4. BAJA PERKAKAS Baja perkakas (tool steel), yang dikenal juga sebagai baja premium, adalah satu jenis baja yang dirancang untuk aplikasi seperti alat memotong baja lain pada mesin perkakas, alat penumbuk (punch), landasan cetak (die), cetakan cor (mold), pisau pemotong, pahat dan alat-alat sejenis. Untuk bisa menjalankan aplikasiaplikasi di atas, baja perkakas harus mempunyai kelebihan dalam hal kekuatan (strength), kekerasan (hardness), kekerasan ketika panas (hot hardness), ketahanan terhadap aus (wear resistance), dan keuletan (toughness) terhadap impak (impact). Baja perkakas dibagi menjadi tujuh kelompok berdasarkan aplikasinya, dan dengan sendirinya juga berdasarkan komposisinya. AISI (American Iron and Steel Insitute) menggunakan skema klasifikasi yang mengunakan sebuah huruf prefiks untuk mengidentifikasikan baja perkakas. Berikut ini adalah tujuh kelompok tersebut, beserta huruf prefiks dan uraiannya. Sedangkan dalam tabel setelahnya diperlihatkan komposisi kimia beberapa jenis baja paduan yang termasuk dalam baja perkakas. T, M High-speed tool steels, digunakan sebagai alat potong dalam mesin-mesin pemroses. Dirancang sehingga mempunyai ketahanan tinggi terhadap aus dan tetap mempunyai kekerasan tinggi walaupun dalam keadaan panas. Kode baja perkakas dalam kelompok ini memakai prefiks T kalau mengandung Tungsten, dan memakai prefiks M kalau mengandung Molibdenum. H Hotworking tool steel, digunakan untuk aplikasi cetakan (dies) yang dioperasikan dalam keadaan panas, seperti penempaan (forging), ekstrusi, dan cetakan pada pengecoran. Prefiks H untuk hot. Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 1/14
D Cold-work tool steels, adalah baja untuk aplikasi cetakan (dies) yang dioperasikan dalam keadaan dingin, seperti pekerjaan pres terhadap lembaran baja, ekstrusi dingin, dan beberapa operasi penempaan (forging). Prefiks D untuk die. Kelompok ini berhubungan erat dengan kode AISI yang memnggunakan prefiks A dan O. Prefiks A untuk air hardening (pengerasan yang pendinginannya mengunakan udara, dan prefiks O untuk oil hardening (pengerasan yang pendinginannya mengunakan oli). Kelompok ini mempunyai kelebihan dalam ketahanan terhadap aus, dan rendahnya distorsi. W Water hardening tool steels, mempunyai kandungan karbon yang tinggi, dengan sedikit (atau tidak ada sama sekali) elemen lain yang dipadukan. Baja kelompok ini hanya bisa diperkeras dengan cara pencelupan cepat ke dalam air. Baja jenis ini dipakai secara luas karena biayanya rendah, tapi penggunaannya terbatas hanya pada aplikasi bertemperatur rendah. Prefiks W untuk water. S Shock-resistant tool steels, ditujukan untuk aplikasi dimana diperlukan keuletan (toughness) yang tinggi, seperti pada operasi shearing pada logam lembaran, punching dan bending. P Mold steels, digunakan untuk aplikasi cetakan yang digunakan untuk mencetak plastik dan karet. L Low-alloy tool steels, kelompok ini berisi bermacam baja perkakas untuk aplikasi khusus. Baja perkakas bukan satu-satunya bahan untuk perkakas. Plain carbon steel, low alloy steel dan baja tahan karat (stainless steels), juga biasa dipakai untuk Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 2/14
aplikasi perkakas dan cetakan. Besi tuang dan beberapa paduan non-fero juga bisa dipakai untuk beberapa aplikasi perkakas. Jangan dilupakan, beberapa jenis keramik (misalnya Al2O3) digunakan sebagai bahan untuk membuat perkakas dengan operasi berkecepatan tinggi, sebagai bahan abrasif, dan aplikasi lain. Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 3/14
5. BAJA TAHAN KARAT Baja tahan karat adalah sekelompok baja paduan tinggi yang dirancang agar mempunyai ketahanan tinggi terhadap korosi. Unsur utama dalam paduan tersebut adalah krom, biasanya lebih dari 15%. Krom akan membentuk suatu lapisan tipis yang dapat menahan terjadi oksidasi. Nikel (unsur lain dalam paduan), digunakan untuk meningkatkan perlindungan atas korosi. Karbon berguna untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan logam. Sebenarnya kandungan karbon dapat menurunkan ketahanan terhadap korosi. Ini terjadi karena karbon dapat membentuk chromium carbide yang mengurangi jumlah kromium bebas yang tersedia pada paduan. Baja tahan karat juga dikenal karena kekuatan (strength) dan kekenyalannya (ductility). Walaupun sifat ini diperlukan dalam banyak aplikasi, tapi hal ini menyebabkannya paduan ini menyulitkan dalam proses manufaktur. Juga, baja tahan karat secara signifikan lebih mahal ketimbang plain carbon steel atau low alloy steel. 5.1. Kelompok-kelompok dalam baja tahan karat Ada lima kelompok baja tahan karat, sebagai berikut. Austenitic stainless. Mempunyai bentuk kristal FCC. Mengandung sekitar 18% Cr dan 8% Ni. Paling tahan terhadap karat, dibanding dengan yang lain. Non magnetic, sangat kenyal (ductile) tapi mempunyai kekerasan (hardness) yang tinggi. Stabil dalam temperatur kamar. Dipakai untuk peralatan di pabrik kimia atau peralatan pengolah makanan. Juga dipakai untuk komponen mesin yang memerlukan tahan karat. Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 4/14
Ferritic stainless. Mempunyai bentuk kristal BCC. Mengandung sekitar 15% - 20% Cr, kandungan karbon yang rendah, dan tanpa nikel. Ketahanan terhadap korosi lebih rendah, jika dibanding dengan austenitik. Kekenyalan lebih rendah, dibanding austenitik. Dipakai untuk berbagai perlatan dapur, sampai komponen mesin jet. Martensitic stainless. Mempunyai kandungan karbon yang lebih tinggi, dibanding ferritic, sehingga memungkinkan untuk diperkuat dengan heat treatment. Mengandung 18% Cr, tanpa nikel. Lebih kuat, keras, tahan terhadap fatigue. Ketahanan terhadap korosinya lebih rendah ketimbang austenitic dan ferritic. Dipakai untuk alat makan dan peralatan operasi. Precipitation hardening stainless. Mengandung 17% Kromium dan 7% Nikel. Ditambah Aluminium, Tembaga, Titanium, Molibdenum dalam jumlah kecil. Dapat diperkeras dengan metoda precipitation hardening. Kekuatan dan ketahanan terhadap korosi, terjaga walaupun dalam temperatur tinggi. Sifat ini cocok untuk aplikasi pada pesawat luar angkasa. Duplex stainless. Mempunyai struktur campuran antara austenitic dan ferritic, dalam jumlah yang kira-kira sama. Daya tahan korosinya mirip dengan austenitic. Mempunyai daya tahan terhadap retak karena stress-corrosion. Dipakai antara lain untuk heat exchangers, pompa, instalasi pengolahan air limbah. 5.2. Identifikasi baja tahan karat AISI (the American Iron and Steel Institute). Kebanyakan baja tahan karat memperoleh kode tiga digit dalam skema penomoran berdasarkan AISI. Satu digit pertama menunjukkan tipe umumnya, sedangkan dua digit terakhir menunjukkan Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 5/14
grade khususnya. Tabel berikut memperlihatkan komposisi tipikalnya, serta sifat mekanikalnya. UNS (Unified Numbering System). Skema penomoran berdasarkan UNS, adalah sebagaimana diperlihatkan dalam Tabel 16-1 dan Tabel 16-2 berikut ini. Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 6/14
5.3. Sifat-sifat fisika/mekanikal Sifat-sifat berbagai jenis baja tahan karat dapat bervariasi, tergantung dari komposisi paduannya. Walaupun begitu beberapa sifat umum perlu dicatat karena akan mempengaruhi aplikasinya. Berat jenis. Karena dasarnya adalah besi, berat jenis baja tahan karat hampir sama dengan baja karbon atau baja paduan rendah. Struktur kristal. Austenitic mempunyai struktur kristal tertentu yang membuatnya bersifat tidak ferromagnetic. Sedangkan ke-empat jenis baja tahan karat yang lain, bersifat ferromagnetic Konduktivitas. Baja tahan karat merupakan konduktor panas dan listrik yang cukup buruk, jika dibanding dengan baja karbon. Pemuaian. Koefisien muai panas baja tahan karat adalah 50% lebih tinggi dibanding baja karbon. Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 7/14
Modulus elastisitas Baja tahan karat mempunyai modulus elastisitas yang sedikit lebih rendah ketimbang baja karbon sederhana dan baja paduan rendah. Kalau per baja karbon sederhana akan diganti oleh per baja tahan karat, karena kinerjanya akan berbeda. 6. BESI COR Besi cor adalah besi paduan yang mengandung sekitar 2,1% sampai 4% karbon dan sekitar 1% sampai 3% silikon. Komposisi tersebut membuatnya sangat cocok untuk besi cor. Dengan demikian, volume pengecoran bahan ini, angkanya beberapa kali lipat volume pengecoran logam-logam lain. Jumlah tonase besi cor hanya kalah oleh baja. 6.1. Jenis-jenis besi cor Terdapat beberapa jenis besi cor, yang paling penting adalah besi cor abuabu (gray cast iron). Yang lainnya adalah ductile iron, white cast iron dan malleable iron dan berbagai besi cor paduan lainnya. Perbandingan komposisi kimia dari baja, besi cor putih dan besi cor abu-abu adalah sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 6.6. Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 8/14
Gray cast iron. Jumlah tonase jenis ini adalah yang terbesar di antara sesama cast iron. Mempunyai komposisi dalam kisaran 2,5%-4% karbon dan 1%- 3% silikon Ductile iron. Ini adalah besi dengan komposisi sama dengan gray iron, dimana logam yang dicairkan, mendapat perlakuan secara kimia sebelum penuangan. Ini menyebabkan terbentuknya speroid grafit, alih-alih flakes.hasilnya adalah suatu besi yang lebih kuat dan lebih kenyal (ductile). Aplikasinya mencakup komponen masin-mesin yang memerlukan kekuatan yang tinggi dan daya tahan yang tinggi terhadap aus (wear). Besi cor putih (white cast iron). Besi cor jenis ini mempuinyai lebih sedikit karbon dan silikon ketimbang besi cor abu-abu. Jenis ini dibuat dengan cara pendinginan yang lebih cepat, setelah besi cair dituangkan. Malleable iron. Besi cor paduan (alloy cast iron). Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 9/14
6.2. Proses pengecoran Besi cor sering dicairkan dalam sebuah kupola (Figure 17-1). Besi yang sudah cair akan melalui pencetakan. Proses pencetakan kurang lebih dilakukan sebagaimana terlihat dalam Figure 17-2. Dalam gambar tersebut diperlihatkan enam macam jenis cetakan: (1) cetakan yang dibuat dari pasir, (2) cetakan yang dibuat permanen, (3) pengecoran yang menggunakan die, (4) shell molding, (5) investment casting, dan (6) centrifugal casting. Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 10/14
Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 11/14
Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 12/14
Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 13/14
Bahan bacaan: Budinski, K.G. dan Budinski M.K., 2010, Engineering Materials, Properties and Selection, Pearson Prentice Hall Mott, Robert L., 2009, Elemen-elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis, Perancangan Elemen Mesin Terpadu, Jilid 1, Penerbit ANDI Yogyakarta Surdia, Tata dan Saito, Shinroku, 1992, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta Wargadinata, Arijanto S., 2002, Pengetahuan Bahan, Penerbit Universitas Trisakti Wirjosumarto, Harsono, stensilan, tanpa tahun, Kekuatan dan Penguatan Logam, Laboratorium Teknik Metalurgi, Departemen Mesin, FTI, ITB, Bandung Hanya untuk lingkungan UMB (2011-2I) 14/14