Besi dan baja: kadar karbon, fase, besi tuang, baja karbon dan paduan rendah, sebutan mutu, dan mengenalinya di lapangan

Pena penggerak pada mekanisme pintu sebuah mesin patah. Teknisi tidak menemukan suku cadang aslinya di gudang, jadi ia memotong batang bulat berdiameter sama yang dibeli di toko bangunan, membubutnya sedikit, dan memasangnya. Seminggu kemudian pintu macet: pena pengganti bengkok. Pena asli tidak pernah bengkok selama empat tahun; ia patah karena lelah di alur pasaknya. Ukurannya sama, bentuknya sama, tetapi bahannya tidak.

Di gedung yang sama, kaki rumah pompa air dari besi tuang retak karena baut dudukannya terlalu kencang. Teknisi lain mengelasnya dengan elektroda baja biasa. Lasan tampak rapi, tetapi keesokan harinya retak rambut muncul tepat di samping lasan. Dua kejadian ini berawal dari anggapan yang sama: besi adalah besi. Bab ini menjelaskan mengapa anggapan itu keliru dan apa yang perlu diketahui teknisi sebelum memilih, mengganti, atau memperbaiki komponen dari besi dan baja.

Batas pembahasan

Bab ini membahas paduan besi: peran karbon, fase utama, jenis besi tuang, baja karbon, baja paduan rendah, sebutan mutu, karbon ekuivalen, dan cara mengenali bahan di lapangan. Hubungan umum komposisi, struktur, sifat, dan kinerja ada di Bab 1; korosi besi dan baja di Bab 19 · Kimia; tegangan, faktor keamanan, dan kelelahan di Bab 10 · Mekanikal & Mekatronika; prosedur las di Bab 13 · Mekanikal & Mekatronika; bahan pipa di Bab 4 · Bangunan & Fasilitas. Baja tahan karat, perlakuan panas, dan pengujian sifat mekanis dibahas di bab tersendiri dalam rak ini. Sumbernya adalah narasi Ilmu Material, narasi Mekanikal, dan narasi Fluida dan Termal, ditambah pengetahuan metalurgi umum yang ditandai di peta sumber. Angka komposisi, kekuatan, dan massa jenis di bab ini adalah nilai literatur umum atau angka latihan; nilai untuk keputusan diambil dari standar bahan, sertifikat pabrik, atau gambar komponen.

Besi, baja, dan besi tuang: peran karbon

Besi murni lunak dan kekuatannya rendah. Hampir semua besi yang dipakai di mesin adalah paduan besi dan karbon, kadang dengan unsur lain. Buku pegangan rekayasa manufaktur dalam narasi Ilmu Material menyebut bahwa komposisi besi juga merupakan fungsi dari jumlah atau persentase karbon yang ditambahkan, dan bahwa kekerasan akhir sebuah bahan bergantung pada jumlah karbon dalam baja. Karbon sedikit saja sudah mengubah sifat besar-besaran.

Pembagian yang umum dipakai (nilai literatur umum, batasnya sedikit berbeda antarbuku):

1. Baja karbon rendah, sampai sekitar 0,3 persen karbon: ulet, mudah dibentuk dan dilas, tidak banyak mengeras bila dicelup. Pelat, profil, pipa, rangka, dan baut kelas rendah.
2. Baja karbon sedang, sekitar 0,3 sampai 0,6 persen: dapat dikeraskan dengan pencelupan dan temper. Poros, pena, roda gigi, baut kelas tinggi.
3. Baja karbon tinggi, sekitar 0,6 sampai 1 persen atau lebih: keras, tahan aus, kurang ulet. Pegas, pisau, kawat baja, perkakas.
4. Besi tuang, lebih dari sekitar 2 persen karbon: sebagian karbon membentuk grafit, mudah dicor menjadi bentuk rumit, tetapi umumnya kurang ulet daripada baja.

Karbon juga menurunkan titik lebur. Buku pegangan yang sama, dikutip di narasi Mekanikal, mencatat bahwa besi murni mempunyai titik beku yang lebih tinggi daripada paduan besi-karbon. Itulah sebabnya besi dengan kadar karbon tinggi lebih mudah dicor: ia mencair pada suhu yang lebih rendah dan mengisi cetakan dengan baik.

Satu hal yang membingungkan di lapangan: kata "besi" di toko bangunan hampir selalu berarti baja karbon rendah. Besi beton, besi siku, besi plat, dan besi hollow adalah baja. Dalam laporan teknis, sebut bahan dengan nama yang benar: baja karbon rendah, baja karbon sedang, besi tuang kelabu, dan seterusnya.

Fase yang menentukan sifat baja

Sifat baja ditentukan oleh fase yang ada di dalamnya, dan fase itu ditentukan oleh komposisi serta riwayat panasnya. Narasi Ilmu Material mengutip bahwa baja mengubah struktur kristal dalamnya ketika dipanaskan. Bab 1 sudah menyinggung transformasi ini; di sini cukup dikenal nama-namanya:

1. Ferit: besi dengan sedikit sekali karbon terlarut. Lunak dan ulet, bersifat magnetis.
2. Sementit: senyawa besi dan karbon yang sangat keras dan getas.
3. Perlit: susunan berlapis ferit dan sementit yang terbentuk bila baja didinginkan perlahan. Baja karbon sedang yang didinginkan di udara sebagian besar terdiri atas ferit dan perlit.
4. Austenit: bentuk kristal besi pada suhu tinggi yang dapat melarutkan banyak karbon. Pada baja karbon biasa, austenit hanya ada saat panas. Pada baja tahan karat austenitik, nikel membuatnya tetap ada pada suhu ruang.
5. Martensit: terbentuk bila austenit didinginkan sangat cepat sehingga karbon tidak sempat keluar. Narasi mengutip bahwa karena tanpa difusi, martensit mempunyai komposisi yang persis sama dengan austenit asalnya. Martensit sangat keras dan getas sampai ditemper.
6. Bainit: narasi mengutip bahwa fase ini terbentuk pada pendinginan atau penahanan suhu di antara kondisi pembentuk perlit dan martensit. Kekerasannya di antara keduanya dengan keuletan yang cukup baik.

Akibat praktisnya: dua batang dengan komposisi sama dapat mempunyai kekerasan dan kekuatan yang sangat berbeda, tergantung cara didinginkan dan ditemper. Bab perlakuan panas di rak ini membahas cara mengatur fase itu.

Besi tuang

Besi tuang dipakai untuk rumah pompa, rumah motor, rumah roda gigi, puli, badan katup, dan alas mesin karena mudah dicor menjadi bentuk rumit dan murah. Buku bahan teknik elektro yang dikutip di narasi Mekanikal mencatat bahwa besi tuang mempunyai sifat yang lebih rendah daripada baja, tetapi lebih murah. Narasi Fluida dan Termal mengutip bahwa besi dipakai dalam jumlah besar sebagai besi tuang dan baja, dan bahwa bahan rumah pompa untuk penyediaan air rumah tangga umumnya besi tuang dan perunggu tuang.

Ada empat keluarga utama, dibedakan oleh bentuk karbonnya:

1. Besi tuang kelabu: karbon membentuk serpih grafit. Serpih itu memutus logam di sekitarnya sehingga besi tuang kelabu getas dalam tarik dan hampir tidak memanjang sebelum patah, tetapi kuat dalam tekan, meredam getaran dengan baik, dan mudah dimesin. Permukaan patahnya kelabu dan berbutir. Buku pegangan manufaktur dalam narasi Mekanikal mencatat bahwa sifat abrasif besi tuang terutama mengauskan sisi mata potong perkakas.
2. Besi tuang nodular (ulet): magnesium yang ditambahkan saat pengecoran membuat grafit berbentuk bulatan. Logam di sekitarnya tidak terpotong tajam, jadi bahan ini dapat memanjang beberapa sampai belasan persen sebelum patah (nilai literatur umum). Pipa air tanam, badan katup bertekanan, dan komponen yang menerima kejut. Narasi Mekanikal mengutip bahwa besi tuang nodular lebih lunak daripada besi tuang dingin.
3. Besi tuang putih atau dingin: karbon tetap sebagai karbida karena pendinginan cepat. Sangat keras, tahan aus abrasif, sangat getas. Pelapis penggiling dan bagian yang menerima abrasi berat.
4. Besi tuang mampu tempa: besi tuang putih yang dipanaskan lama sehingga karbidanya terurai menjadi gumpalan grafit. Lebih ulet daripada besi tuang kelabu. Alat sambung pipa ulir berbahan ini masih banyak ditemukan.

Batas pemakaian bahan sering ditulis dalam spesifikasi. Narasi Fluida dan Termal mengutip spesifikasi katup dalam sebuah buku plambing: bila tekanan uap mendekati 150 psi atau 366 °F, dipakai besi tuang kelabu atau besi tuang ulet. Spesifikasi seperti itu adalah keputusan perancang; teknisi tidak menggantinya dengan bahan yang hanya mirip.

Baja karbon dan baja paduan rendah

Baja paduan rendah adalah baja karbon yang diberi sejumlah kecil unsur lain, biasanya totalnya di bawah sekitar 5 persen (nilai literatur umum). Narasi mengutip bahwa paduan umumnya lebih keras dan lebih kuat daripada logam induknya. Unsur yang umum dan pengaruhnya:

Narasi Ilmu Material mengutip bahwa dua sifat terpenting baja yang mengandung kromium adalah ketahanan aus dan kemampuan memotong.

Kata yang perlu dipahami adalah mampu keras (hardenability): kemampuan baja menjadi keras sampai ke bagian dalam saat dicelup. Baja karbon biasa hanya mengeras di lapisan luar bila ukurannya besar; baja paduan dengan kromium dan molibdenum dapat mengeras sampai ke tengah batang yang tebal. Mampu keras diukur dengan uji Jominy: batang dipanaskan, ujungnya disemprot air, lalu kekerasan diukur sepanjang batang. Narasi mengutip kritik bahwa uji Jominy kurang membedakan bila dipakai pada baja yang mampu kerasnya rendah.

Mampu keras berbeda dari kekerasan. Kekerasan paling tinggi yang dapat dicapai ditentukan terutama oleh kadar karbon; mampu keras menentukan seberapa dalam kekerasan itu tercapai. Pena berdiameter 30 milimeter dari baja karbon sedang biasa dapat keras di kulitnya tetapi lunak di tengah, sedangkan pena yang sama dari baja kromium-molibdenum dapat keras merata.

Membaca sebutan mutu

Setiap negara atau lembaga standar memberi nama mutu baja dengan pola sendiri. Pola berikut adalah contoh yang sering muncul di gambar dan katalog (nilai literatur umum; rincian dan batas komposisi harus dibaca di standarnya):

1. Pola empat angka (sistem Amerika): dua angka pertama menunjukkan keluarga paduan, dua angka terakhir menunjukkan kadar karbon dalam perseratus persen. Mutu 1020 adalah baja karbon biasa dengan sekitar 0,20 persen karbon; 1045 sekitar 0,45 persen; 4140 baja kromium-molibdenum dengan sekitar 0,40 persen karbon. Keluarga 11xx adalah baja mudah dimesin dengan belerang tambahan.
2. Pola Jepang: S45C adalah baja karbon untuk struktur mesin dengan sekitar 0,45 persen karbon; SS400 adalah baja struktur umum yang angkanya menunjukkan kekuatan tarik minimum 400 megapascal, tanpa menyebut kadar karbon; SCM440 baja kromium-molibdenum.
3. Pola Eropa: C45 baja karbon dengan sekitar 0,45 persen karbon; S235 dan S355 baja struktur yang angkanya menunjukkan kekuatan luluh minimum dalam megapascal; 42CrMo4 baja kromium-molibdenum dengan sekitar 0,42 persen karbon.
4. Besi tuang: banyak standar menamai besi tuang kelabu dengan kekuatan tarik minimumnya (misalnya kelas 250 megapascal) dan besi tuang nodular dengan kekuatan tarik minimum dan perpanjangan minimumnya (misalnya 400 megapascal dan 15 persen).

Dua pelajaran penting dari pola ini. Pertama, ada sebutan yang menunjuk komposisi dan ada yang menunjuk kekuatan; SS400 dan S235 tidak menjamin kadar karbon tertentu sehingga mampu kerasnya tidak dapat diandalkan. Kedua, tabel padanan antarstandar menunjukkan mutu yang mirip, tidak identik. Batas komposisi, pengotor yang diizinkan, dan cara uji dapat berbeda, jadi padanan dipakai sebagai titik awal, lalu dicek pada standar keduanya untuk komponen yang penting.

Bentuk dan keadaan pasokan

Nama mutu belum lengkap tanpa keadaan pasokannya. Batang 1045 dapat dijual dalam keadaan canai panas, tarik dingin, dinormalisasi, atau dicelup dan ditemper, dan kekuatannya berbeda jauh di antara keadaan itu. Batang tarik dingin lebih kuat dan ukurannya lebih presisi daripada canai panas, tetapi menyimpan tegangan sisa sehingga dapat melengkung saat dimesin tidak simetris. Narasi Mekanikal mengutip bahwa ketika bahan mengeras karena pengerjaan selama dibentuk, rentang perubahan bentuk yang tersisa berkurang sebesar pengerasan itu; logam yang sudah ditarik dingin tidak dapat dibengkokkan sejauh logam yang belum.

Komponen asli pabrik biasanya dibuat dari mutu dan keadaan tertentu yang tercantum di gambar, misalnya "4140, dicelup dan ditemper, kekerasan sekian HRC". Batang dari toko bangunan biasanya baja struktur canai panas tanpa jaminan komposisi. Inilah yang terjadi pada pena di awal bab.

Karbon ekuivalen dan mampu las

Karbon dan unsur paduan yang membuat baja dapat dikeraskan juga membuatnya sulit dilas. Daerah di samping lasan dipanaskan sampai menjadi austenit lalu didinginkan cepat oleh logam di sekitarnya, sehingga dapat berubah menjadi martensit yang keras dan getas. Ditambah hidrogen dari elektroda yang lembap dan tegangan susut, daerah itu dapat retak beberapa jam setelah pengelasan.

Untuk menilai risiko ini dipakai karbon ekuivalen. Rumus yang banyak dipakai untuk baja karbon dan paduan rendah (nilai literatur umum; standar las dapat memakai rumus lain):

$$CE = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$

dengan setiap unsur dalam persen massa. Pedoman kasar yang sering dipakai (nilai literatur umum): karbon ekuivalen di bawah sekitar 0,4 umumnya mudah dilas tanpa pemanasan awal untuk tebal biasa; antara sekitar 0,4 dan 0,6 memerlukan pemanasan awal dan elektroda rendah hidrogen; di atas sekitar 0,6 sulit dilas dan memerlukan prosedur yang disusun khusus, sering dengan perlakuan panas sesudah las. Prosedur, suhu pemanasan awal, dan pemeriksaan lasan dibahas di Bab 13 · Mekanikal & Mekatronika.

Besi tuang jauh lebih sulit dilas daripada baja karena karbonnya sangat tinggi. Logam di dekat lasan berubah menjadi besi tuang putih atau martensit yang getas, dan besi tuang kelabu tidak dapat meregang untuk menampung susut lasan. Itulah yang terjadi pada kaki rumah pompa di awal bab. Perbaikan besi tuang memakai prosedur khusus seperti pemanasan awal tinggi dan pendinginan sangat lambat, elektroda nikel, brazing, atau penjahitan mekanis; untuk komponen bertekanan atau penahan beban, mengganti komponen sering lebih aman daripada memperbaikinya.

Mengenali bahan di lapangan

Teknisi sering harus menebak bahan sebelum memesan pengganti atau memilih cara perbaikan. Ada beberapa uji sederhana; semuanya memberi petunjuk, tidak memberi kepastian:

1. Magnet: baja karbon, baja paduan rendah, besi tuang, dan baja tahan karat feritik atau martensitik tertarik kuat. Baja tahan karat austenitik umumnya tidak tertarik atau hanya sedikit, terutama setelah dibentuk dingin. Aluminium, tembaga, dan kuningan tidak tertarik.
2. Kikir: kikir baru yang meluncur tanpa menggigit menunjukkan permukaan yang sangat keras, misalnya permukaan yang dikeraskan. Kikir yang menggigit mudah menunjukkan bahan lunak. Uji ini hanya membaca permukaan dan merusak sedikit, jadi lakukan di tempat yang tidak penting.
3. Percikan gerinda: baja karbon rendah memberi percikan panjang berwarna jerami dengan sedikit cabang; makin tinggi karbonnya, makin banyak ledakan bercabang; besi tuang memberi percikan pendek kemerahan dengan sedikit ledakan kecil; baja tahan karat memberi percikan lebih pendek dan lebih jarang. Membaca percikan memerlukan contoh pembanding dari bahan yang diketahui dan gerinda yang sama.
4. Patahan dan serpihan: besi tuang kelabu patah dengan permukaan kelabu berbutir dan serpihan bubutnya berupa remah, sedangkan baja menghasilkan geram panjang yang melingkar.
5. Tanda pada benda: garis pisah cetakan dan permukaan kasar menunjukkan benda cor; cap mutu, nomor komponen, atau kode panas pada benda membantu menelusuri dokumennya.
6. Massa: massa jenis baja sekitar 7,85 gram per sentimeter kubik dan besi tuang sekitar 7,0 sampai 7,3 (nilai literatur umum), cukup untuk membedakan dari aluminium, tetapi terlalu dekat untuk membedakan baja dari besi tuang.

Untuk komponen yang menahan beban, bertekanan, atau terkait keselamatan, tebakan tidak cukup. Laboratorium dapat menganalisis komposisi dengan spektrometer. Penganalisis sinar-X genggam bagus untuk membedakan mutu baja tahan karat dan paduan bukan besi, tetapi umumnya tidak dapat mengukur karbon; untuk kadar karbon dipakai spektrometer emisi atau analisis laboratorium. Cara paling murah tetap dokumen: nomor komponen pabrik dan gambar teknisnya.

Karat dan perlindungan

Baja karbon dan besi tuang berkarat di udara lembap dan air, dan karatnya tidak melindungi logam di bawahnya. Narasi Ilmu Material mengutip bahwa korosi besi dan baja adalah masalah besar sehingga berbagai cara pencegahan karat telah dikembangkan, dan bahwa melapisi besi dengan seng bekerja lebih efektif daripada cara-cara lain yang dibahas di buku itu. Narasi Fluida dan Termal mengutip bahwa pipa baja galvanis adalah besi dengan lapisan seng. Seng melindungi baja dua kali: sebagai penghalang, dan sebagai anode korban di goresan kecil. Mekanismenya, termasuk korosi galvanik dan celah, ada di Bab 19 · Kimia.

Untuk teknisi, akibatnya ada tiga. Pertama, permukaan baja yang dimesin atau digerinda harus dilindungi kembali dengan cat, minyak, atau pelapis. Kedua, baja galvanis yang dilas atau dipotong panas kehilangan seng di daerah itu dan menghasilkan asap seng yang berbahaya; keselamatan kerja panas dibahas di Bab 13 · Mekanikal & Mekatronika. Ketiga, besi tuang di dalam pompa air sering berkarat di permukaan tanpa banyak kehilangan kekuatan, tetapi karat dapat menyumbat celah sempit seperti cincin aus dan rumah segel.

Contoh kerja

Contoh 1: membaca sebutan mutu. Gambar pena menyebut "S45C". Pola Jepang menunjukkan baja karbon struktur mesin dengan sekitar 0,45 persen karbon (nilai literatur umum). Padanan dekatnya dalam pola empat angka adalah 1045 dan dalam pola Eropa C45. Padanan itu cukup untuk mencari stok, tetapi batas komposisi dan keadaan pasokan dicek di standar dan sertifikat sebelum dipakai untuk komponen yang penting.

Contoh 2: karbon ekuivalen tiga mutu. Dengan komposisi tipikal (angka latihan): baja 1018 dengan C 0,18 dan Mn 0,75 memberi $CE = 0{,}18 + 0{,}75/6 = 0{,}305$. Baja 1045 dengan C 0,45 dan Mn 0,75 memberi $CE = 0{,}45 + 0{,}125 = 0{,}575$. Baja 4140 dengan C 0,40, Mn 0,88, Cr 0,95, dan Mo 0,20 memberi $CE = 0{,}40 + 0{,}147 + (0{,}95 + 0{,}20)/5 = 0{,}777$. Menurut pedoman kasar di atas, 1018 mudah dilas, 1045 memerlukan pemanasan awal dan elektroda rendah hidrogen, dan 4140 memerlukan prosedur khusus.

Contoh 3: massa batang. Batang bulat berdiameter 40 milimeter dan panjang 500 milimeter mempunyai volume $V = \frac{\pi}{4} \times 4^2 \times 50 = 628{,}3$ sentimeter kubik. Dengan massa jenis baja 7,85 gram per sentimeter kubik, massanya $628{,}3 \times 7{,}85 = 4.932$ gram atau sekitar 4,93 kilogram. Batang aluminium dengan ukuran yang sama sekitar 1,70 kilogram (massa jenis 2,7). Perbedaan massa jauh lebih mudah dibaca daripada perbedaan antara baja dan besi tuang (sekitar 4,5 kilogram untuk massa jenis 7,2).

Contoh 4: pena yang bengkok. Perhitungan beban pada pena asli memberi tegangan lentur sekitar 260 megapascal (angka latihan). Pena asli dibuat dari baja kromium-molibdenum yang dicelup dan ditemper dengan kekuatan luluh sekitar 650 megapascal (nilai literatur umum), jadi faktor keamanannya $650/260 = 2{,}5$. Batang dari toko bangunan adalah baja struktur canai panas dengan kekuatan luluh sekitar 250 megapascal (nilai literatur umum), jadi $250/260 = 0{,}96$, kurang dari satu. Pena itu pasti luluh pada beban kerja biasa. Penggantinya harus dari mutu dan keadaan yang sama dengan aslinya, seperti tercantum di gambar atau daftar suku cadang.

Contoh 5: uji magnet pada pasak. Pasak poros yang dilepas dari sebuah mesin cuci tidak tertarik magnet. Petunjuk ini mengarah ke baja tahan karat austenitik, bukan baja karbon. Daftar suku cadang manual mesin sejenis memang mencantumkan pasak poros utama dari baja tahan karat. Pasak pengganti dari baja karbon biasa akan berkarat di lingkungan basah dan dapat menimbulkan sel galvanik dengan poros.

Contoh 6: kaki rumah pompa yang retak. Kaki rumah pompa besi tuang kelabu retak, lalu dilas dengan elektroda baja biasa tanpa pemanasan awal, dan retak lagi di samping lasan. Penyebabnya: karbon yang sangat tinggi membentuk daerah getas di dekat lasan, dan besi tuang kelabu tidak meregang untuk menampung susut lasan. Pilihannya mengganti rumah pompa, atau memperbaiki dengan prosedur besi tuang oleh orang yang berkualifikasi bila kaki itu tidak menahan tekanan. Akar masalahnya juga diperbaiki: baut dudukan dikencangkan dengan torsi yang ditentukan dan alasnya diratakan supaya kaki tidak menerima lentur.

Contoh 7: uji percikan sebagai pembanding. Dua potongan batang tanpa tanda digerinda bersama potongan 1020 dan 1045 yang sudah diketahui. Potongan pertama memberi percikan panjang dengan sedikit cabang, mirip 1020; potongan kedua memberi lebih banyak ledakan bercabang, mirip 1045. Hasilnya hanya pengelompokan kasar; potongan kedua dapat juga baja paduan. Untuk pena penahan beban, bahan dibeli baru dengan sertifikat.

Contoh 8: memeriksa komposisi pada sertifikat. Sertifikat pabrik batang yang dibeli menyebut C 0,44, Mn 0,72, P 0,015, dan S 0,020 persen, dengan nomor peleburan. Nilai itu masuk rentang tipikal baja karbon 0,45 persen (rentang diambil dari standarnya). Nomor peleburan dicatat pada kartu stok sehingga batang dapat ditelusuri bila ada masalah. Bab pengujian di rak ini membahas bagian sifat mekanis sertifikat.

Contoh 9: memilih pipa air bersih. Pipa baja hitam tanpa lapisan akan berkarat di dalam dan mengotori air. Pipa baja galvanis lebih tahan, tetapi lapisan seng habis di sambungan ulir yang dipotong dan di bagian yang dipanaskan. Pilihan bahan pipa dan alat sambung dibahas di Bab 4 · Bangunan & Fasilitas; dari sisi bahan, baja karbon tanpa lapisan tidak dipakai untuk air bersih.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan minta keputusan pabrik, insinyur, atau penyelia bila:

1. Komponen penahan beban, alat angkat, rem, interlock, atau bagian bertekanan harus diganti dan mutu bahan aslinya tidak diketahui.
2. Pengganti yang tersedia adalah bahan "mirip" tanpa sertifikat untuk komponen yang dulu dibuat dari mutu tertentu dengan perlakuan panas tertentu.
3. Bagian besi tuang yang bertekanan atau menahan beban retak dan diusulkan untuk dilas.
4. Karbon ekuivalen bahan di atas sekitar 0,4 dan tidak ada prosedur las dengan pemanasan awal yang tertulis.
5. Bahan berlapis seng, kadmium, atau cat lama harus dipotong panas atau dilas di ruang tanpa ventilasi.
6. Uji lapangan memberi hasil yang bertentangan dengan dokumen, misalnya komponen yang menurut daftar suku cadang baja tahan karat ternyata tertarik kuat oleh magnet.

Salah tafsir yang sering terjadi

1. "Besi ya besi." Kekuatan luluh baja yang sering dipakai berkisar dari sekitar 250 sampai lebih dari 1.000 megapascal (nilai literatur umum), tergantung mutu dan perlakuan panasnya.
2. "Lebih keras berarti lebih baik." Kekerasan biasanya dibayar dengan keuletan. Pena yang terlalu keras dapat patah getas oleh kejut yang hanya akan membengkokkan pena yang lebih lunak.
3. "Padanan di tabel berarti sama persis." Padanan menunjukkan kemiripan; batas komposisi dan cara uji dapat berbeda.
4. "Tidak tertarik magnet berarti bukan baja." Baja tahan karat austenitik adalah baja dan hampir tidak tertarik magnet.
5. "Besi tuang dapat dilas seperti baja." Besi tuang memerlukan prosedur khusus dan sering lebih baik diganti.
6. "SS400 sama dengan baja karbon 0,4 persen." Angka pada SS400 adalah kekuatan tarik minimum, tidak menunjuk kadar karbon.
7. "Ukuran sama berarti suku cadang sama." Bahan dan keadaan perlakuan panas sama pentingnya dengan ukuran.

Hubungan dengan bab lain

Bab ini adalah pintu masuk rak Ilmu Material. Bab 1 memberi kerangka umum komposisi, struktur, sifat, dan kinerja. Bab 19 · Kimia membahas korosi baja dan perlindungannya. Bab 10 · Mekanikal & Mekatronika memakai kekuatan luluh dan kekuatan tarik dari bab ini untuk menghitung faktor keamanan dan umur lelah. Bab 13 · Mekanikal & Mekatronika memakai karbon ekuivalen untuk menyusun prosedur las, Bab 4 · Bangunan & Fasilitas memakai sifat bahan untuk memilih pipa, dan Bab 12 · Mekanikal & Mekatronika menjelaskan pengerjaan bengkel yang dipakai saat membuat pengganti. Bab lain di rak ini membahas baja tahan karat, logam bukan besi, pengujian sifat mekanis, perlakuan panas, mekanisme kegagalan, dan pemilihan bahan suku cadang.

Latihan dan pembahasan

1. Gambar sebuah poros menyebut "1040, dinormalisasi". Apa arti angka 40, dan mengapa keterangan "dinormalisasi" perlu ikut dicatat saat memesan bahan?
2. Hitung karbon ekuivalen baja dengan C 0,25, Mn 1,20, Cr 0,10, Mo 0,05, Ni 0,10, dan Cu 0,20 persen. Bagaimana pedoman kasar menilai mampu lasnya?
3. Sebuah dudukan bantalan terbuat dari besi tuang kelabu dan retak di dekat lubang baut. Sebutkan dua penyebab yang mungkin dan dua pilihan tindakan selain mengelasnya dengan elektroda baja biasa.
4. Mengapa batang SS400 tidak cocok dijadikan pena yang harus dikeraskan dengan pencelupan?
5. Sepotong logam tidak tertarik magnet dan memberi percikan pendek yang jarang saat digerinda. Bahan apa yang mungkin, dan apa yang perlu dilakukan sebelum memakainya sebagai pengganti komponen penahan beban?
6. Hitung massa pelat baja berukuran 300 × 200 × 10 milimeter. Berapa massanya bila pelat yang sama dibuat dari aluminium?

Kunci jawaban beralasan

1. Angka 40 menunjukkan kadar karbon sekitar 0,40 persen pada baja karbon biasa. Keterangan dinormalisasi menunjukkan keadaan perlakuan panas yang menentukan kekuatan dan keuletan; bahan yang sama dalam keadaan canai panas atau tarik dingin mempunyai sifat berbeda.
2. $CE = 0{,}25 + 1{,}20/6 + (0{,}10 + 0{,}05)/5 + (0{,}10 + 0{,}20)/15 = 0{,}25 + 0{,}20 + 0{,}03 + 0{,}02 = 0{,}50$. Nilai ini di rentang yang menurut pedoman kasar memerlukan pemanasan awal dan elektroda rendah hidrogen.
3. Penyebab yang mungkin adalah baut terlalu kencang atau alas tidak rata sehingga dudukan melentur, dan konsentrasi tegangan di lubang baut. Pilihannya mengganti dudukan, atau memperbaikinya dengan prosedur besi tuang oleh orang yang berkualifikasi bila tidak menahan beban kritis, lalu memperbaiki alas dan torsi baut.
4. SS400 ditetapkan menurut kekuatan tarik minimum, tidak menurut kadar karbon, dan biasanya baja karbon rendah. Kadar karbonnya tidak dijamin cukup untuk mengeras, jadi hasil pencelupan tidak dapat diandalkan.
5. Kemungkinan baja tahan karat austenitik. Sebelum dipakai untuk komponen penahan beban, mutunya dipastikan dengan dokumen atau analisis komposisi dan dibandingkan dengan spesifikasi komponen asli, karena kekuatan dan perlakuan panasnya berbeda dari baja karbon.
6. Volume $30 \times 20 \times 1 = 600$ sentimeter kubik. Massa baja $600 \times 7{,}85 = 4.710$ gram atau sekitar 4,71 kilogram. Massa aluminium $600 \times 2{,}7 = 1.620$ gram atau sekitar 1,62 kilogram.

Referensi