Properti & Penggunaan Baja

Struktur yang dibuat terutama atau sebagian besar dari bahan yang dikenal sebagai baja mungkin hanya tambahan manusia yang paling menonjol untuk lanskap Bumi.

Jika semua kehidupan di Bumi diteleportasi ke tempat lain, dan sekelompok alien kebetulan menyelidiki, objek paling tahan lama dan mengesankan yang akan mereka temukan yang jelas-jelas tidak muncul dari proses geologis alami akan mengandung baja: gedung pencakar langit, jembatan, mesin berat dan pada dasarnya apa pun yang diperlukan untuk menahan kekuatan yang kuat waktu.

Anda mungkin memiliki pengetahuan tentang dari mana baja "berasal" dan apa "adanya". Jika tidak ada yang lain, Anda pasti tahu seperti apa tampilan, rasa, dan bahkan mungkin terdengar dalam beberapa kasus.

Jika Anda menganggap baja sebagai logam, itu wajar, tetapi baja sebenarnya diklasifikasikan sebagai paduan atau campuran logam yang berbeda. Dalam hal ini, hampir semua logam utama adalah besi tidak peduli resep spesifiknya, tetapi seperti yang akan Anda lihat, bahkan sejumlah kecil karbon dapat mengubah sifat baja secara signifikan.

Bersiaplah untuk belajar banyak tentang apa yang dapat disebut sebagai bahan paling penting dalam sejarah konstruksi dan teknik,

Seperti yang pasti Anda ketahui setelah melihat, mendengar, dan bersentuhan dengan bagian Anda, baja dikenal terutama karena daya tahan, kekerasan, dan ketangguhannya. Dalam beberapa kasus, ia juga terkenal karena kilaunya.

Apa yang diterjemahkan kualitas-kualitas ini dalam istilah fisik yang dapat diukur adalah a titik leleh yang sangat tinggi (sekitar 1.510 °C, lebih tinggi dari kebanyakan logam; tembaga, misalnya, hampir 500 derajat lebih dingin) dan a kepadatan sangat tinggi (7,9 g/cm³, hampir delapan kali lipat dari air).

Baja lebih keras dan lebih kuat secara keseluruhan daripada yang disebut elemen induknya, besi. Namun itu adalah sangat fleksibel dan terkenal karena kekuatan tarik tinggi (yaitu, kemampuannya untuk menahan beban yang diterapkan, atau gaya, tanpa kehilangan bentuknya).

Kekuatan tarik semua jenis baja tinggi dibandingkan dengan bahan lain tetapi bervariasi secara signifikan antara jenis baja. Di ujung bawah, nilainya sekitar 290 N/mm²; di ujung atas, kekuatan tarik setinggi 870 N/mm².

• Satu milimeter persegi (mm²) hanya sepersejuta meter persegi. Ini berarti baja dapat memiliki kekuatan tarik 870 juta newton per meter persegi — sama dengan massa 88,8 juta kilogram, atau 195,7 juta pon (97.831 ton), di Bumi!

Jika Anda pernah menggunakan wajan besi, Anda mungkin telah memperhatikan betapa kokohnya (atau setidaknya berat) kelihatannya. Ketika besi adalah satu-satunya atau hampir satu-satunya komponen dari sesuatu seperti panci, itu lebih rapuh daripada baja.

Tetapi untuk sebagian besar suhu memasak sehari-hari (yang tampak "panas", tetapi tidak mendekati seperti tungku peleburan), perbedaan fungsional antara besi dan baja mungkin tidak mudah terlihat, bahkan jika mereka biasanya terlihat agak berbeda.

Sebagian besar baja yang diproduksi saat ini hanya disebut baja karbon, atau baja karbon polos, meskipun mungkin mengandung logam selain besi dan karbon, seperti silikon dan mangan.

Jumlah variasi baja mungkin tidak terlihat signifikan di permukaan, karena karbon tidak pernah membentuk lebih dari 1,5 persen baja. Namun, ketika Anda mempertimbangkan bahwa pecahan kecil ini sendiri dapat berkisar dengan faktor 10 (0,15 persen hingga 1,5 persen), Anda mulai menghargai dampak fisik yang dapat ditimbulkannya.

Baja dapat dibagi ke dalam kategori yang berbeda menggunakan sejumlah kriteria. Yang digunakan oleh para ilmuwan (yang sering lebih peduli dengan sifat-sifat benda daripada dengan sebenarnya) menggunakannya) seringkali berbeda dari mereka yang perhatian utamanya adalah jenis produk akhir yang dibuat dari baja.

Mekanis: Seperti disebutkan, kekuatan tarik baja dapat berkisar antara 290 N/m² dan 870 N/m². Menambahkan karbon ke baja membuatnya lebih sulit karena cara atom karbon menyebar diri mereka sendiri di antara atom besi dengan cara yang membuat dislokasi material menjadi sangat sulit, membentuk "biji-bijian" dari Fe₃C. Ini juga membuat baja lebih rapuh daripada besi, jadi mengubah besi menjadi baja, terlepas dari keuntungan nyata yang terakhir, tidak datang dengan biaya praktis nol.

Baja yang diklasifikasikan berdasarkan sifat mekaniknya dimulai dengan "Fe", dan berikut ini adalah 1) E dan nilai tegangan leleh minimum adalah baja diklasifikasikan terutama atas dasar ini_, atau 2) hanya nilai kekuatan tarik jika ini adalah sifat klasifikasi utama. (_Tegangan hasil adalah ukuran ketahanan terhadap deformasi mekanis.)

• Misalnya, "Fe 290" adalah baja dengan kekuatan tarik 290 N/mm2. sedangkan "Fe E 220" adalah baja dengan tegangan leleh 220 N/mm².

Bahan kimia: Baja karbon biasa yang bervariasi dari 0,06 persen karbon hingga 1,5 persen karbon dibagi menjadi beberapa jenis berikut tergantung pada kandungan karbon spesifiknya.

1. Baja ringan mati — hingga 0,15

   persen

   karbon 2. Karbon rendah atau baja ringan — 0,15

   persen

   ke 0,45

   persen

   karbon 3. Baja karbon sedang — 0,45

   persen

   ke 0,8

   persen

   karbon 4. Baja karbon tinggi — 0,8

   persen

   untuk 1,5

   persen

   karbon

Besi tahan karat adalah jenis baja yang mendapatkan namanya dari ketahanannya terhadap oksidasi (berkarat) serta untuk korosi, seperti yang mungkin terjadi dari penerapan asam kuat. Itu ditemukan pada tahun 1913 oleh ahli metalurgi Inggris Harry Brearley, yang menemukan itu dengan menambahkan logam kromium untuk baja dalam jumlah tinggi (13 persen), kromium akan bereaksi dengan oksigen di udara untuk membentuk lapisan pelindung yang memperbaharui diri di sekitar objek.

Sejumlah jenis baja tahan karat yang digunakan saat ini:

• Baja tahan karat martensit berisi 12 hingga 14

  persen

  kromium dan 0,12 hingga 0,35

  persen

  karbon dan merupakan baja tahan karat pertama yang dikembangkan. Baja ini adalah magnetis dan dapat dikeraskan dengan memperlakukannya dengan panas. Ini digunakan dalam pompa hidrolik, pompa uap, pompa oli dan katup, di antara peralatan teknik lainnya.
  * Baja tahan karat feritik memiliki jumlah kromium yang lebih besar (16 hingga 18

  persen) dan sekitar 0,12

  persen

  karbon. Baja ini lebih tahan korosi daripada baja tahan karat martensit, tetapi memiliki sedikit kapasitas untuk dikeraskan dengan penggunaan panas. Baja tahan karat ini digunakan terutama dalam operasi pembentukan dan pengepresan karena ketahanannya yang tinggi terhadap korosi.
  * Baja tahan karat austenitik mengandung sejumlah besar kromium dan nikel; banyak variasi dalam komposisi kimia yang tepat, tetapi yang paling banyak digunakan terdiri dari 18

  persen

  kromium dan 8

  persen

  nikel, dengan karbon dijaga seminimal mungkin. Mereka menahan korosi dengan sangat baik dengan biaya tidak dapat diolah dengan panas sampai batas tertentu. Baja ini digunakan pada poros pompa, rangka, selubung dan komponen sehari-hari seperti sekrup, mur, dan baut.

Anda telah melihat bagaimana paduan dapat membuat bahan yang sudah berguna menjadi lebih baik, atau mungkin lebih tepatnya, lebih terspesialisasi. Bagaimana proses ini bekerja pada tingkat molekuler?

Sebagian besar logam murni, meskipun banyak yang tampak keras, sebenarnya terlalu lunak untuk digunakan dalam pembuatan berat. (Satu pengecualian penting adalah industri otomotif, di mana baja sebagian besar dibiarkan tanpa paduan dan mengandung hampir besi murni.) Tetapi pencampuran logam lain dapat menghasilkan hasil yang luar biasa.

Sebagai contoh, nikel dan kromium tahan korosi dan dikenal karena dimasukkan ke dalam instrumen bedah yang terbuat dari baja tahan karat. Jika paduan dengan permeabilitas magnetik yang lebih tinggi diinginkan untuk digunakan dalam magnet baja, kobalt adalah pilihan yang sangat baik.

Mangan digunakan dalam proyek skala besar seperti perlintasan kereta api tugas berat karena kekuatan dan kekerasannya yang cukup besar. Akhirnya, molibdenum mampu mempertahankan kekuatannya pada suhu yang sangat tinggi bahkan menurut standar logam dan digunakan dalam aplikasi presisi seperti ujung bor kecepatan tinggi.

• Ketika ion yang lebih besar ditambahkan ke kisi baja yang ada, ini mengganggu kisi sedemikian rupa sehingga mempersulit "lapisan" yang berdampingan untuk saling bergeser, yang meningkatkan kekuatan baja kekerasan. Menambahkan atom yang lebih kecil dapat memiliki efek yang sama melalui bentuk gangguan mekanis yang berbeda pada struktur kisi kristal besi.

Di antara banyak sifat baja yang diinginkan adalah ramah lingkungan. Ini mungkin tidak selalu terlihat seperti itu dengan struktur baja besar yang menghiasi pemandangan langit di lokasi yang sering kali tidak menyenangkan, tetapi ini bagus daya tahan berarti, misalnya, tidak akan terdegradasi menjadi sesuatu yang beracun dan larut ke dalam air tanah dan lainnya daerah. Sumber energi terbarukan (misalnya, tenaga surya, angin, dan tenaga air) banyak menggunakan baja tahan karat.

• Baja sekarang menjadi bahan yang paling banyak didaur ulang di Bumi; meskipun berat, sifat magnetiknya membuatnya lebih mudah untuk dipulihkan dari sungai dan tempat lain daripada bentuk limbah lainnya. Dapat mengurangi CO₂ emisi.

Dibandingkan dengan bahan lain, baja membutuhkan energi yang rendah saat membangun elemen baja yang relatif ringan, dan dapat dibentuk menjadi berbagai bentuk. Ini memberikan bentuk dan tepi yang lebih baik daripada besi yang digunakan untuk membuat senjata.

Baja, sebagaimana dicatat, digunakan dalam industri otomotif. Pikirkan jumlah mobil di jalan kota Anda sendiri selama jam sibuk, semuanya dengan bodi, pintu, mesin, suspensi, dan interior yang sebagian besar terbuat dari baja.

• Rata-rata, 50 persen mobil terbuat dari baja.

Terlepas dari perannya dalam kendaraan penumpang, baja digunakan dalam produksi kendaraan dan mesin pertanian.

Sebagian besar peralatan di rumah modern, seperti lemari es, televisi, bak cuci piring, oven, dan sebagainya terbuat dari baja "polos". Juga, mereka yang menghabiskan waktu di dapur sangat menyadari peran baja tahan karat dalam peralatan makan yang bagus. Baja tahan karat terutama cocok untuk perawatan yang mudah dari lingkungan yang steril, yang merupakan salah satu kualitas yang menjadikannya pilihan yang baik untuk instrumen bedah dan implan.

Karena cocok untuk pembentukan lasan, baja yang mudah, lebih dari sekadar membuat yang tak terlihat kerangka struktur modern, telah menjadi fitur tersendiri dalam contoh-contoh kontemporer Arsitektur. Apa yang disebut baja "ringan" digunakan untuk konstruksi bangunan sehari-hari, terutama di daerah di mana angin kencang merupakan ciri iklim setempat.

Baja itu sendiri adalah paduan dan menurut definisi tidak memiliki rumus kimia atau molekul, terlepas dari jenisnya. Namun demikian, berguna untuk memeriksa beberapa reaksi penting yang terjadi dalam proses pembuatan baja.

Pembakaran besi ditambah baja bekas, atau dalam kasus baja bekas saja, melibatkan sejumlah reaksi yang berbeda. Beberapa yang penting adalah:
2 C + O₂ → 2 CO
Si + O₂ → SiO₂
4P + 5 O₂ → 4 P₅HAI₂
2 Mn + O₂ → 2 MnO
CO (karbon dioksida) adalah produk limbah, tetapi sisanya ditambahkan ke kapur untuk melanjutkan proses pembuatan baja dengan membentuk terak.