Baja Karbon dan Ranah Penggunaannya (1)

~Baja Karbon dan Ranah Penggunannya`

Salah satu material yang paling berhaga bagi umat manusia adalah besi-baja beserta paduannya. Hingga saat ini besi-baja masih menduduki peringkat 1 dari berbagai jenis logam dalam hal jumlah produksi dan penggunaannya. Mengingat sifat fisiknya berupa ketahanan mekanik dan ketahanan termal, penghantar panas dan listrik, kemampuan bentuk, dan lainnya maka tidak heran ada banyak penggunaan besi-baja mulai dari ranah konstruksi hingga ranah transportasi seperti otomotif, dirgantara, dan perkapalan.

Artikel ini membahas permasalahan berikut:

1. Pengelompokan baja menurut komposisi kimianya
2. Bagaimana memahami jenis, sifat, dan penggunaan baja berdasarkan kode tertentu?
3. Metode analisis untuk mengetahui apakah komposisi kimia baja mencapai standar yang diinginkan selama pengecoran
4. Seperti apa kondisi baja yang sesuai permintaan pasar?
5. Cara membentuk baja sesuai permintaan pasar
6. Cara mengubah sebongkah baja menjadi barang siap guna

Pengelompokan Baja

Baja dapat dikelompokkan berdasarkan acuan tertentu. Salah satu pengelompokan (klasifikasi) yang paling umum adalah berdasarkan komposisi kimia yang membagi baja menjadi dua: baja paduan dan baja non-paduan.

Baja adalah salah satu jenis besi. Dikatakan baja ketika komponen karbon (C) di dalamnya berkisar antara 0,02-2,1% secara massa. Sejatinya, besi (Fe) murni bersifat lunak. Maka dari itu pembuatan baja sering melibatkan banyak unsur selain besi (Fe) dan karbon (C) untuk meningkatkan kekuatan mekanik dan sifat lainnya. Unsur-unsur itu kemudian kita sebut sebagai unsur paduan. Sebagai contoh, baja tahan karat (stainless steel) adalah paduan antara besi (Fe), karbon (C), kromium (Cr), nikel (Ni), mangan (Mn), dan lain lain. Penambahan unsur paduan memiliki batasan tertentu sebagai acuan standar dalam memperoleh baja dengan sifat yang diinginkan

Lalu apa itu baja karbon?

Baja karbon adalah nama lain dari baja non-paduan (non-alloy/plain steel), yakni baja yang tidak mengandung unsur selain besi (Fe) dan karbon (C) dalam jumlah signifikan. Pada praktiknya keberadaan beberapa unsur pengotor (impurity) seperti mangan (Mn), fosfor (P), sulfur (S), tembaga (Cu), dan silikon (Si) tidak bisa dihindari sepenuhnya. Namun, hal ini bisa diatasi dengan batas toleransi tertentu. Misalnya batasan untuk beberapa unsur adalah: 1,65% Mn, 0,6% Cu, 0,6% Si.

Sub Kelompok Baja Karbon

Baja karbon dapat kita kelompokkan menjadi tiga:

• Baja karbon rendah

Terlihat dari namanya, kandungan karbon pada baja jenis ini relatif rendah yaitu kisaran 0.05 – 0.35%. Secara singkat deskripsi sifat baja karbon rendah tertuang dalam tabel berikut

Karbon Rendah

0.05 – 0.35% karbon Kekuatan relatif rendah Kekerasan relatif rendah Mudah diprosesmesinkan (machinable) dan dibentuk Minim biaya Paling banyak diproduksi

Contoh penerapan: baja karbon rendah sebagai bahan pembuatan badan mobil (Gambar 2).

• Baja karbon menegah

Adapun baja karbon menengah memiliki kandungan karbon dengan kisaran 0.35 – 0.50%. Secara singkat sifat baja karbon menengah tertuang dalam tabel berikut

Karbon menegah

0.35 – 0.50% karbon Keras dan kuat setelah perlakuan panas (heat-treatment) Lebih mahal dibanding karbon rendah

Contoh penerapan: baja karbon menengah sebagai bahan pembuatan crankshaft, salah satu komponen mesin mobil jenis internal combustion engine (Gambar 3) dan bahan pembuatan shaft pada mobil (Gambar 4).

• Baja karbon tinggi

Sedangkan baja karbon tinggi memiliki kandungan karbon dengan kisaran 0.50 – >1%. Secara singkat sifat baja karbon tinggi tertuang dalam tabel berikut

Yüksek Karbonlu Çelik

0.50 – >1% karbon Keras dan kuat setelah perlakuan panas (heat-treatment) Lebih mahal dibanding karbon rendah dan menengah

Contoh penerapan: baja karbon tinggi sebagai bahan pembuatan roda kereta api

Berikut ini tabel pembanding sifat mekanik ketiga kelompok baja tersebut

Kelompok Baja	σy (MPa)	σts (MPa)	E (GPa)
Karbon rendah	250–395	345–580	200-215
Karbon menengah	305–900	410–1200	200-215
Karbon tinggi	400–1155	550–1640	200-215

Referensi:

[1] Brandt, Daniel A. Metallurgy Fundamentals: Ferrous and and Nonferrous. Goodheart-Willcox Publisher, 2005.

[2] Donald R. Askeland, Pradeep P. Fulay, Wendelin J. Wright. The Science and Engineering of Materials, 6th edition. Cengage Learnings, Inc, 2010.

[3] William D. Callister. Materials Science and Engineering : An Introduction, 7th edition. John Wiley & Sons, Inc, 2007. 

Baca juga:

https://warstek.com/tahanpeluru/

https://warstek.com/metamaterial/

https://warstek.com/kereta-cepat-shinkansen-sejarah-dan-prinsip-kerja/