Mengenal Apa Itu Baja, baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan beberapa elemen lainnya, termasuk karbon. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai kelasnya.
Berikut ini adalah elemen-elemen yang selalu ada dalam baja:
- Karbon
- Mangan
- Fosfor
- Sulfur
- Silikon
- Sebagian kecil oksigen
- Nitrogen
- Aluminium
Selain itu, ada elemen lain yang ditambahkan untuk membedakan karakteristik antara beberapa jenis baja diantaranya:
- Mangan
- Nikel
- Krom
- Molybdenum
- Boron
- Titanium
- Vanadium
- Niobium
Dengan memvariasikan kandungan karbon dan unsur paduan lainnya, berbagai jenis kualitas baja bisa didapatkan. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Baja karbon ini dikenal sebagai baja hitam karena berwarna hitam, banyak digunakan untuk peralatan pertanian misalnya sabit dan cangkul.
Penambahan kandungan karbon pada baja dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength), namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility). Meskipun baja sebelumnya telah diproduksi oleh pandai besi selama ribuan tahun, penggunaannya menjadi semakin bertambah ketika metode produksi yang lebih efisien ditemukan pada abad ke-17.
Dengan penemuan proses Bessemer di pertengahan abad ke-19, baja menjadi material produksi massal yang membuat harga produksinya menjadi lebih murah. Saat ini, baja merupakan salah satu material paling umum di dunia, dengan produksi lebih dari 1,3 miliar ton tiap tahunnya. Baja merupakan komponen utama pada bangunan, infrastruktur, kapal, mobil, mesin, perkakas, dan senjata. Baja modern secara umum diklasifikasikan berdasarkan kualitasnya oleh beberapa lembaga-lembaga standar.
Mengenal Apa Itu Baja
Karakteristik material
Besi dapat ditemukan pada bagian kerak bumi hanya dalam bentuk bijih, biasanya dalam bentuk besi oksida seperti magnetit dan hematit. besi diekstraksi dari bijih besi dengan menghilangkan atom oksigen dan kemudian menggabungkannya kembali dengan atom lain seperti karbon. Proses ini disebut smelting, ada sejumlah kecil besi yang sudah melalui proses ini pada masa lampau dengan cara memanaskan bijih besi yang ditanam pada bara api dan kemudian menggabungkan kedua logam dengan cara menempanya dengan palu. Kandungan karbon yang terkandung juga dapat dikontrol.
Suhu yang tinggi pada proses smelting dapat dicapai dengan metode kuno yang sudah dipakai sejak zaman tembaga. Karena tingkat oksidasi besi meningkat sangat cepat diatas suhu 800 °C (1,470 °F), maka harus diperhatikan bahwa proses smelting harus dilaksanakan pada lingkungan dengan tingkat oksigen rendah. Proses peleburan akan menghasilkan paduan yang dinamakan baja. Kelebihan karbon dan kotoran lainnya dapat dihilangkan dengan beberapa proses bertahap.
Beberapa material juga ditambahkan ke campuran besi atau karbon untuk mendapatkan baja dengan karakteristik yang diinginkan. Nikel dan mangan ditambahkan untuk menambah kekuatan, krom ditambahkan untuk meningkatkan kekerasan dan titik didih, serta penambahan vanadium juga menambah kekerasan serta mengurangi dampak kelelahan logam.
Mengenal Apa Itu Baja
Untuk mencegah korosi, ditambahkan kromium paling sedikit 11% wt sehingga membentuk oksida yang keras pada permukaan baja, baja ini dikenal dengan stainless steel (baja anti noda). Tungsten ditambahkan pada pembentukan cementit, sehingga pada kecepatan pendinginan yang lebih rendah akan membentuk martensit. Di sisi lain, sulfur, nitrogen, dan fosfor membuat baja menjadi getas, sehingga elemen ini harus dipisahkan ketika pemrosesan.
Densitas baja bervariasi tergantung dari unsur pembentuknya, namun umumnya berada di antara 7,750 dan 8,050 kg/m3 (484 dan 503 lb/cu ft), atau 7.75 dan 8.05 g/cm3 (4.48 dan 4.65 oz/cu in). Meski dalam rentang konsentrasi campuran yang rendah besi dan karbon membentuk baja, namun dapat terbentuk berbagai macam struktur metalurgi yang berbeda dengan sifat yang sangat berbeda. Memahami sifat-sifat ini sangat penting dalam produksi baja. Pada suhu ruangan, bentuk besi yang paling stabil adalah struktur Body Centered Cubic (BCC) yang disebut ferrit atau besi-α.
Besi ini merupakan logam lunak yang hanya dapat melarutkan karbon dalam konsentrasi kecil, tidak lebih dari 0.021 wt% pada 723 °C (1,333 °F), dan hanya 0.005% pada 0 °C (32 °F). Pada 910 °C besi murni berubah menjadi struktur Face Centered Cubic (FCC), yang disebut austenit atau besi-γ. Struktur FCC austenit dapat melarutkan karbon lebih banyak, sampai 2.1% (karbonnya 38 kali ferrit) pada 1,148 °C (2,098 °F), yang disebut besi tuang (cast iron). Ketika baja dengan kandungan karbon kurang dari 0,8% dipanaskan, maka fase austenitic (FCC) campuran mencoba berubah menjadi fase ferrit (BCC), menghasilkan kelebihan karbon.
