Makalah Proses Pembuatan Baja Bab I dan IV
BAB I
PENGENALAN
BAJA
1 Sejarah Struktur Baja
Penggunaan logam sebagai bahan struktural diawali dengan
besi tuang untuk bentang lengkungan (arch) sepanjang 100 ft (30 m) yang
dibangun di Inggris pada tahun 1777 – 1779. Dalam kurun waktu 1780 – 1820,. Dibangun
lagi sejumlah jembatan dari besi tuang, kebanyakan berbentuk lengkungan dengan
balok – balok utama dari potongan – potongan besi tuang indivudual yang
membentuk batang – batang atau kerangka (truss) konstruksi. Besi tuang
juga digunakan sebagai rantai penghubung pada jembatan – jembatan suspensi
sampai sekitar tahun 1840.
Setelah tahun 1840, besi tempa mulai mengganti besi tuang
dengan contoh pertamanya yang penting adalah Brittania Bridge diatas selat
Menai di Wales yang dibangun pada 1846 – 1850. Jembatan ini menggunakan gelagar
–gelagar tubular yang membentang sepanjang 230 – 460 – 460 – 230 ft (70 – 140 –
140 – 70 m) dari pelat dan profil siku besi tempa.
Proses canai (rolling) dari berbagai profil mulai
berkembang pada saat besi tuang dan besi tempa telah semakin banyak digunakan.
Batang – batang mulai dicanai pada skala industrial sekitar tahun 1780.
Perencanaan rel dimulai sekitar 1820 dan diperluas sampai pada bentuk – I
menjelang tahun 1870-an.
Perkembangan proses Bessemer (1855) dan pengenalan alur
dasar pada konverter Bessemer (1870) serta tungku siemens-martin semakin
memperluas penggunaan produk – produk besi sebagai bahan bangunan. Sejak tahun
1890, baja telah mengganti kedudukan besi tempa sebagai bahan bangunan logam
yang terutama. Dewasa ini (1990-an), baja telah memiliki tegangan leleh dari24
000 sampai dengan 100 000 pounds per square inch, psi (165 sampai
690 MPa), dan telah tersedia untuk berbagai keperluan struktural.
Berikut
ini adalah awal mula ditemukannya Baja.
·
Besi ditemukan digunakan pertama kali
pada sekitar 1500 Tahun 1100 SM, Bangsa hittites yang merahasiakan pembuatan tersebut selama 400 tahun dikuasai oleh bangsa asia
barat, pada tahun tersebbut proses peleburan besi mulai diketahui secara luas.
·
Tahun 1000 SM, bangsa yunani, mesir,
jews, roma, carhaginians dan asiria juga mempelajari peleburan dan menggunakan
besi dalam kehidupannya.
·
Tahun 800 SM, India berhasil membuat
besi setelah di invansi oleh bangsa arya.
·
Tahun 700 – 600 SM, Cina belajar
membuat besi.
·
Tahun 400 – 500 SM, baja sudah
ditemukan penggunaannya di eropa.
·
Tahun 250 SM bangsa India menemukan
cara membuat baja
·
Tahun 1000 M, baja dengan campuran
unsur lain ditemukan pertama kali pada 1000 M pada kekaisaran fatim yang
disebut dengan baja damascus.
·
1300 M, rahasia pembuatan baja damaskus
hilang.
·
1700 M, baja kembali diteliti
penggunaan dan pembuatannya di eropa.
2.
Material
baja
2.1 Jenis – jenis
Baja
Dengan baja
dimaksudkan suatu bahan dengan keserbasamaan yang besar, yang terutama terdiri
atas ferrum (Fe) dalam bentuk hablur dan 0,04 @ 1,6% zat arang (C);
zat arang itu didapat dengan jalan membersihkan bahan pada temperatur yang
sangat tinggi, dengan menggunakan proses – proses yang akan disebut sebagian
besar dari besi kasar, yang dihasilkan oleh dapur – dapur tinggi.
Semua jenis –
jenis baja sedikit banyak dapat ditempa dan dapat disepuh, sedangkan untuk baja
lunak pada tegangan yang jauh dibawah kekuatan tarik atau batas patah
TB, yaitu apa yang dinamakan batas lumer atau tegangan
lumer Tv, terjadi suatu keadaan yang aneh, dimana perubahan
bentuk berjalan terus beberapa waktu, dengan tidak memperbesar beban yang ada.
Sifat – sifat
baja bergantung sekali kepada kadar zat arang, semakin bertambah kadar ini,
semakin naik tegangan patah dan regangan menurut prosen, yang terjadi pada
sebuah batang percobaan yang dibebani dengan tarikan, yaitu regangan patah menjadi
lebih kecil.
Persentase yang
sangat kecil dari unsur – unsur lainnya, dapat mempengaruhi sifat – sifat baja
dengan kuat sekali, secar baik atau jelek. Guna membedakannya, jenis – jenis
baja diberi nomor yang sesuai dengan tegangan patah yang dijamin dan yang
terendah pada percobaan tarik yang normal, tetapi untuk setiap jenis baja juga
ditentukan suatu TBmaks.
Baja
secara umum dapat dikelompokkan atas 2 jenis yaitu :
- Baja karbon (Carbon steel)
- Baja paduan (Alloy steel)
1. Baja Karbon (carbon steel)
Baja
karbon dapat terdiri atas :
a.
Baja karbon rendah (low carbon
steel)
Machine, machinery dan mild steel (0,05 % – 0,30% C ) Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin
- kandungan karbonnya < 0,3%C
- tidak responsif terhadap perlakuan panas yang
bertujuan membentuk martensit
- metode penguatannya dengan “Cold Working”
ìstruktur mikronya terdiri ferit dan perlit
- relatif lunak dan lemah ìulet dan tangguh
- mampu mesin dan mampu lasnya baik
- murah
- aplikasi : bodi mobil,bentuk struktur (profil
I, L, C, H), pipa saluran
Penggunaannya:
-
0,05 % – 0,20 % C : automobile bodies, buildings,
pipes, chains, rivets, screws, nails.
-
0,20 % – 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings,
bridges, buildings
b.
Baja karbon menengah (medium
carbon steel )
- kandungan karbonnya: 0,3 – 0,6%C
- dapat dinaikkan sifat mekaniknya melalui
perlakuan panas austenitizing, quenching, dan tempering
- banyak dipakai dalam kondisi hasil tempering
sehingga struktur mikronya martensit
- lebih kuat dari baja karbon rendah
- aplikasi :poros, roda gigi, crankshaft
- Kekuatan
lebih tinggi daripada baja karbon rendah.
- Sifatnya
sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong.
Penggunaan:
- 0,30
% – 0,40 % C : connecting rods,
crank pins, axles.
- 0,40
% – 0,50 % C : car axles,
crankshafts, rails, boilers, auger bits, screwdrivers.
- 0,50
% – 0,60 % C : hammers dan
sledges
c.
Baja karbon tinggi (high
carbon steel)
Sifatnya sulit
dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % – 1,50 % C
Penggunaan :
screw drivers, blacksmiths
hummers, tables knives, screws,
hammers, vise jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers,
tools for turning hard metals, saws
for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters
- kandungan karbonnya: 0,6 < % C ≤ 1,7
- dapat dinaikkan sifat mekaniknya melalui
perlakuan panas austenitizing, quenching, dan tempering
- banyak dipakai dalam kondisi hasil tempering
sehingga struktur mikronya martensit
- paling keras, paling kuat, paling getas di
antara baja karbon lainnya
- tahan aus
- aplikasi :pegas, pisau cukur, kawat kekuatan
tinggi, rel kereta api,perkakas potong, dies
2. Baja Paduan (Alloy
steel)
Tujuan
dilakukan penambahan unsur yaitu:
- Untuk
menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan
sebagainya)
- Untuk
menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah
- Untuk
meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)
- Untuk
membuat sifat-sifat spesial
Baja
paduan yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:
- Low
alloy steel,
jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
- Medium
alloy steel,
jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
- High
alloy steel,
jika elemen paduannya > 10 %
Baja
paduan juga dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran khusus (special
alloy steel) &high speed steel.
- Baja
Paduan Khusus (special alloy steel)
Baja
jenis ini mengandung satu atau lebih logam-logam seperti nikel, chromium,
manganese, molybdenum, tungsten dan vanadium. Dengan menambahkan logam tersebut
ke dalam baja maka baja paduan tersebut akan merubah sifat-sifat mekanik dan
kimianya seperti menjadi lebih keras, kuat dan ulet bila dibandingka terhadap
baja karbon (carbon steel).
- High
Speed Steel (HSS) Self Hardening
Steel
Kandungan
karbon : 0,70 % – 1,50 %. Penggunaan membuat alat-alat potong seperti drills,
reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling cutters. Disebut High Speed
Steel karena alat potong yang dibuat dengan material tersebut dapat
dioperasikan dua kali lebih cepat dibanding dengan carbon steel. Sedangkan
harga dari HSS besarnya dua sampai empat kali daripada carbon steel
Jenis Lainnya :
Baja
dengan sifat fisik dan kimia khusus:
- Baja
tahan garam (acid-resisting steel)
- Baja
tahan panas (heat resistant steel)
- Baja
tanpa sisik (non scaling steel)
- Electric
steel
- Magnetic
steel
- Non
magnetic steel
- Baja
tahan pakai (wear resisting steel)
- Baja
tahan karat/korosi
Dengan
mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut kegunaan dan komposisi kimia maka
diperoleh lima kelompok baja yaitu:
- Baja
karbon konstruksi (carbon structural steel)
- Baja
karbon perkakas (carbon tool steel)
- Baja
paduan konstruksi (Alloyed structural steel)
- Baja
paduan perkakas (Alloyed tool steel)
- Baja
konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)
3. Sifat Baja
•
Baja
tahan garam (acid-resisting steel)
•
Baja
tahan panas (heat resistant steel)
•
Baja
tanpa sisik (non scaling steel)
•
Electric
steel
•
Magnetic
steel
•
Non
magnetic steel
•
Baja
tahan pakai (wear resisting steel)
•
Baja
tahan karat/korosi
4. Struktur Baja
Struktur dapat dibagi menjadi tiga
kategori umum :
a) Struktur rangka (framed structure),
dimana elemen – elemennya kemungkinan terdiri dari batang – batang tarik,
balok, dan batang – batang yang mendapatkan beban lentur kombinasi dan beban
aksial,
b) Struktur tipe cangkang (shell
type structure), dimana tegangan aksial lebih dominan,
c) Struktur tipe suspensi (suspension
type structure), dimana tarikan aksial lebih mendominasi sistem pendukung
utamanya.
a) Struktur
Rangka
Kebanyakan
konstruksi bangnan tipikal termasuk dalam kategori ini. Bangunan berlantai
banyak biasanya terdiri dari balok dan kolom, baik yang terhubungkan secara rigid
atau hanya terhubung sederhana dengan penopang diagonal untuk menjaga
stabilitas. Meskipun suatu bangunan berlantai banyak bersifat tiga dimensional,
namun biasanya bangunan tersebut didesain sedemikian rupa sehingga lebih kaku
pada salah satu arah ketimbang arah lainnya. Dengan demikian, bangunan tersebut
dapat diperlakukan sebagai serangkaian rangka (frame) bidang. Meskipun
demikian, bila perangkaan sedemikian rupa sehingga perilaku batang – batangnya
pada salah satu bidang cukup mempengaruhi perilaku pada bidang lainnya, rangka
tersebut harus diperlakukan sebagai rangka ruang tiga dimensi.
Bangunan –
bangunan industrial dan bangunan – bangunan sau lantai tertentu, seperti
gereja, sekolah, dan gelanggang, pada umumnya menggunakan struktur rangka baik
secara keseluruhan maupun hanya sebagian saja. Khususnya sistem atap yang
mungkin terdiri dari serangkaian kerangka datar, kerangka ruang, sebuah kubah
atau mungkin pula bagian dari suatu rangka datar atau rangka kaku satu lantai
dengan pelana. Jembatan pun kebanyakan merupakan struktur rangka, seperti balok
dan gelagar pelat atau kerangka yang biasanya menerus.
b) Struktur
Tipe Cangkang
Dalam tipe
struktur ini, selain melayani fungi bangunan, kubah juga bertindak sebagai
penahan beban. Salah satu tipe yang umum dimana tegangan utamanya berupa
tarikan adalah bejana yang digunakan untuk menyimpan cairan (baik untuk
temperatur tinggi maupun rendah), diantaranya yang paling terkenal adalah tanki
air. Bejana penyimpanan, tanki dan badan kapal merupakan contoh – contoh
lainnya. Pada banyak struktur dengan tipe cangkang, dapat digunakan pula suatu
struktur rangka yang dikombinasikan dengan cangkang.
Pada dinding –
dinding dan atap datar, sementara berfungsi bersama dengan sebuah kerangka
kerja, elemen – elemen “kulit”nya dapat bersifat tekan. Conto pada badan
pesawat terbang. Struktur tipe cangkang biasanya didesain oleh seorang
spesialis.
c) Struktur
Tipe Suspensi
Pada struktur
dengan tipe suspensi, kabel tarikmerupakan elemen – elemen utama.
Biasanya subsistem dari struktur ini terdiri dari struktur
kerangka, seperti misalnya rangka pengaku pada jembatan gantung. Karena elemen
tarik ini terbukti paling efisien dalam menahan beban, struktur dengan konsep
ini semakin banyak dipergunakan.
Telah dibangun
pula banyak struktur khusus dengan berbagai kombinasi dari tipe rangka,
cangkang, dan suspensi. Meskipun demikian, seorang desainer spesialis dalam
tipe struktur cangkang ini pun pada dasarnya harus juga memahami desain dan
perilaku struktur rangka.
5. Desain
a. Desain
Struktur
Desain struktur
dapat didefinisikan sebagai suatu paduan dari sains dan seni, yang
mengkombinasikan perasaan intuitif seorang insinyur yang berpengalaman mengenai
perilaku struktur dengan pengetahuan yang mendalam mengenai prinsip – prinsip
statika, dinamika, mekanika bahan dan analisis struktur, untuk menciptakan
suatu struktur yang aman dan ekonomis sehingga dapat berfungsi seperti yang
diharapkan.
b. Prinsip – prinsip Desain
Desain
merupakan suatu proses untuk mendapatkan penyelesaian yang optimum. Dalam
desain apapun, harus ditentukan sejumlah kriteria untuk menilai apakah yang
optimum tersebut telah tercapai atau belum. Untuk sebuah struktur, kriteria –
kriteria tersebut dpat berupa :
1. Biaya
minimum,
2. Berat yang
minimum,
3. Waktu
konstruksi yang minimum,
4. Jumlah
tenaga kerja minimum,
5. Biaya
pembuatan produk – produk pemilik yang minimum,
6. Efisiensi
pengoperasian yang maksimum bagi pemilik.
Biasanya
dilibatkan beberapa kriteria yang masing – masing perlu diberi bobot nilai.
Dengan memperhatikan kriteria yang mungkin seperti diatas, tampaklah bahwa
penentuan kriteria – kriteria yang terukur dengan jelas pun (seperti berat dan
biaya) untuk mencapai suatu optimum kerap kali terbukti tidak mudah, bahkan
mustahil dilakukan. Dalam kebanyakan situasi praktis, penilaian hanya dapat
dilakukan secara kualitatif.
Apabila suatu
kriteria tertentu dapat diwujudkan secara matematis, untuk memperoleh titik
maksimum dan minimum dari fungsi objektif yang bersangkutan, dapat digunakan
teknik – teknik optimasi. namun hendaknya kita tidak melupakan kriteria
subyektif lainnya, walaupun pengintegrasian dai prinsip – prinsip perilaku
dengan desain elemen – elemen baja struktur hanya berdasarkan kriteria –
kriteria objektif yang sderhana saja, misalnya berat dan biaya.
c. Prosedur Desain
Prosedur desain
dapat dianggap terdiri dari dua bagian, desain fungsional dan deain kerangka
kerja struktural. Desain fungsional menjamin tercapainya hasil – hasil yang
dikehendaki seperti :
a. Area kerja
yang lapang dan mencukupi,
b. Ventilasi
atau pengkondisian udara yang tepat,
c. Fasilitas –
fasilitas transfortasi yang memadai, seperti lift, tangga, dan derek
atau alat –alat untuk menangani bahan – bahan,
d. Pencahayaan
yang cukup,
e. Estetika.
Desain kerangka
kerja struktural berarti pemilihan susunan serta ukuran elemen – elemen
struktur yang tepat, sehingga beban – beban layanan bekerja dengan aman.
Secara gari
besar, prosedur desain secara iteratif dapat digambarkan sebagai berikut :
1) Perencanaan. Penentuan
fungsi – fungsi yang akan dilayani oleh struktur yang bersangkutan. Tentukan
kriteria – kriteria untuk mengukur apakah desain yang dihasilkan telah mencapai
optimum.
2) Konfigurasi
struktur pendahuluan. Susunan dari elemen – elemen yang akan
melayani fungsi – fungsi pada langkah 1
3) Penentuan beban – beban yang harus dipikul.
4) Pemilihan batang pendahuluan. Pemilihan
ukuran batang yang memenuhi kriteria objektif, seperti berat atau biaya minimum
dilakukan berdasarkan keputusan dari langkah 1,2 dan 3.
5) Analisis. Analisis
struktur dengan membuat model beban – beban dan kerangka kerja struktural untuk
mendapatkan gaya – gaya internal dan defleksi yang dikehendaki.
6) Evaluasi. Apakah semua
persyaratan kekuatan dan kemampuan kerja telah terpenuhi dan apakah hasilnya
sudah optimum? Bandingkan dengan kriteria – kriteria yang telah ditentukan
sebelumnya.
7) Redesain. Sebagai hasil
dari evaluasi, diperlukan pengulangan bagian mana saja dai urutan 1 sampai
dengan 6. Langkah – langkah tersebut merupakan suatu proses iteratif. Namun
dengan mengingat bahwa konfigurasi struktur dan pembebanan luar telah
ditentukan sebelumnya.
BAB IV
BAJA RINGAN
Baja Ringan
Baja ringan adalah baja canai dingin
dengan kualitas tinggi yang bersifat ringan dan tipis namun kekuatannya tidak
kalah dengan baja konvensional. Baja ringan memiliki tegangan tarik tinggi (G550).
Baja G550 berarti baja memiliki kuat tarik 550 MPa (Mega Pascal). Baja ringan
adalah Baja High Tensile G-550 (Minimum Yeild Strength 5500 kg/m2) dengan
standar bahan ASTM A792, JIS G3302, SGC 570.
Untuk melindungi material baja mutu
tinggi dari korosi, harus diberikan lapisan pelindung (coating) secara memadai.
Berbagai metode untuk memberikan lapisan pelindung guna mencegah korosi pada
baja mutu tinggi telah dikembangkan. Jenis coating pada baja ringan yang
beredar dipasaran adalah Galvanized, Galvalume, atau sering juga disebut
sebagai zincalume dan sebuah produsen mengeluarkan produk baja ringan dengan
menambahkan magnesium yang kemudian dikenal dengan ZAM, dikembangkan sejak
1985, menggunakan lapisan pelindung yang terdiri dari: 96% zinc, 6% aluminium,
dan 3% magnesium.
Kelebihan
dan kekurangan baja ringan :
Kelebihan:
- Karena
bobotnya yang ringan maka dibandingkan kayu, beban yang harus ditanggung
oleh struktur di bawahnya lebih rendah
- Baja
ringan bersifat tidak membesarkan api (non-combustible).
- Tidak
bisa dimakan rayap
- Pemasangannya
relatif lebih cepat apabila dibandingkan rangka kayu.
- Baja
ringan nyaris tidak memiliki nilai muai dan susut, jadi tidak berubah
karena panas dan dingin (menurut aplikator).
Kekurangan :
- Kerangka
atap baja ringan tidak bisa diekspos seperti rangka kayu, sistem rangkanya
yang berbentuk jaring kurang menarik bila tanpa penutup plafon.
- Karena
strukturnya yang seperti jaring ini maka bila ada salah satu bagian
struktur yang salah hitung ia akan menyeret bagian lainnya maksudnya jika
salah satu bagian kurang memenuhi syarat keamanan, maka kegagalan bisa
terjadi secara keseluruhan
- Rangka
atap baja ringan tidak sefleksibel kayu yang dapat dipotong dan dibentuk
berbagai profil
DAFTAR PUSTAKA
h
