRA-RED THERMOGRAPHY 

PENGUJIAN MEKANIK

MACAM-MACAM PENGUJIAN MEKANIK

• UJI TARIK (TENSION TEST)

• Sifat mekanik yang diperoleh dari pengujian tarik adalah: 

  • KekuatanTarik(tensile strength) 
  • KekuatanLuluh(yield strength) 
  • Keuletan(ductility) 
  • Ketangguhan(toughness) 
  • Modulus Elastisitas
  
  

• Sample Uji Tarik 

  • Lokasi pengambilan sample, bentuk, dan dimensi spesimen uj tarik harus mengikuti standar, misalnya JIS, ASTM 
  • Dimensi utama dari sample uji tarik adalah: 
  • Luas penampang melintang awal= Ao 
  • Panjang uji awal(gauge length) = Lo

• Metoda Pengujian 

  • Spesimen uji tarik dijepit di kedua ujungnya dan ditarik dengan kecepatan konstan 
  • Akibat tarikan tersebut, specimen akan bertambah panjang dengan pertambahan panjang adalah ∆L 
  • Akibat pertambahan panjang yang terjadi pada specimen, maka load cell akan mencaat reaksi berupa gaya tarik, P.

• Di Daerah Elastis

• Tegangan material sebanding dengan regangan yang terjadi 
• Hukum Hooke σ = E. e
  

• Di Daerah Plastis

• Deformasi plastis terjadi bila tegangan kerja melebihi kekuatan luluh, σk > σy
• Akibat deformasi plastis, pada material terjadi berubahan bentuk yang permanen
• Material akan patah bila tegangan kerja melampaui tegangan ultimate, σk > σu

• Faktor Keamanan (Safety Factor) Untuk Beban Statis

• Menghindari Deformasi Plastis, SF = σi/σy
• Menghindari Kemungkinan Patah, SF = σi/σu

• Ketangguhan (Toughness)

• Ketangguhan material ditunjukkan oleh energi yang mampu diserap material sampai material patah

Bijih Besi (Besi Oksida) :

•  Hematit (Fe2O3), kadar besinya tinggi mencapai 66%
• Magnetiti (Fe3O4)
• Limonit (Fe2O3.XH2O)

Bijih besi

Prinsip proses pembuatan baja adalah mengubah besi oksida (bijih besi) menjadi besi :

2C + O2==> 2CO

Fe2O4, Fe3O4+ CO ==> Fe + CO2

•  80% baja dihasilkan dengan proses Tanur Tinggi (Blast Furnance)
•  20% baja dihasilkan dengan proses Reduksi Langsung (Direct Reduction)

rute pembuatan baja

 Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction) 
Proses ini menggunakan reduktor yang berasal dari gas alam seperti Metana (CH4) yang direaksikan dengan air dan menggunakan katalis Ni, akan menghasilkan gas H2 dan CO.

• Gas H2 dan CO merupakan gas reduktor yang akan mengikat Oksigen dari bijih besi 

Fe3O4(S) + CO(g) + H2(g) => Fe (s) + CO2(g) + H2O (g)

• Bijih besi akan berubah menjadi besi spons. Besi spons masih memiliki kadar karbon yang tinggi dan unsur pengotor. 
• Besi Spons dicampurkan dengan bahan lain seperti Oksigen, batu kapur dan dipanaskan di tungklu listrik EAF (Electric Arc Furnance) dan menghasilkan baja cair 
• Baja cair dituang : Proses Pengecoran Baja Kontinu  

 Proses Tanur Tinggi (Blast Furnance)

•  Hematit akan dimasukkan kedalam blast furnace, disertai dengan beberapa bahan lainnya seperti kokas (coke), batukapur (limestone), dan udara panas. Bahan baku yang terdiri dari campuran bij ibesi, kokas, dan batu kapur, dinaikkan kepuncak blast furnace 
•  Setelah bahan-bahan dimasukkan kedalam blast furnace, lalu udara panas dialirkan dari dasar tungku dan menyebabkan kokas terbakar sehingga nantinya akan membentuk karbon monoksida(CO).

 Fe2O3+ 3CO → 2Fe + 3CO2

•  Maka didapatlah besi yang diinginkan, namun besi tersebut masih mengandung 4,5-6% karbon, padahal besi yang digunakan biasanya mengandung karbon dengan kadar <1%
• Bijih besi yang akan memasiki Balst Furnance haruslah menggumpal terlebih dahulu agar aliran udara dapat bergerak melewati celah bijih besi yang akan mempercepat proses reduksi.

Proses Kimiawi Blast Furnance

• ·         Hasil Blast Furnance ialah Molten Iron atau Besi Kasar Cair

• ·         Besi kasar cair akan dimasukkan ke converter B.O.F (Basic Oxygen Furnance) atau BOS (Basic Oxygen Steel Making)

KONVERSI DARI BESI KE BAJA :

Ada 4 cara konversi dari besi ke baja yakni :

 

a. Converter B.O.F (Basic Oxygen Furnance) / BOS (Basic Oxygen Steel Making)

b. EAF (The Electric Arc Furnace)

c. Secondary steel making

d. Casting 

Converter B.O.F (Basic Oxygen Furnance)

Kedalam BOF dimasukkan :

1. Besi kasar cair

2. Baja Bekas

3. Oksigen

4. Batu Kapur (berfungsi untuk mengikat kotoran terak)

5. Unsur paduan : Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Cr, Fe-Ni

 

Penambahan oksigen berfungsi untuk mengurangi kadar karbon hingga mencapai kadar yang dikehendaki

 

EAF

EAF hanya memakai cold scrap metal. Proses untuk membuat baja mutu tinggi.

 

Proses EAF

 

 Secondary steel making

• Ekstra Treatment sesuai mutu baja yang diinginkan
• Bisa ditambah argon, injeksi powder atau wire, vacuum atau pemanasan tambahan
• Mengurangi kadar hidrogen dan sulfur

 

Casting

Penuangan baja cair dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu :

1. Dalam bentuk Balok Baja (Ingot)
2. Menjadi Slab / Billet dengan bentuk proses cor kontinu (Continuous Casting)