Wednesday, 14 March 2012

Bahan konstruksi kimia (logam besi)

BAB I

1.1PENDAHULUAN

Secara umum logam bisa dibedakan atas dua yaitu : logam- logam besi (ferous) dan logam-logam bukan besi (non feorus). Sesuai dengan namanya logam-logam besi adalah logam atau paduan yang mengandung besi sebagai unsur utamanya, sedangkan logam-logam bukan besi adalah logam yang tidak atau sedikit sekali mengandung besi.  Logam-logam besi terdiri atas : 
- besi tuang (cast iron) 
- baja karbon (carbon steel) 
- baja paduan (alloy steel) 
- baja spesial (specialty steel)
Keempat kelompok besi diatas terbagi lagi atas pengelompokan yang lebih kecil yang diperlihatkan pada tabel 1. Untuk logam bukan besi contohnya adalah logam dan paduan seperti : aluminium, tembaga, timah, emas, magnesium dsb. 
Tabel 1: Pembagian Paduan Besi  dan Baja Menurut Komposisinya.
______________________________________________________________________                         No.    Paduan besi dan Baja              Komposisi kimia (dalam %)
____________________________________________________________________   
 1.        Besi tuang                               2-4 %C, 1-3 %Si, 0,80 %Mn (maks)      
0,10 %P (maks), 0,05% S (maks).  
- Besi tuang kelabu                    Disamping terdapat perbedaan yang kecil 
- Besi tuang putih                      dari segi komposisi, perbedaan sifat-sifat 
- Besi tuang noduler                  besi tuang ditentukan oleh struktur mikro       
                                              Karena proses pembuatan atau karena  proses perlakuan panas.  
- Besi tuang paduan             Unsur-unsur pemadu : Cr, Ni, Mo, Al atau       logam-logam lainnya.
2 . Baja karbon :
 - Baja karbon rendah                0,08-0,35 %C         |  0,25-1,50 %Mn 
 - Baja karbon sedang               0,35-0,50 %C plus |  0,25-0,30 %Si 
 - Baja karbon tinggi                  0,55-1,7 %C           |  0,04 %P (maks)         
       |  0,05 %S (maks) 



3.  Baja paduan : 
- Baja paduan rendah             - Seperti pada baja karbon rendah + 
unsur-unsur pemadu kurang dari 4 %
seperti :         
Cr, Ni, Mo, Cu, Al, Ti, V, Nb, B, W dll. 
- Baja paduan medium          - Seperti pada baja paduan rendah tetapi jumlah unsur-unsur        pemadu diatas 4%. 
4. Baja Spesial : 
- Baja stainless :                         a. Feritik (12-30 %Cr dan kadar karbon rendah)      
b. Martensitik (12-17 %Cr dan 0,1-1,0 % C)       
c. Austenitik (17-25 %Cr dan 8-20% Ni)     
d. Duplek (23-30 %Cr, 2,5-7 %Ni, plus unsur Ti dan Mo)       
e. Presipitasi (seperti pada austenitik, plu elemen pemadu seperti : Cu, Ti, Al, Mo, Nb atau N) 
- Baja perkakas                          General purpose steels     
Die steels      
High speed steels (0,85-1,25 %C, 1,50-20%W, 4-9,5 %Mo, 3-4,5 %Cr, 1-4 %V, 5-12 %Co)
___________________________________________________________________



Besi adalah logam yang memiliki banyak manfaat bagi kehidupan manusia di bumi. Tidak dapat dibayangkan apabila manusia modern sekarang ini belum/tidak bisa memanfaatkannya, mungkin umat manusia masih berada di jaman batu.
Pemanfaatan logam besi sangatlah luas bila dibandingkan dengan pemanfaatan dari logam-logam yang lain. Kita dapat dengan mudah melihat disekeliling kita banyak perabotan, alat2 pertukangan, alat transportasi dan bahkan pada rumah / gedung pun menggunakan besi baja sebagai tiang2 penahannya.
Logam besi disamping karena kelimpahannya yang cukup banyak dialam, adalah merupakan salah satu logam yang paling reaktif dan paling vital bagi mahluk hidup. Dalam system peredaran darah, dengan kadar tertentu besi berada dalam sel darah merah (Erythrocyte) dan bertugas untuk mengikat Oksigen ( O2 ) yang sangat penting bagi proses pembakaran yang terjadi dalam sel2 tubuh.
Logam-logam yang banyak ditemukan dalam kehidupan kita sehari-hari, secara umum mempunyai sifat-sifat dapat mengkilat, dapat mengantar kalor dan listrik, berwarna putih seperti perak (kecuali tembaga berwarna kemerah-merahan dan emas berwarna kuning). Logam-logam tersebut mempunyai kekerasan yang berbeda-beda mulai dari lunak sekali (natrium dan kalium) sampai keras sekali (seperti, chromdll.) sementara raksa berbentuk cair. Menurut massa jenisnya logam digolongkan atas logam berat (yang massa jenisnya diatas 5) dan logam ringan (yang massa jenisnya kurang dari 5).
Ditinjau dari sifat kimianya logam-logam mempunyai oksida-oksida pembentuk basa dan berdasarkan sifat-sifat logam terhadap oksida ini logam-logam tersebut dapat digolongkan menjadi;
  • Logam Mulia, yaitu logam yang tidak dapat mengalami oksida, misalnya; Au, Pt, Ag dan Hg.
  • Logam setengah mulia, yaitu logam yang agak sukar teroksida, misalnya Cu.
  • Logam tidak Mulia, yaitu logam-logam yang dalam keadaan biasa dan pada perubahan temperatur mudah teroksidasi, misalnya K, Na, Mg, Ca, Al, Zn, Fe, Sn, Pb dll.
Sumber Logam (source of metal) adalah bijih-bijih logam yang diperoleh dari penambangan biasanya masih bercampur dengan bahanbahan ikutan lainnya. Prosentase berat dari unsur-unsur yang terkandung didalam bijih-bijih ini bergantung pada kedalaman lapisan tanah dari mana bijih tersebut diperoleh, misalnya untuk lapisan tanah dengan kedalaman 16 Km. akan diporoleh bijih-bijih dengan 46,59 % Oksigen,27,72 % Silikon dan selebihnya unsur lain termasuk logam-logam.
Logam-logam yang terdapat pada bijih-bijih ini biasanya masih dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur lain (berupa senyawa), misalnya
  • Berupa oksida-oksida (untuk bijih-bijih Fe, Mn, Cr, Sn dll.)
  • Berupa karbonat-karbonat (untuk bijih-bijih Zn, Cu, Fe dll.)
  • Berupa sulfida (untuk bijih-bijih Pb, Zn, Cu dll.),



BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Atom besi biasa mempunyai 56 ganda jisim atom hidrogen biasa. Besi adalah logam paling banyak, dan dipercayai unsur kimia kesepuluh paling banyak di alam sejagat. Besi juga merupakan unsur paling banyak (menurut jisim, 34.6%) membentuk Bumi; penumpuan besi pada lapisan berlainan di Bumi berbeza antara tinggi peratusannya pada lapisan dalam sehingga 5% pada kerak bumi; terdapat kemungkinan bahawa teras dalam Bumi mengandungi hablur besi tunggal walaupun ia berkemungkinan sebatian besi dan nikel; jumlah besar besi dalam Bumi dijangka menyumbang kepada medan magnet Bumi. Simbolnya adalah Fe ringkasan kepada ferrum, perkataan Latin bagi besi.
Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi, dan jarang dijumpai dalam keadaan unsur bebas. Untuk mendapatkan unsur besi, campuran lain mesti disingkir melalui pengurangan kimia. Besi digunakan dalam penghasilan besi waja, yang bukannya unsur tetapi aloi, sebatian logam berlainan (dan sebahagian bukan-logam, terutamanya karbon).
Nukleus besi adalah antara nukleus-nukleus yang mempunyai tenaga pengikat tertinggi per nukleon, dan hanya diatasi oleh isotop nikel 62Ni. Nukleid stabil yang paling banyak di dalam alam semesta adalah 56Fe. Ini merupakan hasil daripada pelakuran nuklear pada bintang. Walaupun perolehan tenaga yang lebih tinggi boleh didapati dengan mensintesis 62Ni, namun proses ini tidak digemari kerana keadaan yang kurang sesuai pada bintang-bintang. Apabila bintang gergasi mengecut pada penghujung hayatnya, tekanan dalaman dan suhu akan meningkat, membolehkan bintang seterusnya menghasilkan unsur yang lebih berat, walaupun keadaan ini adalah kurang stabil berbanding dengan unsur-unsur pada sekitar nombor jisim 60 ("kumpulan besi"). Ini menjurus kepada berlakunya supernova.
Model kosmologi dengan alam sejagat terbuka meramalkan bahawa terdapatnya fasa di mana semua benda akan bertukar menjadi besi, hasil daripada tindak balas pembelahan dan pelakuran yang perlahan.
Adapun jenis-jenis logam besi antara lain:
a.       Besi Tuang
      Komposisinya yaitu campuran besi dan karbon. Kadar karbon sekitar 4%, sifatnya rapuh tidak dapat ditempa, baik untuk dituang, liat dalam pemadatan, lemah dalam tegangan. Digunakan untuk membuat alas mesin, meja perata, badan ragum, bagian-bagian mesin bubut, blok silinder, dan cincin torak.
b.      Besi Tempa
      Komposisi besi tempa terdiri dari 99% besi murni, sifat dapat ditempa, liat, dan tidak dapat dituang. Besi tempa antara lain dapat digunakan untuk membuat rantai jangkar, kait keran, dan landasan kerja pelat.
c.       Baja Lunak
      Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,1%-0,3%, mempunyai sifat dapat ditempa dan liat. Digunakan untuk membuat mur, sekrup, pipa, dan keperluan umum dalam pembangunan.
d.      Baja Karbon Sedang
      Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,4%-0,6%. Sifat lebih kenyal daripada yang keras. Digunakan untuk membuat benda kerja tempa berat, poros, dan rel baja.
e.       Baja Karbon Tinggi
      Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,7%-1,5%. Sifat dapat ditempa, dapat disepuh keras, dan dimudakan. Digunakan untuk membuat kikir, pahat, gergaji, tap, stempel, dan alat mesin bubut.
f.        Baja Karbon Tinggi dengan Campuran
      Komposisi baja karbon tinggi ditambah nikel atau kobalt, khrom, atau tungsten. Sifat rapuh, tahan suhu tinggi tanpa kehilangan kekerasan, dapat disepuh keras, dan dimudakan. Digunakan untuk membuat mesin bubut dan alat-alat mesin.




BAB III
PROSES PEMBUATAN
3.1 BAHAN BAKU
Secara umum logam bisa dibedakan atas dua yaitu : logam- logam besi (ferous) dan logam-logam bukan besi (non feorus). Sesuai dengan namanya logam-logam besi adalah logam atau paduan yang mengandung besi sebagai unsur utamanya, sedangkan logam-logam bukan besi adalah logam yang tidak atau sedikit sekali mengandung besi.  Logam-logam besi terdiri atas : 
- besi tuang (cast iron) 
- baja karbon (carbon steel) 
- baja paduan (alloy steel) 
- baja spesial (specialty steel)
Keempat kelompok besi diatas terbagi lagi atas pengelompokan yang lebih kecil yang diperlihatkan pada tabel 1. Untuk logam bukan besi contohnya adalah logam dan paduan seperti : aluminium, tembaga, timah, emas, magnesium dsb. 
Tabel 1: Pembagian Paduan Besi  dan Baja Menurut Komposisinya.
______________________________________________________________________                   No. Paduan besi dan Baja                           Komposisi kimia (dalam %)
____________________________________________________________________ 
1.  Besi tuang                       2-4 %C, 1-3 %Si, 0,80 %Mn (maks)      
                                              0,10 %P (maks), 0,05% S (maks).  
- Besi tuang kelabu              Disamping terdapat perbedaan yang kecil 
- Besi tuang putih                 dari segi komposisi, perbedaan sifat-sifat 
- Besi tuang noduler             besi tuang ditentukan oleh struktur mikro       
                                             karena proses pembuatan atau karena  proses perlakuan panas.  
- Besi tuang paduan            Unsur-unsur pemadu : Cr, Ni, Mo, Al atau logam-logam lainnya.
2. Baja karbon :
 - Baja karbon rendah                0,08-0,35 %C         |  0,25-1,50 %Mn 
 - Baja karbon sedang               0,35-0,50 %C plus |  0,25-0,30 %Si 
 - Baja karbon tinggi                  0,55-1,7 %C           |  0,04 %P (maks)         
       |  0,05 %S (maks) 



3.  Baja paduan : 
- Baja paduan rendah                 - Seperti pada baja karbon rendah + 
unsur-unsur pemadu kurang dari 4 %
seperti :         
Cr, Ni, Mo, Cu, Al, Ti, V, Nb, B, W dll. 
- Baja paduan medium          - Seperti pada baja paduan rendah tetapi jumlah unsur-unsur pemadu diatas 4%. 
4. Baja Spesial : 
- Baja stainless :                        a. Feritik (12-30 %Cr dan kadar karbon rendah)      
b. Martensitik (12-17 %Cr dan 0,1-1,0 % C)       
c. Austenitik (17-25 %Cr dan 8-20% Ni)     
d. Duplek (23-30 %Cr, 2,5-7 %Ni, plus unsur Ti dan Mo)      
e. Presipitasi (seperti pada austenitik, plus elemen pemadu seperti : Cu, Ti, Al, Mo, Nb atau N) 
- Baja perkakas                          General purpose steels     
Die steels      
High speed steels (0,85-1,25 %C, 1,50-20%W, 4-9,5 %Mo, 3-4,5 %Cr, 1-4 %V, 5-12 %Co)
_______________________________________________________________

3.2 CARA MENDAPATKAN
Bahan baku awal dalam pembuatan besi dan baja adalah biji besi (iron core). Biji besi yang didapatkan dari alam umumnya merupakan senyawa besi dengan oksigen seperti hematite (Fe2 O 3 ); magnetite (Fe 3 O 4 ); limonite (Fe 2 O 3 ); atau siderite (Fe 2 CO 3 ). Pembentukan senyawa besi oksida tersebut sebagai proses alam yang terjadi selama beribu-ribu tahun. Kandungan senyawa besi dibumi ini mencapai 5 % dari seluruh kerak bumi ini. Penambangan biji besi tergantung keadaan dimana biji besi tersebut ditemukan. Jika biji besi ada di permukaan bumi maka penambangan dilakukan dipermukaan bumi (open-pit mining), dan jika biji besi berada didalam tanah maka penambangan dilakukan dibawah tanah (underground mining). Karena biji besi didapatkan dalam bentuk senyawa dan bercampur dengan kotoran-kotoran lainnya maka sebelum dilakukan peleburan biji besi tersebut terlebih dahulu harus dilakukan pemurnian untuk mendapatkan konsentrasi biji yang lebih tinggi (25 - 40%). Proses pemurnian ini dilakukan dengan metode : crushing, screening, dan washing (pencucian). Untuk meningkatkan kemurnian menjadi lebih tinggi (60 - 65%) serta memudahkan dalam penanganan berikutnya, dilakukan proses agglomerasi dengan langkah-langkah sebagai berikut :
- Biji besi dihancurkan menjadi partikel-partikel halus (serbuk).
- Partikel-partikel biji besi kemudian dipisahkan dari kotoran- kotoran dengan     cara pemisahan magnet (magnetic separator) atau metode lainnya.
- Serbuk biji besi selanjutnya dibentuk menjadi pellet berupa bola-bola kecil berdiameter antara 12,5 - 20 mm.
- Terakhir, pellet biji besi dipanaskan melalui proses sinter/pemanasan hingga temperatur 1300 C agar pellet tersebut menjadi keras dan kuat sehingga tidak mudah rontok.

3.3 REAKSI

3.3.1 Proses Reduksi

Tujuan proses reduksi adalah untuk menghilangkan ikatan oksigen dari biji besi. Proses reduksi ini memerlukan gas reduktor seperti hidrogen atau gas karbon monoksida (CO). Proses reduksi ini ada 2 macam yaitu proses reduksi langsung dan proses reduksi tidak langsung. 
a. Proses Reduksi Langsung
Proses ini biasanya digunakan untuk merubah pellet menjadi besi spons (sponge iron) atau sering disebut: besi hasil reduksi langsung (direct reduced iron). Gas reduktor yang dipakai biasanya berupa gas hidrogen atau gas CO yang dapat dihasilkan melalui pemanasan gas alam cair (LNG) dengan uap air didalam suatu reaktor yaitu melalui reaksi kimia berikut :
 CH4   +  H 2 O                               CO  +  3H 2  
(gas hidro    (uap air-                         (gas reduktor)
 karbon)        panas)
Dengan menggunakan gas CO atau hidrogen dari persamaan diatas maka proses reduksi terhadap pellet biji besi dapat dicapai melalui reaksi kimia berikut ini :
 Fe2 O 3  + 3H 2                                2Fe  +  3H 2 O
(pellet)         (gas hidrogen)              (Besi-     (uap air)         
            spons) 
atau 

Fe2 O 3  + 3CO                                2Fe  +  3CO 2 

b. Proses Reduksi Tidak Langsung
Proses ini dilakukan dengan menggunakan tungku pelebur yang disebut juga tanur tinggi (blast furnace). Sketsa tanur tinggi diperlihatkan pada gambar 4. Biji besi hasil penambangan dimasukkan ke dalam tanur tinggi tersebut dan didalam tanur tinggi dilakukan proses reduksi tidak langsung yang cara kerjanya sebagai berikut : Bahan bakar yang digunakan untuk tanur tinggi ini adalah batu bara yang telah dikeringkan (kokas). Kokas dengan kandungan karbon (C) diatas 80%, tidak hanya berfungsi sebagai bahan bakar, tetapi juga berfungis sebagai pembentuk gas CO yang berfungsi sebagai reduktor. Untuk menimbulkan proses pembakaran maka ke dalam tanur tersebut ditiupkan udara dengan menggunakan blower sehingga terjadi proses oksidasi sebagai berikut :

            2C + O2                               2CO + Panas 

Reaksi kimia

FeCl3 + Fe2O3 → 3 FeOCl
2 FeCl3 + 6 C2H5OH + 6 NH3 → (Fe(OC2H5)3)2 + 6 NH4Cl
  • Besi(III) klorida bereaksi dengan cepat terhadap oksalat membentuk kompleks [Fe(C2O4)3]3−. Garam-garam karboksilat lainnya juga membentuk kompleks, seperti sitrat dan tartarat

3.4 PROSES / DIAGRAM ALIR
 Teknologi Pengolahan Logam
Proses pengolahan logam secara garis besar diperlihatkan pada gambar diagram. Dari gambar tersebut proses pengolahan logam dibagi atas 3 bagian pokok yaitu :
1. Industri hulu : industri yang mengolah bahan tambang berupa biji logam menjadi logam dasar melalui proses pemurnian dan proses reduksi/peleburan.
2. Industri antara : industri yang mengolah logam dasar baik yang berbentuk ingot primer atau masih berupa logam cair menjadi produk antara seperti billet, slab, bloom, rod atau ingot paduan untuk industri pengecoran.
3. Industri hilir : industri yang mengolah lebih lanjut produk industri antara menjadi produk setengah jadi dan selanjutnya melalui proses pabrikasi dan pengerjaan akhir menjadi produk jadi.  




BAB IV
KEGUNAAN
Besi merupakan logam paling biasa digunakan di antara semua logam, iaitu merangkumi sebanyak 95 peratus daripada semua tan logam yang dihasilkan di seluruh dunia. Gabungan harganya yang murah dengan kekuatannya menjadikan ia amat diperlukan, terutamanya dalam penggunaan seperti kereta, badan kapal bagi kapal besar, dan komponen struktur bagi bangunan. Besi waja merupakan aloi besi paling dikenali, dan sebahagian dari bentuk yang dibentuk oleh besi termasuk:
  • Besi mentah atau Pig iron yang mengandungi 4% – 5% karbon dengan sejumlah bendasing seperti belerang, silikon dan fosforus. Kepentingannya adalah ia merupakan perantaraan daripada bijih besi kepada besi tuang dan besi waja.
  • Besi tuang (Cast iron) mengandungi 2% – 3.5% karbon dan sejumlah kecil mangan. Bendasing yang terdapat di dalam besi mentah yang dapat memberikan kesan buruk kepada sifat bahan, seperti belerang dan fosforus, telah dikurangkan kepada tahap boleh diterima. Ia mempunyai takat lebur pada julat 1420–1470 K, yang lebih rendah berbanding dua komponen utamanya, dan menjadikannya hasil pertama yang melebur apabila karbon dan besi dipanaskan serentak. Sifat mekanikalnya berubah-ubah, bergantung kepada bentuk karbon yang diterap ke dalam aloi. Besi tuang 'putih' mengandungi karbon dalam bentuk cementite, atau besi karbida. Sebatian keras dan rapuh ini mendominasi sifat-sifat utama besi tuang 'putih', menyebabkannya keras, tetapi tidak tahan kejutan. Dalam besi tuang 'kelabu', karbon hadir dalam bentuk serpihan halus grafit, dan ini juga menyebabkan bahan menjadi rapuh kerana ciri-ciri grafit yang mempunyai pinggir-pinggir tajam yang merupakan kawasan tegasan tinggi. Jenis besi kelabu yang baru, yang dinamakan 'besi mulur', adalah dicampur dengan kandungan surih magnesium untuk mengubah bentuk grafit menjadi sferoid, atau nodul, lantas meningkatkan ketegaran dan kekuatan besi.
  • Besi karbon mengandungi antara 0.5% dan 1.5% karbon, dengan sejumlah kecil mangan, belerang, fosforus, dan silikon.
  • Besi tempa (Wrought iron) mengandungi kurang daripada 0.5% karbon. Ia keras, mudah lentur, dan tidak mudah dilakurkan berbanding dengan besi mentah. Ia mempunyai sejumlah kecil karbon, beberapa persepuluh peratus. Jika ditajamkan menjadi tirus, ia cepat kehilangan ketajamannya.
  • Besi aloi (Alloy steel) mengandungi kandungan karbon yang berubah-ubah dan juga logam-logam lain, seperti kromium, vanadium, molibdenum, nikel, tungsten dsb.
  • Besi oksida (III) digunakan dalam penghasilan storan magnetik dalam komputer. Ia sering dicampurkan dengan bahan lain, dan mengekalkan ciri-ciri mereka dalam larutan.
 

BAB V
PENUTUP
5.1 KESIMPULAN

mungkin bisa disimpulkan sendiri hoho XD 


DAFTAR PUSTAKA

-          Hari Amanto dan Daryanto, Ilmu Bahan, Cetakan Kedua, PT. Bumi Aksara, Jakarta, 2003.
-          www.dinomarket.com
-          Proses Produksi Universitas Darma Persada – Jakarta
-          Singh G 1979 “ material of contructions” standaart book service, Delhi



























3 comments:

  1. bagus sekali nona ika
    laporanya.

    btw saya juga dulu pernah belajar
    tentang campuran2 besi gitu
    tetapi tidak terlalu mendalam.

    yang saya tahu
    besi campuran itu disebut alloy
    sudah dibahas pada artikel ini juga iya.

    mungkin masukan aja
    supaya tampilan artikelnya
    lebih dirapihkan lagi
    heheh.

    ReplyDelete
  2. wah seneng deh ada yang komen dan kasih saran, the first komen nih.
    masukan-nya akan saya laksanakan kk, di berikutnya akan saya rapikan lagi susunan dan tulisan-nya.

    hehehe...

    terima kasih kk Fakri

    ReplyDelete
  3. Siiipsss,,, Pas mantabs,,,

    Kalao minat untuk bisnis online, silahkan mampir disini yaaa: Bisnis Online Mantabs

    ReplyDelete

Sharing is caring <3

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...