Sifat, Komposisi, dan Aplikasi Baja Standar

Baja adalah istilah umum untuk keluarga besar paduan besi-karbon yang dapat ditempa, dalam rentang suhu tertentu, segera setelah pemadatan dari keadaan cair.

Bahan baku utama yang digunakan dalam pembuatan baja adalah bijih besi, batu bara, dan batu kapur. Bahan-bahan ini diubah dalam tanur tinggi menjadi produk yang dikenal sebagai "besi babi", yang mengandung sejumlah besar karbon, mangan, belerang, fosfor, dan silikon. Pig iron keras, rapuh, dan tidak cocok untuk diproses langsung menjadi bentuk tempa. Pembuatan baja adalah proses pemurnian pig iron serta besi dan skrap baja dengan menghilangkan elemen yang tidak diinginkan dari lelehan dan kemudian menambahkan elemen yang diinginkan dalam jumlah yang telah ditentukan. Reaksi utama di sebagian besar pembuatan baja adalah kombinasi karbon dengan oksigen untuk membentuk gas. Jika oksigen terlarut tidak dihilangkan dari lelehan sebelum atau selama penuangan, produk gas terus berkembang selama pemadatan. Jika baja terdeoksidasi kuat dengan penambahan elemen deoksidasi, tidak ada gas yang terbentuk, dan baja disebut “terbunuh” karena terletak diam di dalam cetakan. Peningkatan derajat evolusi gas (penurunan deoksidasi) mencirikan baja yang disebut "semikilled", "capped", atau "rimmed." Tingkat deoksidasi mempengaruhi beberapa sifat baja. Selain oksigen, baja cair mengandung hidrogen dan nitrogen terlarut dalam jumlah terukur. Untuk beberapa aplikasi baja kritis, praktik deoksidasi khusus serta perawatan vakum dapat digunakan untuk mengurangi dan mengontrol gas terlarut.

Kandungan karbon dari nilai baja umum berkisar dari beberapa ratus persen hingga sekitar 1 persen. Semua baja juga mengandung berbagai jumlah elemen lain, terutama mangan, yang bertindak sebagai deoxidizer dan memfasilitasi pengerjaan panas. Silikon, fosfor, dan belerang juga selalu ada, meski hanya dalam jumlah sedikit. Elemen lain mungkin ada, baik sebagai residu yang tidak sengaja ditambahkan tetapi dihasilkan dari bahan baku atau praktik pembuatan baja, atau sebagai elemen paduan yang ditambahkan untuk mempengaruhi perubahan sifat baja.

Baja dapat dicor untuk dibentuk, atau ingot atau untai cor dapat dipanaskan kembali dan dikerjakan panas dengan menggulung, menempa, ekstrusi, atau proses lainnya menjadi bentuk pabrik tempa. Baja tempa adalah bahan teknik yang paling banyak digunakan, menawarkan banyak bentuk, hasil akhir, kekuatan, dan rentang suhu yang dapat digunakan. Tidak ada bahan lain yang menawarkan keserbagunaan yang sebanding untuk desain produk.

Klasifikasi Baja Standar

Baja tempa dapat diklasifikasikan secara sistematis ke dalam kelompok berdasarkan beberapa karakteristik umum, seperti komposisi kimia, praktik deoksidasi, metode penyelesaian, atau bentuk produk. Komposisi kimia adalah dasar yang paling sering digunakan untuk mengidentifikasi dan menetapkan penunjukan standar untuk baja tempa. Meskipun karbon adalah elemen pengerasan dan penguat utama dalam baja, tidak ada elemen tunggal yang mengontrol karakteristik baja. Efek gabungan dari beberapa elemen mempengaruhi respon terhadap perlakuan panas, kekerasan, kekuatan, struktur mikro, ketahanan korosi, dan sifat mampu bentuk. Baja standar dapat dibagi secara luas menjadi tiga kelompok utama:baja karbon, baja paduan, dan baja tahan karat.

Baja Karbon

Sebuah baja memenuhi syarat sebagai baja karbon ketika kandungan mangannya dibatasi hingga 1,65 persen (maks), silikon hingga 0,60 persen (maks), dan tembaga hingga 0,60 persen (maks). Dengan pengecualian deoxidizers dan boron bila ditentukan, tidak ada elemen paduan lain yang ditambahkan dengan sengaja, tetapi mereka mungkin ada sebagai residu. Jika salah satu dari elemen insidental ini dianggap merugikan untuk aplikasi khusus, batas maksimum yang dapat diterima dapat ditentukan. Berbeda dengan kebanyakan baja paduan, baja karbon paling sering digunakan tanpa perlakuan panas akhir; namun, mereka dapat dianil, dinormalisasi, dikeraskan, atau dipadamkan dan ditempa untuk meningkatkan fabrikasi atau sifat mekanik. Baja karbon dapat dibunuh, setengah mati, ditutup, atau dibingkai, dan, bila perlu, metode deoksidasi dapat ditentukan.

Baja Paduan

Baja paduan terdiri tidak hanya kelas yang melebihi batas kandungan elemen untuk baja karbon, tetapi juga setiap kelas yang elemen yang berbeda dari yang digunakan untuk baja karbon ditambahkan, dalam rentang tertentu atau minimum tertentu, untuk meningkatkan sifat mekanik, karakteristik fabrikasi, atau atribut lain dari baja. Dengan definisi ini, baja paduan mencakup semua baja selain baja karbon; namun, menurut konvensi, baja yang mengandung lebih dari 3,99 persen kromium dianggap sebagai "jenis khusus" baja paduan, yang mencakup baja tahan karat dan banyak baja perkakas.

Dalam pengertian teknis, istilah baja paduan dicadangkan untuk baja yang mengandung sejumlah kecil elemen paduan (sekitar 1-4 persen) dan umumnya bergantung pada perlakuan termal untuk mengembangkan sifat mekanik tertentu. Baja paduan selalu mati, tetapi praktik deoksidasi atau peleburan khusus, termasuk vakum, dapat ditentukan untuk aplikasi kritis khusus. Baja paduan umumnya memerlukan perawatan tambahan selama pembuatannya karena lebih sensitif terhadap operasi termal dan mekanis.

Baja Tahan Karat

Baja tahan karat adalah baja paduan tinggi dan memiliki ketahanan korosi yang unggul terhadap karbon dan baja paduan rendah konvensional karena mengandung kromium dalam jumlah yang relatif besar. Meskipun elemen lain juga dapat meningkatkan ketahanan terhadap korosi, kegunaannya dalam hal ini terbatas.

Baja tahan karat umumnya mengandung setidaknya 10 persen kromium, dengan atau tanpa elemen lain. Sudah menjadi kebiasaan di Amerika Serikat, bagaimanapun, untuk memasukkan dalam klasifikasi baja tahan karat baja yang mengandung sedikitnya 4 persen kromium. Bersama-sama, baja ini membentuk keluarga yang dikenal sebagai baja tahan karat dan tahan panas, beberapa di antaranya memiliki kekuatan dan ketahanan oksidasi yang sangat tinggi. Namun, hanya sedikit yang mengandung lebih dari 30 persen kromium atau kurang dari 50 persen besi.

Dalam arti luas, baja tahan karat standar dapat dibagi menjadi tiga kelompok berdasarkan strukturnya:austenitik, feritik, dan martensit. Di masing-masing dari tiga kelompok, ada satu komposisi yang mewakili paduan dasar untuk keperluan umum. Semua komposisi lainnya berasal dari paduan dasar, dengan variasi khusus dalam komposisi yang dibuat untuk mendapatkan sifat yang sangat spesifik.

Nilai austenitik bersifat nonmagnetik dalam kondisi anil, meskipun beberapa mungkin menjadi sedikit magnetis setelah pengerjaan dingin. Mereka dapat dikeraskan hanya dengan pengerjaan dingin, dan bukan dengan perlakuan panas, dan menggabungkan ketahanan korosi dan panas yang luar biasa dengan sifat mekanik yang baik pada rentang suhu yang luas. Nilai austenitik selanjutnya diklasifikasikan menjadi dua subkelompok:jenis kromium-nikel dan jenis kromium-mangan-rendah-nikel yang jarang digunakan. Komposisi dasar dalam kelompok kromium-nikel secara luas dikenal sebagai 18-8 (Cr-Ni) dan merupakan kelas austenitik untuk keperluan umum. Nilai ini adalah dasar untuk lebih dari 20 modifikasi yang dapat dicirikan sebagai berikut:rasio kromium-nikel telah dimodifikasi untuk mengubah karakteristik pembentukan; kandungan karbon telah dikurangi untuk mencegah korosi intergranular; unsur niobium atau titanium telah ditambahkan untuk menstabilkan struktur; atau molibdenum telah ditambahkan atau kandungan kromium dan nikel telah ditingkatkan untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi atau oksidasi.

Nilai feritik standar selalu bersifat magnetis dan mengandung kromium tetapi tidak mengandung nikel. Mereka dapat dikeraskan sampai batas tertentu dengan pengerjaan dingin, tetapi tidak dengan perlakuan panas, dan mereka menggabungkan korosi dan ketahanan panas dengan sifat mekanik moderat dan daya tarik dekoratif. Nilai feritik umumnya terbatas pada kisaran kondisi korosif yang lebih sempit daripada nilai austenitik. Kelas feritik dasar mengandung 17 persen kromium. Dalam seri ini, ada modifikasi dan pemesinan bebas dengan peningkatan kandungan kromium untuk meningkatkan ketahanan penskalaan. Juga dalam kelompok feritik ini adalah baja kromium 12 persen (komposisi dasar kelompok martensit) dengan elemen lain, seperti aluminium atau titanium, ditambahkan untuk mencegah pengerasan.

Nilai martensit standar bersifat magnetis dan dapat dikeraskan dengan pendinginan dan temper. Mereka mengandung kromium dan, dengan dua pengecualian, tidak ada nikel. Tingkat dasar martensit biasanya mengandung 12 persen kromium. Ada lebih dari 10 komposisi standar dalam seri martensit; beberapa dimodifikasi untuk meningkatkan kemampuan mesin dan yang lain memiliki sedikit tambahan nikel atau elemen lain untuk meningkatkan sifat mekanik atau responsnya terhadap perlakuan panas. Yang lain telah sangat meningkatkan kandungan karbon, dalam kisaran baja perkakas, dan dapat dikeraskan hingga tingkat tertinggi dari semua baja tahan karat. Nilai martensit sangat baik untuk digunakan di lingkungan ringan seperti atmosfer, air tawar, uap, dan asam lemah, tetapi tidak tahan terhadap larutan yang sangat korosif.

Sistem Penomoran untuk Logam dan Paduan

Beberapa sistem penomoran yang berbeda telah dikembangkan untuk logam dan paduan oleh berbagai asosiasi perdagangan, masyarakat teknik profesional, organisasi standar, dan industri swasta untuk digunakan sendiri. Kode numerik yang digunakan untuk mengidentifikasi logam atau paduan mungkin atau mungkin tidak terkait dengan spesifikasi, yang merupakan pernyataan persyaratan teknis dan komersial yang harus dipenuhi produk. Sistem penomoran yang digunakan termasuk yang dikembangkan oleh American Iron and Steel Institute (AISI), Society of Automotive Engineers (SAE), American Society for Testing and Materials (ASTM), American National Standards Institute (ANSI), Steel Founders Society of America, American Society of Mechanical Engineers (ASME), American Welding Society (AWS), Asosiasi Aluminium, Asosiasi Pengembangan Tembaga, Departemen Pertahanan AS (Spesifikasi Militer), dan Kantor Akuntansi Umum (Spesifikasi Federal).

Sistem Penomoran Terpadu (UNS) dikembangkan melalui upaya bersama ASTM dan SAE untuk menyediakan sarana untuk menghubungkan sistem penomoran yang berbeda untuk logam dan paduan yang memiliki kedudukan komersial. Sistem ini menghindari kebingungan yang disebabkan ketika lebih dari satu nomor identifikasi digunakan untuk menentukan bahan yang sama, atau bila nomor yang sama diberikan untuk dua bahan yang sama sekali berbeda. Penting untuk dipahami bahwa nomor UNS bukanlah spesifikasi; itu adalah nomor identifikasi untuk logam dan paduan yang spesifikasi rincinya disediakan di tempat lain. Nomor UNS ditunjukkan pada Tabel 1; setiap nomor terdiri dari awalan huruf diikuti oleh lima digit. Dalam beberapa hal, huruf tersebut menunjukkan keluarga logam yang diidentifikasi oleh seri, seperti A untuk aluminium dan C untuk tembaga. Bila memungkinkan, nomor dalam kelompok UNS berisi urutan penomoran yang diambil langsung dari sistem lain untuk memudahkan identifikasi materi; misalnya, nomor UNS yang sesuai untuk baja AISI 1020 adalah G10200. Nomor UNS yang sesuai dengan nomor AISI-SAE yang umum digunakan yang digunakan untuk mengidentifikasi karbon biasa, paduan, dan baja perkakas diberikan pada Tabel 2.

Ringkasan

Artikel ini menjelaskan jenis utama baja standar. Pelajari lebih lanjut tentang properti material dari Machinery's Handbook, 30th Edition, yang diterbitkan dan tersedia dari Industrial Press di Amazon.

Untuk menemukan sumber pasokan baja, kunjungi Thomas Supplier Discovery Platform tempat Anda dapat menemukan sumber pasokan potensial untuk lebih dari 70.000 kategori produk dan layanan yang berbeda.