Sifat Kimia & Fisik Baja

Baja adalah paduan, logam kombinasi yang terbuat dari besi dan karbon. Kandungan karbon baja mencapai maksimal 1,5 persen. Karena kekerasan dan kekuatannya, baja digunakan dalam konstruksi bangunan, jembatan, mobil, dan sejumlah aplikasi manufaktur dan teknik lainnya.

Sebagian besar baja yang diproduksi saat ini adalah baja karbon biasa atau hanya baja karbon. Karbon dalam baja ada dalam keadaan besi karbida. Unsur-unsur lain, di antaranya belerang, fosfor, mangan, dan silikon, juga ada.

Baja karbon didefinisikan sebagai baja yang memiliki sifat terutama karena kandungan karbonnya dan tidak mengandung lebih dari 0,5 persen silikon dan 1,5 persen mangan. Baja karbon biasa, yang berkisar dari 0,06 persen karbon hingga 1,5 persen karbon, dibagi menjadi empat jenis:

• Baja ringan mati, hingga 0,15 persen karbon
  
• Baja rendah karbon atau baja ringan, 0,15 persen hingga 0,45 persen karbon
  
• Baja karbon sedang, 0,45 persen hingga 0,8 persen karbon
  
• Baja karbon tinggi, 0,8 persen hingga 1,5 persen karbon 
  

Baja ini berkembang dari lebih lunak ke lebih keras, tetapi mereka juga cenderung meningkatkan kerapuhan. Tipe pertama digunakan pada bodi mobil. Tipe kedua ditemukan di rel dan produk rel seperti kopling, poros engkol, gandar, roda gigi dan tempa. Tipe ketiga digunakan pada alat pemotong dan jalur kereta api, dan tipe terakhir digunakan pada piston dan silinder.

Baja memiliki massa jenis 7.850 kg/m³, membuatnya 7,85 kali lebih padat dari air. Titik lelehnya 1,510 C lebih tinggi dari kebanyakan logam. Sebagai perbandingan, titik lebur perunggu adalah 1.040 C, tembaga 1.083 C, besi cor 1.300 C, dan nikel 1.453 C. Tungsten, bagaimanapun, meleleh pada 3,410 C yang membakar, yang tidak mengejutkan karena elemen ini digunakan dalam filamen bola lampu.

Koefisien ekspansi linier baja pada 20 C, dalam m per meter per derajat Celcius, adalah 11,1, yang membuat lebih tahan terhadap perubahan ukuran dengan perubahan suhu daripada, misalnya, tembaga (16,7), timah (21,4) dan timbal (29.1).

Baja tahan karat digunakan dalam konstruksi ketika ketahanan korosi merupakan aset utama, seperti halnya pisau yang harus mempertahankan ujung yang tajam. Alasan umum lain baja tahan karat digunakan adalah sifat suhu tinggi mereka. Dalam beberapa proyek, ketahanan oksidasi suhu tinggi merupakan persyaratan mutlak, sementara di proyek lain, kekuatan suhu tinggi adalah kebutuhan utama.

Sejumlah kecil logam lain yang ditambahkan ke baja mengubah sifat-sifatnya dengan cara yang menguntungkan untuk aplikasi industri tertentu. Misalnya, kobalt menghasilkan permeabilitas magnetik yang lebih tinggi dan digunakan dalam magnet. Mangan menambah kekuatan dan kekerasan, dan produk ini cocok untuk perlintasan kereta api tugas berat. Molibdenum mempertahankan kekuatannya pada suhu tinggi, sehingga aditif ini berguna saat membuat ujung bor cepat. Nikel dan kromium tahan korosi dan biasanya ditambahkan dalam pembuatan instrumen bedah baja.