Baja Standar: Komposisi, Sifat, dan Aplikasi
Kredit gambar: Shutterstock/CHIARI VFX
Baja adalah istilah umum untuk keluarga besar paduan besi-karbon yang lentur, dalam rentang suhu tertentu, segera setelah menyekuarkan dari keadaan cair.
Bahan baku utama yang digunakan dalam pembuatan baja adalah bijih besi, batu bara, dan batu kapur. Bahan-bahan ini dikonversi dalam tungku tambang menjadi produk yang dikenal sebagai "besi kasar," yang mengandung jumlah besar karbon, manganese, sulfur, fosfor, dan silikon. Besi kasar keras, rapuh, dan tidak cocok untuk diproses langsung menjadi bentuk tahta. Pembuatan baja adalah proses menyaring besi kasar serta logam bekas dan baja dengan mengeluarkan elemen yang tidak diinginkan dari leburan dan kemudian menambahkan elemen yang diinginkan dalam jumlah yang ditentukan. Reaksi primer dalam sebagian besar pembuatan baja adalah gabungan karbon dengan oksigen untuk membentuk gas. Jika oksien terlarut tidak dikeluarkan dari leburan sebelum atau selama penuangan, produk gas terus berevolusi selama penyekuan. Jika baja sangat dioksidasi dengan penambahan elemen pengoksidasi, tidak ada gas yang berevolusi, dan baja disebut "dikirim" karena ia tertidur dalam cetakan. Tingkat berevolusi gas yang meningkat (pengoksidasi yang menurun) mencirikan baja yang disebut "setengah dikirim", "ditutup," atau "bertepi." Tingkat pengoksidasi mempengaruhi beberapa sifat baja. Selain oksigen, baja cair mengandung jumlah yang dapat diukur dari hidrogen dan nitrogen yang terlarut. Untuk beberapa aplikasi baja yang kritis, praktik pengoksidasi khusus serta perlakuan vakum dapat digunakan untuk mengurangi dan mengontrol gas terlarut.
Kandungan karbon grade baja umum berkisar dari beberapa pertamana persen hingga sekitar 1 persen. Semua baja juga mengandung jumlah yang bervariasi dari elemen lain, terutama manganese, yang bertindak sebagai pengoksidasi dan memfasilitasi kerja panas. Silikon, fosfor, dan sulfur juga selalu ada, jika saja dalam jumlah jejak. Elemen lain mungkin ada, baik sebagai sisa yang tidak sengaja ditambahkan tetapi berasal dari bahan baku atau praktik pembuatan baja, atau sebagai elemen pelingkungan yang ditambahkan untuk mengubah sifat baja.
Baja dapat dicetak ke bentuk, atau cetakan ingot atau benang dapat dipanaskan ulang dan dikerjakan panas dengan menggulung, memukul, mengekslus, atau proses lain menjadi bentuk pabrik tahta. Baja tahta adalah bahan teknik yang paling banyak digunakan, menawarkan banyak bentuk, finishing, kekuatan, dan rentang suhu yang dapat digunakan. Tidak ada bahan lain yang menawarkan seragam untuk desain produk.
Klasifikasi Baja Standar
Baja tahta dapat diklasifikasikan secara sistematis ke dalam grup berdasarkan karakteristik umum, seperti komposisi kimia, praktik pengoksidasi, metode finishing, atau bentuk produk. Komposisi kimia adalah dasar yang paling sering digunakan untuk mengidentifikasi dan menetapkan penyebut standar pada baja tahta. Meskipun karbon adalah elemen pengeras dan penguat utama dalam baja, tidak ada satu elemen yang mengontrol karakteristik baja. Efek gabungan beberapa elemen mempengaruhi respons terhadap perlakuan panas, kekerasan, kekuatan, mikrostruktur, resistensi korosi, dan kemampuan dibentuk. Baja standar dapat dibagi secara kasar ke dalam tiga grup utama: baja karbon, baja paduan, dan baja tahan karat.
Baja Karbon
Baja memenuhi syarat sebagai baja karbon ketika kandungan manganese-nya terbatas hingga 1,65 persen (maks), silikon hingga 0,60 persen (maks), dan tembaga hingga 0,60 persen (maks). Dengan pengecualian pengoksidasi dan boron jika ditentukan, tidak ada elemen pelingkungan lain yang ditambahkan sengaja, tetapi mungkin ada sebagai sisa. Jika salah satu elemen tidak sengaja ini dianggap merugikan untuk aplikasi khusus, batas maksimum yang dapat diterima dapat ditentukan. Berbeda dengan sebagian besar baja paduan, baja karbon paling sering digunakan tanpa perlakuan panas akhir; namun, mereka dapat dianil, dinormalisasi, diperkeras permukaan, atau dipendinginkan dan dipanah untuk meningkatkan pembuatan atau sifat mekanis. Baja karbon dapat dikirim, setengah dikirim, ditutup, atau bertepi, dan, jika diperlukan, metode pengoksidasi dapat ditentukan.
Baja Paduan
Baja paduan mencakup tidak hanya grade yang melebihi batas kandungan elemen untuk baja karbon, tetapi juga grade apa pun yang ditambahkan elemen yang berbeda dari yang digunakan untuk baja karbon, dalam rentang atau minimum tertentu, untuk meningkatkan sifat mekanis, karakteristik pembuatan, atau atribut apa pun dari baja. Menurut 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 meliputi baja tahan karat dan banyak baja alat.
Dalam arti teknis, istilah baja paduan disimpan untuk baja yang mengandung jumlah modest elemen pelingkungan (sekitar 1-4 persen) dan umumnya bergantung pada perlakuan termal untuk mengembangkan sifat mekanis tertentu. Baja paduan selalu dikirim, tetapi praktik pengoksidasi atau pencairan khusus, termasuk vakum, dapat ditentukan untuk aplikasi kritis khusus. Baja paduan umumnya memerlukan perawatan tambahan sepanjang pembuatannya karena mereka lebih sensitif terhadap operasi termal dan mekanis.
Baja Tahan Karat
Baja tahan karat adalah baja paduan tinggi dan memiliki resistensi korosi yang superior terhadap baja karbon dan baja paduan konvensional rendah karena mereka mengandung jumlah kromium yang relatif besar. Meskipun elemen lain juga dapat meningkatkan resistensi korosi, kegunaan mereka dalam hal ini terbatas.
Baja tahan karat umumnya mengandung setidaknya 10 persen kromium, dengan atau tanpa elemen lain. Namun, telah menjadi kebiasaan di Amerika Serikat untuk memasukkan dalam klasifikasi baja tahan karat那些 baja yang mengandung kromium sebanyak 4 persen. Bersama-bawa, baja-baja ini membentuk keluarga yang dikenal sebagai baja tahan karat dan tahan panas, beberapa di antaranya memiliki kekuatan sangat tinggi dan resistensi oksidasi. Namun, sedikit yang mengandung lebih dari 30 persen kromium atau kurang dari 50 persen besi.
Dalam arti yang paling luas, baja tahan karat standar dapat dibagi menjadi tiga grup berdasarkan struktur mereka: austenitik, feritik, dan martensitik. Dalam setiap dari tiga grup ini, ada satu komposisi yang mewakili paduan dasar, umum. Semua komposisi lainnya berasal dari paduan dasar, dengan variasi spesifik dalam komposisi yang dibuat untuk mendapatkan sifat yang sangat spesifik.
Grade austenitik nonmagnetik dalam kondisi dianil, meskipun beberapa mungkin sedikit magnetik setelah dikerjakan dingin. Mereka hanya dapat diperkeras dengan kerja dingin, dan bukan dengan perlakuan panas, dan menggabungkan resistensi korosi dan panas yang luar biasa dengan sifat mekanis yang baik dalam rentang suhu yang luas. Grade austenitik lebih diklasifikasikan ke dalam dua subgrup: tipe kromium-nikel dan tipe kromium-manganese-nikel rendah yang jarang digunakan. Komposisi dasar dalam grup kromium-nikel dikenal luas sebagai 18-8 (Cr-Ni) dan adalah grade austenitik umum. Grade ini adalah dasar untuk lebih dari 20 modifikasi yang dapat dikarakterisasi sebagai berikut: rasio kromium-nikel telah dimodifikasi untuk mengubah karakteristik pembentukan; kandungan karbon telah diturunkan untuk mencegah korosi intergranular; elemen niobium atau titan telah ditambahkan untuk mengstabilkan struktur; atau molibdenum telah ditambahkan atau kandungan kromium dan nikel telah ditingkatkan untuk meningkatkan resistensi korosi atau oksidasi.
Grade feritik standar selalu magnetik dan mengandung kromium tetapi tidak ada nikel. Mereka dapat diperkeras hingga beberapa tingkat dengan kerja dingin, tetapi tidak dengan perlakuan panas, dan mereka menggabungkan korosi dan resistensi panas dengan sifat mekanis yang sederhana dan daya tarik dekoratif. Grade feritik umumnya terbatas pada rentang kondisi korosif yang lebih sempit daripada grade austenitik. Grade feritik dasar mengandung 17 persen kromium. Dalam seri ini, ada modifikasi bebas mesin dan grade dengan kandungan kromium yang ditingkatkan untuk meningkatkan resistensi skala. Juga dalam grup feritik ini adalah baja kromium 12 persen (komposisi dasar dari grup martensitik) dengan elemen lain, seperti aluminium atau titan, yang ditambahkan untuk mencegah pengeras.
Grade martensitik standar magnetik dan dapat diperkeras dengan pendinginan dan pemanasan. Mereka mengandung kromium dan, dengan dua pengecualian, tidak ada nikel. Grade martensitik dasar biasanya mengandung 12 persen kromium. Ada lebih dari 10 komposisi standar dalam seri martensitik; beberapa dimodifikasi untuk meningkatkan kemampuan mesin dan lainnya memiliki penambahan kecil nikel atau elemen lain untuk meningkatkan sifat mekanis atau respons mereka terhadap perlakuan panas. Masih lagi, yang lain memiliki kandungan karbon yang sangat meningkat, dalam rentang baja alat, dan dapat diperkeras hingga tingkat tertinggi dari semua baja tahan karat. Grade martensitik sangat baik untuk layanan dalam lingkungan ringan seperti atmosfer, air tawar, uap, dan asam lemah, tetapi tidak tahan terhadap larutan korosif yang parah.
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 penggunaan mereka sendiri. Kode numerik yang digunakan untuk mengidentifikasi logam atau paduan mungkin atau mungkin tidak terkait dengan spesifikasi, yaitu pernyataan persyaratan teknis dan komersial yang harus dipenuhi produk. Sistem penomoran yang digunakan meliputi 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), Aluminum Association, Copper Development Association, U.S. Department of Defense (Military Specifications), dan General Accounting Office (Federal Specifications).
Unified Numbering System (UNS) dikembangkan melalui upaya bersama ASTM dan SAE untuk menyediakan cara untuk mengkorelasikan sistem penomoran yang berbeda untuk logam dan paduan yang memiliki kedudukan komersial. Sistem ini menghindari kebingungan yang timbul ketika lebih dari satu nomor identifikasi digunakan untuk menentukan bahan yang sama, atau ketika nomor yang sama ditetapkan ke dua bahan yang sama sekali berbeda. Penting untuk dipahami bahwa nomor UNS bukan spesifikasi; itu adalah nomor identifikasi untuk logam dan paduan yang spesifikasi detailnya disediakan di tempat lain. Nomor UNS ditunjukkan dalam Tabel 1; setiap nomor terdiri dari awalan huruf diikuti oleh lima digit. Dalam beberapa, huruf bersifat suggestif terhadap keluarga logam yang diidentifikasi oleh seri, seperti A untuk aluminium dan C untuk tembaga. Mungkin sejauh mungkin, nomor dalam grup UNS berisi urutan penomoran yang diambil langsung dari sistem lain untuk memfasilitasi identifikasi bahan; 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 baja karbon biasa, paduan, dan alat diberikan dalam Tabel 2.
Ringkasan
Artikel ini menjelaskan jenis utama baja standar. Pelajari lebih lanjut tentang sifat bahan dari Machinery's Handbook, Edisi ke-30, yang diterbitkan dan tersedia dari Industrial Press di Amazon.
Untuk mencari sumber suplai untuk baja, kunjungi Platform Penemuan Suplier Thomas tempat Anda dapat mencari sumber potensial suplai untuk lebih dari 70.000 kategori produk dan layanan yang berbeda.
