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. 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) 500 B.C. 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

Pembuatan baja menggunakan OXYGEN FURNACE dan ELECTRIC FURNACE 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 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…