PENGENALAN TEKNOLOGI MATERIAL KONSTRUKSI LOGAM

PENDAHULUAN

Siklus Material

1.      Penambangan (Mining)

Yaitu pengambilan konstentrat mineral dari dalam bumi sebagai bahan mentah, yaitu bahan yang harus  diolah terlebih dahulu sebelum digunakan

2.      Peleburan (Smelting)

Peleburan adalah proses mencairkan bahan logm pada temperatur tertentu dengan menggunakan eneri panas yang dihasilkan oleh tungku. Peleburan bertujuan mereduksi bijih sehingga menjadi logam unsur yang dapat digunakan.

3.      Pembentukan (Forming)

Pembentukan / forming adalah proses pemebentukan logam dengan mempergunakan gaya tekan untuk mengubh dan atau ukuran dari logam yang dikerjakan.

4.      Pengerjaan (fabrication)

Fabrikasi atau pengerjaan adalah suatu rangkaian pekerjaan dari beberapa komponen material baik berupa plat, pipa ataupun baja profil dirangkai dan dibentuk setahap demi setahap berdasakar item item tertentu sampai menjadi suatu bentuk yang dapat dipasang menjadi sebuah rangkaian alat produksi maupun konstruksi.

5.      Operasi & Perawatan

Operasi dan perawatan adalah kegiatan untuk memelihara atau menjaga dan mengadakan perbaikan atau penggantian yang diperlukan agar terdapat suatu keadaan yang memuaskan sesuai dengan apa yang direncanakan.

6.      Korosi

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Contohnya, bijih mineral logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatan baja atau baja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida)

Produk Setengah Jadi

1.      Pelat (Plate)

2.      Lembaran (sheet)

3.      Tube & Pipe

4.      Profil Struktur

5.      Kawat (Wire) & Kabel Sling (Wire Rope)

Standard dan Code

1.      Material Standards

2.      Product Standards

3.      Design Codes

4.      Manufacturing codes

5.      Inspection codes

6.      Operation & Maintenance codes

Contoh Standard dan Code

Tiap Negara memiliki standard dan code yang berbeda beda berdasarkan satuan dan ketentuan ketentuan yang berlaku di Negara tersebut. Terdapat beberapa contoh standard dan code dari berbagai Negara.

ASME   : American Society Mechanical Engineering

ANSI     : American National Standards Institute

API       : American Petroleum Institute

ASTM   : American Society for Testing and Material

AISI      : American Iron and Steel Institute

SAE      : Society of Automotive Engineers

JIS        : Japan Industrial Standards

DIN      : Deutshes Institut für Normung

AFNOR : Association Française de Normalisation

BS        : British Standard

SII        : Standar Industri Indonesia

Dan masih banyak standar lain yang tidak disebutkan

ENGINEERING MATERIAL

LOGAM & PADUANNYA

Contoh berbagai jenis logam dan paduannya, dibedakan berdasarkan unsur utama nya.

·         Baja (steel) : Baja Karbon, Baja Paduan

·         Besi cor (cast iron)

·         Alumunium & paduannya

·         Titanium & paduannya

·         Superalloys : Ni-, Co-, Fe-

·         Timah Putih – Timah Hitam & Paduannya

Sifat Fisik Material

·         Titik Cair

Titik cair adalah suhu di mana logam tersebut akan berubah menjadi wujud cair

·         Massa jenis

Massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda

·         Konduktivitas panas

Konduktivitas panas adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan panas

·         Konduktivitas listrik

Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik

·         Koefisien Muai

Koefisien muai adalah bilangan yang menyatakan seberapa besar pertambahan panjang suatu bahan setiap satuan panjang jika suhunya naik 1 ºC.

·         Dll.

Sifat Mekanik Material

·         Kekuatan Luluh (Yield Strength)

·         Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

·         Perpanjangan (elongation)

·         Kekerasan (hardness)

·         Harga impact

·         Batas lelah (fatigue limit)

·         Batas mulur (creep limit)

·         Ketahanan aus

Sifat Kimia Material

·         Ketahanan erosi

Sifat Teknologi

·         Mampu cor (castability)

·         Mampu bentuk (formability)

·         Mampu las (weldability)

·         Mampu keras (hardenability)

·         Mampu mesin (machiniability)

Pengujian & Pemeriksaan (testing & inspection)

Berdasarkan sifat sifat yang dimiliki tersebut maka harus terdapat pengujian dan pemeriksaan yang berhubungan dengan sifat sifat tersebut

Teknik Pemeriksaan

1.      Merusak (destructive) : Metalografi

2.      Tidak Merusak (Non Destructive) :

·         Visual

·         Dye penetrant

·         Ultrasonic

·         X-ray radiography

·         Magnetic particle

·         Eddy current

·         Infra-red thermography

PENGUJIAN MEKANIK

Macam macam pengujian mekanik

1.      Uji Tarik (Tension Test)

Sifat mekanik yang diperoleh dari pengujian Tarik adalah :

·         Kekuatan Tarik (tensile strength)

·         Kekuatan luluh (yield strength)

·         Keuletan (ductility)

·         Ketangguhan (toughness)

·         Modulus Elastisitas

Sample Uji Tarik

·       Lokasi pengambilan sample, bentuk, dan dimensi spesimen uji tarik harus mengikuti standar, misalnya JIS, ASTM

·         Dimensi utama dari sample uji tarik adalah :

Luas penampang melintang awal = A_o

Panjang uji awal (gauge length) = L_o

Lokasi pengambilan sample uji Tarik menurut JIS

Spesimen uji Tarik berbentuk silinder, pelat, menurut ASTM E8

Spesimen uji Tarik untuk Pipa, Menurut JIS Z 2201

Spesimen uji Tarik untuk besi cor, menurut ASTM E8

Spesimen uji Tarik untuk kayu, Menurut ASTM D 143

Beberapa kesalahan yang mungkin terjadi pada pembuatan specimen berbentuk pelat

Metode Pengujian

1.      Spesimen uji Tarik dijepit di kedua ujungnya dan ditarik dengan kecepatan konstan

2.      Akibat tarikan tersebut, specimen akan bertambah panjang (ΔL)

3.  Akibat pertambahan panjang yang terjadi pada sepsimen, maka load cell akan mencatat reaksi berupa gaya Tarik (P)

Kurva tegangan – regangan Teknis

Dari kurva tegangan – regangan teknis dapat diketahui beberapa sifat material, antara lain

·         Kekuatan Tarik (σ_u)

·         Kekuata luluh (σ_y)

Keuletan material ditunjukan oleh dua besaran yaitu :

regangan pada titik patah (e_f) atau reduksi penampang (q)

Modulus elastisitas material (E) ditunjukan oleh kemiringan kurva tegangan – regangan teknis di daerah elastis

E = tan α

Daerah Elastis

Pada daerah Elastis tegangan material sebanding dengan regangan yang terjadi, kemudiam berlaku

hukum hooke

σ = E . e

Daerah Plastis

Pada daerah plastis terjadi deformasi plastis apabila tegangan kerja melebihi kekuatan luluh, maka berlaku persamaan.

σ_k > σ_y

_Akibat deformasi plastis, pada material terjadi perubahan bentuk yang permanen. Material akan patah bila tegangan kerja melampaui tegangan ultimate, maka berlaku persamaan

σ_k > σ_y

Faktor Keamanan (safety factor) untuk beban Statis

·         Menhindari deformasi plastis

·         Menghindari Kemungkinan Patah

Tegangan – regangan sebenarnya

Kurva tegangan-regangan sebenarnya sering didekati dengan menggunakan persamaan berikut :

σ_t = K εⁿ

dimana : K = adalah konstanta tegangan

   n = adalah exponen pengerasan-regangan

Ketangguhan (Toughness)

Ketangguhan material ditunjukkan oleh energi yang mampu diserap material sampai material patah

(grafik)

 

2.       UJI IMPAK

Pengujian impak dilakukan untuk mendapatkan data keuletan material atau ketangguhan daerah lasan. Spesimen yang diberi takikan (notch) menerima beban tiba-tiba. Besarnya energi yang digunakan untuk mematahkan spesimen diukur.

Alat Uji Impak (Metode Charpy)

Energi untuk mematahkan spesimen diukur berdasarkan pada perbedaan energi potensial dari bandul pemukul pada saat sebelum dan sesudah memukul spesimen

E = mg (a-b)

dimana :    E = energi untuk mematahkan spesimen (joule)

      m = masa bandul pemukul

      g = percepatan grafitasi

      a = beda tinggi titik pusat masa bandul pemukul ke spesimen saat sebelum                                    memukul

      b = beda tinggi pusat masa bandul sesudah memukul specimen

Dasar Pengukuran Energi Impak

Skema Proses Pengujian Impak

3.       Uji Kelelahan (fatigue test)

Material bila menerima beban dinamis kelakuannya tidak sama bila dibandingkan dengan kelakuannya pada pembebanan statis.

Metoda Pengujian Fatigue :

·         Metoda fatigue lentur putar (Rotating Bending Fatigue )

·         Metoda fatigue axial (Axial Fatigue)

Pada mesin uji fatigue lentur putar, beban yang diterima oleh spesimen adalah tegangan normal bolak-balik murni dengan rasio tegangan R=1. Besarnya tegangan dan jumlah putaran , N, yang mampu diterima oleh spesimen dicatat sebagai data pengujian. Bila pengujian fatigue dilakukan terhadap beberapa spesimen yang diberi tegangan berbeda-beda maka jumlah putaran yang mampu diterima oleh setiap spesimen sampai patah akan berbeda pula. Pemetaan tegangan sebagai fungsi dari jumlah putaran akan diperoleh kurva S-N. Kurva S-N untuk material baja membentuk garis horisontal pada suatu beban tegangan tertentu. Dibawah tegangan ini secara teoritis baja tersebut mampu menerima beban fatigue untuk selamanya tanpa terjadi patah. Batas tegangan ini disebut batas fatigue (fatigue limit). Sedangkan material aluminium, tembaga, magnesium dan paduan tembaga memiliki kurvaS-N yang terus menurun dengan naiknya jumlah putaran. Material jenis ini tidak memiliki batas fatigue. Sebagai penggantinya ditentukan suatu parameter yang disebut kekuatan fatigue (fatigue strength), yaitu besarnya tegangan yang mampu diterima oleh material untuk sejumlah putaran tertentu, misalnya 10°.

Batas fatigue dan kekuatan fatigue material bergantung pada beberapa faktor antara lain:

·         Ukuran komponen

·         Konsentrasi tegangan, misalnya adanya takikan

·         Kekasaran permukaan dan proses pengerjaan

·         Tegangan sisa

Skema Mesin Uji  Fatigue Lentur Putar

Skema Mesin Uji Fatigue Axial

Spesimen Uji Fatigue Lentur Putar (ASTM)

Spesimen Uji Fatigue Axial (ASTM E 466)

Spesimen Compact Tension (ASTM E 399)

Kurva S-N untuk Alumunium dan Baja Karbon

Praktikum 3

Pada praktikum kali ini, kami membuat beton, dengan hasil perhitungan yang telah dibuat pada praktikum sebelumnya. Beton yang kami buat yaitu dengan kekuatan K-200. Setelah beton dibuat, kami juga harus melakukran perawatan / curing


Tujuan Praktikum
Membuat dan melakukan Curing terhadap beton K-200

Prosedur percobaan

Pembuatan.
1. Siapkan 6 buah cetakan / bekisting beton

2. Oleskan bagian dalam bekisting dengan oli menggunakan kuas bertujuan agar beton tidak menempel pada bekisting, dan memudahkan saat melepas bekisting sehingga tidak merusak beton saat pelepasan bekisting

3. Kencangkan bekisting menggunakan kunci pas, apabila terdapat kotoran bekas semen pada sambungan bekisting, segera bersihkan terlebih dahulu

4. Timbang bahan concrete mix design dengan jumlah yang sudah ditentukan pada perhitungan

 

5. Masukan bahan bahan kedalam mesin mosen pengaduk dengan urutan agregat kasar, agregat halus, semen, lalu air

6. Jalankan mesin pengaduk dan pastikan campuran tidak menggumpal didalamnya.

7. Lakukan Uji slump

8. Pindahkan concrete mix design dari dalam molen ke dalam wadah besar

9. Masukan adukan ke dalam bekisting menggunakan sendok semen.

10. Gunakan vibrator agar bekisting terisi penuh dan padat




Proses Curing
1. Diamkan selama satu hari, lalu lepaskan beton dari bekisting


2. Masukkan beton ke dalam bak curing


3. Tutup / bungkus beton menggunakan karung goni/kain basah
 

Dasar Teknologi Baja

RANGKAIAN PROSES PEMBUATAN BAJA

Bijih besi.

Bijih besi pada umumnya adalah besi oksida : Hemati, Fe2O3, Magnetit Fe3O4, Limonit Fe2O3.XH2O

Hematit adalah bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan karena kadar besinya tinggi, mencapai 66%, dan kadar kotorannya relatif rendah. Pada tahap selanjutnya hematit ini akan dimasukkan ke dalam blast furnace, yaitu tungku besar yang berfungsi melebur biji besi pada tahap awal.

Proses pembuatan Baja

Pada proses pembuatan baja menggunakan prinsip proses reduksi untuk mengubah besi oksida menjadi besi

2C + O2==> 2CO

Fe2O4, Fe3O4+ CO ==> Fe + CO2

Secara tradisional, Bahan baku untuk menghasilkan gas reduktor karbon monoksida adalah arang atau batubara

Ada dua cara untuk mendapatkan baja, yaitu dengan proses Reduksi Langsung (Direct Reduction) dan Tanur Tinggi (blast Furnace)

ILUSTRASI RUTE PEMBUATAN BAJA

1. Jalur Reduksi Langsung

• Proses reduksi langsung dapat menggunakan reduktor yang berasal dari gas alam.
• Proses direct reduction ini digunakan di P.T. Krakatau Steel. 
• Bahan baku:  pelet bijih besi dan gas alam 
• Gas alam (CH4 – Metana) yang dipanaskan sampai suhu sekitar 900°C direaksikan dengan air (H2O) dengan katalis ni akan berubah menjadi gas H2 dan CO. 
• Keduanya merupakan gas reduktor yang akan yang akan mengikat dan mengambil oksigen dari bijih besi: • Fe2O4, Fe3O4 (s) + CO(g) + H2(g) => Fe (s) + CO2 (g) + H2O (g)

Dengan demikian pelet bijih besi berubah menjadi besi spons, tetap dalam keadaan padat berbentuk butiran (pellet). Besi spons memiliki kadar karbon yang terlalu tinggi (untuk baja) dan unsur pengotor. Selanjutnya besi spons (ditambah bahan baku lainny: oksigen, batu kapur dan unsur-unsur paduan) dilebur di tungku busur listrik atau E.A.F (electric arc furnace) menjadi baja cair. baja cair dituang dengan proses pengecoran kontinu menjadi billet dan slab. 

      2. JALUR BLAST FURNACE

Teknologi blast furnace atau hoogoven atau tanur tinggi saat ini adalah hasil perkembangan sejak abad 14. Teknologinya sudah matang, produktivitasnya sangat tinggi.

urutan pengerjaannya : 

• Hematit akan dimasukkan ke dalam blast furnace, disertai dengan beberapa bahan lainnya seperti kokas (coke), batu kapur(limestone), dan udara panas. Bahan baku yang terdiri dari campuran biji besi, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncak blast furnace yang tingginya bisa mencapai 60 meter.
• Setelah bahan-bahan dimasukkan ke dalam blast furnace, lalu udara panas dialirkan dari dasar tungku dan menyebabkan kokas terbakar sehingga nantinya akan membentuk karbon monoksida (CO). Reaksi reduksi pun terjadi, yaitu sebagai berikut :
• Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
• Maka didapatlah besi (Fe) yang kita inginkan. Namun besi tersebut masih mengandung karbon yang cukup banyak yaitu 3% – 4,5%, padahal besi yang paling banyak digunakan saat ini adalah yang berkadar karbon kurang dari 1% saja. Besi yang mengandung karbon dengan kadar >4% biasa disebut pig iron.
• Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat dalam bijih besi.
• Perlu diperhatikan bahwa bijih besi yang akan dimasukkan ke dalam blast furnace haruslah digumpalkan terlebih dahulu. 
• Hal tersebut berguna agar aliran udara panas bisa dengan mudah bergerak melewati celan-celah biji besi dan tentunya akan mempercepat proses reduksi.

Pada pembuatan Baja dengan jalur Blast Furnace menggunakan bahan baku :bijih besi, kokas, batu kapur, udara. Pembakaran kokas mempunyai dua fungsi: menghasilkan panas. pembakaran tidak sempurna menghasilkan gas karbon monoksida sebagai reduktor.

Batu kapur berfungsi untuk mengikat kotoran pada besi cair menjadi terak (slag) yang terapung diatas besi kasar cair. hasil dari blast furnace adalah besi kasar cair (molten iron) yang akan segera dikirim dan dimasukkan ke conveter di b.o.f. (basic oxygen furnance) atau bos (basic oxygen steelmaking).

 konversi besi ke baja

• kedalam bof dimasukkan:besi kasar cair
• baja bekas (steel scrap)
• oksigen
• batu kapur
• unsur-unsur paduan: fe-mn, fe-si, fe-cr, fe-ni, dst.

 penambahan oksigen (dengan oxygen lance) adalah untuk mengurangi kadar karbon hingga mencapai yang dikehendaki. batu kapur mengikat kotoran menjadi terak. sesudah komposisi kimia tepat seperti yang diminta (sample diperiksa dengan spektrometer), baja cair dipindahkan ke ladle.

Secondary steel making

• Ekstra Treatment sesuai mutu baja yang diinginkan
• Bisa ditambah argon, injeksi powder atau wire, vacuum atau pemanasan tambahan
• Mengurangi kadar hidrogen dan sulfur

Ppenuangan baja cair dapat dilakukan dengan dua cara:

1. Dalam bentuk balok baja (ingot)
2.  Menjadi slab atau billetdengan proses cor kontinu (continuous casting)

PROSES PEMBUATAN PRODUK SETENGAH JADI

            HOT ROLLING,

ingot, billet dan slab dirol panas (hot rolling) menjadi 

1. flat product : pelat. 
2. long product : baja profil, besi beton, dan batang kawat. 

pada proses hot rolling ingot, slab atau billet dipanaskan di tungku pemanas, hot rolling dilakukan bertahap, pengerolan baja profil:

           

COLD ROLLING,

            HOT FORGING,

untuk membuat komponen yang berukuran besar, misalnya poros turbin, digunakan proses tempa panas.

            HOT TUBE FIERCING,

Tahap awal pembuatan pipa seamless dilakukan dengan hot tube piercing terhadap billet yang dipanaskan, salah satu varian-nya adalah proses mannesmann. pengecilan diameter pipa berdinding tebal tersebut dilakukan dengan proses hot tube rolling. tebal dindingnya juga akan berkurang. untuk membuat pipa yang lebih kecil lagi diameternya dipakai proses cold tube drawing.

          

            PEMBUATAN WELDED PIPE (LONGITUDINAL & SPIRAL)

welded pipe dapat dibuat dengan dua cara:

• Longitudinal Welded Pipe (erw pipe)

pada pembuatan welded pipe menggunakan bahan baku yaitu pelat baja hasil hot rolling, proses pembentukan dengan roll forming bertahap dengan pengelasan dilakukan dengan las tahanan listrik atau erw (electric resistance welding).

• Spiral Welded Pipe

pada pembuatan Spiral Welded Pipe bahan baku pelat baja hasil hot rolling dapat dibentuk menjadi pipa dengan alur spiral. dengan satu lebar pelat dapat diperoleh pipa dengan berbagai diameter, tergantung pada cetakan dan sudut pemasukan pelat. pengelasan dilakukan dengan saw(submerged arc welding) atau las busur terendam.

KLASIFIKASI DAN STANDARD

jenis baja dikelompokkan sbb:

baja karbon (plain carbon steel)

• low carbon steel : C < 0,25%
• medium carbon steel: C = 0,25 = 0,5%
• high carbon steel: C > 0,5%

baja paduan (alloy steel)

• low alloy steel : e unsur-unsur paduan < 8%
• high alloy steel: e unsur-unsur paduan > 8%

STANDARD yang banyak dipakai dalam perdagangan / industri baja adalah:

AISI = American Iron & Steel Institute

SAE = Society Of Automotive Engineers

ASME = American Society Of Mechanical Engineers

ASTM = American Society For Testing And Materials

DIN = Deutsche Industrie Normen

JIS = Japanese Industrial Standard.

KLASIFIKASI / STANDARD BAJA DIBUAT MENURUT HAL BERIKUT:

1.       Proses pembuatan / bentuk produk

contoh: plate, sheet, forgings, wire, pipe, dst.

2.       Kekuatan:

contoh:

DIN ST.50 : Tensile Strength > 50 kgfnini2

JIS SS 41  : tensile strength > 41 kgf/mm2

api 5l -65 x : yield strength > 65 ksi

3.       komposisi kimia:

contoh:

DIN 25CrMo4

JIS S45C

AISI/SAE 4130

AISI 304

4.       nomor standard tanpa pola tertentu:

contoh:

ASTM A 106: SEAMLESS PIPE

ASTM A 210: SEAMLESS TUBE FOR BOILER AND SUPERHEATER

standard aisi / sae membuat klasifikasi baja secara komprehensif berdasarkan komposisi kimia:

pada dasarnya baja karbon dan baja. paduan rendah diberi kode klasifikasi 4 digit.

digit ke 1 & 2 menyatakan kelompok / jenis paduan

digit ke 3 & 4 menyatakan kadar karbon nominal.