INDUSTRI LOGAM
2010/2011
PENDAHULUAN
• Diantara logam-logam, BAJA paling banyak
digunakan, mulai dari bangunan hingga otomotif
sampai pesawat dan alat transportasi luar
angkasa.
• BAJA adalah kombinasi besi atau alloy dengan
logam lain atau non logam, seperti karbon.
• Sifat BAJA lebih lentur (mudah dibentuk), punya
daya tahan lebih baik daripada besi tuang, dan
biasanya ditempa, digulung atau ditarik menjadi
berbagai bentuk.
SEJARAH
TAHUN
KETERANGAN
6000 t.y.l.
Bangsa primitive memulai menggunakan besi dari batuan
meteor.
Komposisi batuan meteor adalah besi dan nikel, membentuk
logam yang lebih KERAS daripada besi murni.
Kegunaan: senjata dan peralatan.
Proses : HAMMERING dan CHIPPING logam tersebut
2500 B.C.
Bangsa HITTITES (suku kuno di Asia) memulai MEMPRODUKSI
BESI
1400 B.C.
Suku CHALYBES, menemukan proses CEMENTASI, yaitu membuat
besi lebih KUAT.
Proses : besi di tumbuk dan dipanaskan menggunakan arang
kayu (charcoal), dimana karbon yang diserap dari charcoal akan
menghasilkan besi yang lebih kuat
WAKTU
KETERANGAN
SMELTING IRON (mencairkan besi)
Metode reduksi paling primitiv untuk memisahkan besi dari bijihnya
menggunakan tungku pembakaran.
Besi akan meleleh pada suhu DIATAS 1537°C, tetapi suhu tungku pembakaran
maksimal adalah 1200°C
1000 B.C.
500 B.C.
Dimulainya JAMAN BESI, ditandai meluasnya penggunaan besi
untuk senjata dan peralatan.
Bangsa MESIR KUNO meningkatkan suhu pada tungku
pembakaran dengan meniupkan aliran udara ke dalam api
menggunakan pipa hembus (blow pipe) dan pengangin
(bellows)
Tentara MESIR menggunakan senjata besi yang sudah
dikeraskan dengan mendikinkan logam panas ke dalam air
dingin (QUENCHING).
Tentara ROMAWI, MEMANASKAN kembali logam yang sudah
mengalami quenching, TEMPERING PROCESS, agar besi tidak
rapuh
WAKTU
KETERANGAN
A.D. 500 - 1500 Penggunaan metode Smelting dan Cemetation meluas, mulai
dari produksi senjata, paku, tapal kuda dan peralatan lain.
Bangsa Romawi mengembangkan TUNGKU PEMBAKARAN yang
lebih BESAR lebih TINGGI dan mempunyai sistem UDARA yang
lebih baik.
Penggunaan BATUBARA (coal) sebagai sumber bahan bakar.
Batubara menyebabkan besi menjadi RAPUH karena kandungan
sulfur dan fosfornya.
1709
ABRAHAM DARBY (Inggris) menggunakan “coke”, yaitu residu
yang ditinggalkan saat batu bara dipanaskan untuk
menghilangkan impuritas sehingga dihasilkan SMELT PIG IRON.
PIG: blok besi hasil tanur untuk dilebur kembali di dalam pabrik
pengecoran
1740
BENJAMIN HUNTSMAN (Inggris) menemukan CRUCIBLE CAST
STEEL (Cetakan Baja Tuang)
1784
Henry Cort (Inggris) menemukan metode BESI ADUK, dimana
mengadukkan udara ke dalam cairan besi, menggunakan dapur
api/aduk (REVERBERATORY FURNACE). Furnace ini digunakan
saat coal dipisahkan dari besi untuk mencegah kontaminasi.
TAHUN
KETERANGAN
1784
Setelah PIG IRON (besi kasar) diubah menjadi WROUGHT IRON
(besi tempa) , kemudian dipindahkan menuju ke rolling mill,
dimana bara api yang tersisa akan ditekan mengunakan GROOVE
ROLLER (roller beralur).
Metode Cort dipatenkan dan dapat mengasilkan batang besi 15x
lebih cepat daripada metode hammer
1850 - 1865
Tahun Keemasan proses produksi besi dan baja.
Baja mulai populer diawal tahun 1860-an, karena metode
pembuatannya lebih murah dengan kuantitas dan kualitas lebih
baik.
1851
William Kelly (US) dan Henry Bessemer (Inggris) secara terpisah
menemukan metode yang sama untuk mengubah besi menjadi
baja, dengan cara MOLTEN PIG IRON (besi kasar cair) diberi
udara yang akan membakar sebagian besar impuritas dan
karbon yang terdapat pada besi cair akan bertindak sebagai
bahan bakar.
1857
Kelly memperoleh sertifikat paten dari Amerika, tetapi pada
tahun yang sama dia mengalami kebangkrutan, sehingga proses
pembuatan baja dari besi dikenal dengan nama BESSEMER
PROCESS
TAHUN
KETERANGAN
1856 - 1860
Bessemer merampungkan VERTICAL CONVERTER dan mematenkan TILTING
CONVERTER, dimana dapat dimiringkan (tilted) untuk menerima bes i cair da
ri furnace dan menuangkan baja cair.
Kegunaan: kapasitas produksi baja semakin tinggi, sehingga bisa digunakan
untuk kapal, rel kereta api, jembatan dan bagunan besar lainnya di
pertengahan abad 19.
Kekurangan: baja tetap rapuh karena impuritas yang masih melekat seperti
sulfur, fosfor dan oksigen dari udara yang ditambahkan.
1856
Robert F. Mushet (ahli metalurgi, Inggris) , menambahkan campuran besi
(SPIEGELEISEN) yang emngandung mangan untuk menghilangkan oksigen.
1861
William dan Frederick Siemans (Inggris) memperkenalkan
OPEN –
HEARTH FURNACE, gas panas yang keluar digunakan kembali untuk
memanaskan udara yang akan digunakan
1875
Sidney G. Thomas dan Percy Gilchrist (ahli kimia, Inggris) menemukan bahwa
jika LIMESTONE ditambahkan ke dalam converter akan menghilangkan pospor
dan sulfur
1879
William Siemans (Inggris) mengembangkan ELECTRIC FURNACE
TODAY
Pembuatan baja menggunakan OXYGEN FURNACE dan ELECTRIC
FURNACE
BAHAN BAKU
• BIJIH BESI (IRON ORE), consist of
hematite (plentiful), limonite (brown iron
ore), taconite, dan magnetite (black iron ore).
• Coal
• Limestone
• Need at least 50% of iron ore for efficient
operation (in furnace)
PROSES PRODUKSI
• Most steel is produced using one of four
methods: Bessemer converters, open-hearth
furnaces, basic oxygen furnaces, and electric
furnaces.
• Basic oxygen process is the most efficient,
while the Bessemer and open-hearth methods
have become obsolete. Electric furnaces are
used to produce high quality steels from
selected steel scrap, lime, and mill scale .
PROSES BASSEMER
• IN : 1860 – 1909
• Bassemer converter adalah bejana yang
sangat besar berbentuk seperti buah pir,
dapat menampung 5 – 25 ton bahan baku,
dengan kecepatan alir udara 3000 ft3/menit
• Percikan dan asap tebal berwarna coklat
keluar dari konverter ketika O2 bercampur
dengan besi dan mangan untuk membentuk
SLAG.
• Setelah itu kobaran api setinggi 9 m,
menggantikan asap ketika O2 bergabung
dengan bahan bakar dan terbakar.
• Proses : 15 menit (whole process)
• Kekurangan
:
penambahan
udara
menyebabkan terdapat impuritas (Nitrogen)
serta menghilangkan elemen yang dibutuhkan
(C dan Mn)
• Solusi : menambahkan kembali elemen tsb
• Stop Process : Perundangan Lingkungan
(Polusi Udara) dan efisiensi proses
PROSES OPEN-HEARTH
FURNACE
• IN : 1909 – 1960-an
• Limestone dan scrap steel dimasukkan ke
dalam converter dan dipanaskan selama 2 jam
dengan suhu 1482 – 1649°C sampai keduanya
tercampur.
• Kemudian tungku diisi dengan berton-ton besi
kasar cair, kemudian scrap dipindahkan ke
dalam tungku.
• Kemudian ditambahkan beberapa elemen
seperti fluxing agent, karbon (biasanya dalam
bentuk anthracite coal pellet) dan campuran
logam untuk meningkatkan kualitas baja,
menghilangkan efek dari oksida atau impuritas
lainnya.
• Jika panas dan suhu sudah sesuai, maka furnace
dimiringkan dan logam cair dituang ke cawan
tuang.
• Panas yang dihasilkan untuk memanaskan baja
membutuhkan waktu 8 – 12 jam per period
PROSES BASIC OXYGEN
FURNACE
• Mirip dengan Bassemer Proses
• Material dimasukkan dari atas furnace kemudian
produk yang dihasilkan dituangkan ke cawan
tuang.
• Elemen yang penting : water cooled-oxygen lance
dan fluxing agents
• Lance diturunkan untuk mengisikan secara
langsung oksigen dengan kemurnian tinggi
menggunakan kecepatan supersonik ke dalam
logam cair.
• Hal tersebut akan membakar habis impuritas
dan memungkinkan membuat baja dengan
kandungan nitrogen minimal.
• Panas yang digunakan untuk membentuk baja
dapat berlangsung selama 30 – 45 menit.
• Pengembangan refractory dengan
menambahkan insulating ceramics, untuk
melindungi vessel dari hot steel
PROSES ELECTRIC
FURNACE
• Proses yang paling unggul, karena tersedia
listrik dengan biaya rendah dan hanya coal atau
iron ore yang ditemukan.
• Electric furnace proses ini dapat menghasilkan
baja, campuran baja dan karbon berkualitas
tinggi.
• Proses berlangsung selama 90 menit dengan
menghasilkan 150 – 200 ton baja.
• Furnace ini menggunakan elektroda dengan
ukuran 0,6 meter (d) dan 7,2 meter (l).
Gambar Proses
Gambar Proses
QUALITY CONTROL
• Melaksanakan serangkaian test, untuk mengetahui
sifat fisik maupun mekanik dari produk.
• Test seperti Metallurgical, hardness (kekerasan),
hardenability
(sifat
dapat
kuat),
tension
(tekanan/tarikan), ductility (sifat dapat diregang),
compression (pemadatan), fatigue (kelelahan bahan),
impact (tumbukan), wear (pengausan/aus), corrosion
(korosi), creep (sifat dapat mulur), machinability,
radiography, magnetic particle, ultrasonic, and eddy
current (arus kisar)
• Metallurgical testing is used to determine the
quality of steel by analyzing the
microstructure of a sample under a
microscope.
• It is possible to determine grain size and the
size, shape, and distribution of various phases
and inclusions (nonmetallic material) which
have a great effect on the mechanical
properties of the metal.
• Hardness is not a fundamental property of a
material, but is related to its elastic and plastic
properties.
• Hardenability is a property that determines the
depth and distribution of hardness induced by
quenching.
• The tensile test is used to determine several
important material properties such as yield
strength, where the material starts to exhibit
plastic or permanent deformation, and the
ultimate tensile or breaking strength.
• Ductility of a material is indicated by the amount
of deformation that is possible until fracture and
can be determined by measuring elongation and
reduction in area of a tensile sample that has
been tested to failure.
• The fatigue test is used to determine the
behavior of materials when subjected to
repeated or fluctuating loads.
• The fatigue potential, or endurance limit, is
determined by counting the number of cycles
of stress.
• Fatigue tests can be used to study the material
behavior under various types and ranges of
fluctuating loads and also the effect of
corrosion, surface conditions, temperature,
size, and stress concentrations.
• Impact tests are used to determine the behavior
of materials when subjected to high rates of
loading, usually in bending, tension, or torsion.
• Corrosion involves the destruction of a material
by chemical, electrochemical, or metallurgical
interaction between the environment and the
material
• Machinability is the ease with which a metal may
be machined.
• Machinability ratings are expressed as a
percentage, in comparison with AISI 1112 steel,
which is rated at 100%. Metals which are more
difficult to machine have a rating of less than
100% while metals which machine easily have a
rating more than 100%.
• Radiography of metals involves the use of x-ray or
gamma
rays.
The
short-wavelength
electromagnetic rays are capable of going
through large thickness of metal and are typically
used to nondestructively test castings and welded
joints for shrinkage voids and porosity.
• Magnetic particle inspection is a method of
detecting cracks, tears, seams, inclusions, and
similar discontinuities in iron and steel. This
method will detect surface defects too fine to be
seen by the naked eye and will also detect
discontinuities just below the surface.
• Ultrasonic inspection is used to detect and locate
such defects as shrinkage voids, internal cracks,
porosity, and large nonmetallic inclusions.
• Eddy current inspection is used to inspect
electrically conducting materials for defects and
variations in composition. Eddy current testing
involves placing a varying magnetic field.
• . Properties such as hardness, alloy composition,
chemical purity, and heat treat condition
influence the magnetic field and may be
measured through the use of eddy current
testing.
THANK YOU…