Apa itu Alloy Material? Bagian 4 : Besi dan Baja

Di postingan sebelumnya kita sudah belajar tentang sejarah logam paduan beserta contoh contoh logam paduan yang sudah diciptakan manusia dari jaman dahulu untuk membuat peralatan yang digunakan untuk membantu di kehidupan. 

Kali ini kita akan membahas material logam yang paling banyak kita gunakan sehari hari khususnya di bengkel bubut,yaitu besi dan baja atau material paduan besi lainnya.

proses membuat paduan besi di China sekitar tahun 1637

Peleburan besi pertama diketahui dimulai di Anatolia, Asia Barat,sekitar 1800 SM. Disebut proses bloomery, peleburan tersebut menghasilkan besi tempa yang sangat lembut namun ulet. Pada 800 SM, teknologi pembuatan besi telah menyebar ke Eropa, tiba di Jepang sekitar 700 M. 

Pig iron, adalah sebuah paduan besi dan karbon yang sangat keras tetapi rapuh, telah diproduksi di Cina pada awal 1200 SM, tetapi baru tiba di Eropa pada Abad Pertengahan. Pig iron memiliki titik leleh yang lebih rendah daripada besi, dan digunakan untuk membuat cast iron atau besi tuang/cor. Namun, logam ini tidak banyak digunakan secara praktis sampai diperkenalkannya crucible steel (besi wadah )sekitar 300 SM. Baja ini memiliki kualitas yang buruk, dan pengenalan pattern welding atau pengelasan pola, sekitar abad ke-1 M, berusaha untuk menyeimbangkan sifat ekstrim dari Aloy dengan melaminasinya, untuk membuat logam yang lebih keras. Sekitar 700 M, Jepang mulai melipat baja dan besi tuang dalam lapisan bergantian untuk meningkatkan kekuatan pedang mereka, menggunakan fluks tanah liat untuk menghilangkan terak dan kotoran. Metode pembuatan pedang Jepang ini menghasilkan salah satu Aloy baja paling murni di dunia kuno.

Sementara penggunaan besi mulai menjadi lebih luas sekitar 1200 SM, terutama karena gangguan dalam jalur perdagangan timah, logam itu jauh lebih lunak daripada perunggu. Namun, sejumlah kecil baja, (Alloy besi dan sekitar 1% karbon), selalu merupakan produk sampingan dari proses berkembang biak. Kemampuan untuk memodifikasi kekerasan baja dengan perlakuan panas telah dikenal sejak 1100 SM, dan bahan langka itu dinilai untuk pembuatan alat dan senjata. Karena orang dahulu tidak dapat menghasilkan suhu yang cukup tinggi untuk melelehkan besi sepenuhnya, produksi baja dalam jumlah yang layak tidak terjadi sampai diperkenalkannya baja melepuh selama Abad Pertengahan. Metode ini memasukkan karbon dengan memanaskan besi tempa dalam arang untuk jangka waktu yang lama, tetapi penyerapan karbon dengan cara ini sangat lambat sehingga penetrasinya tidak terlalu dalam, sehingga Aloynya tidak homogen. Pada tahun 1740, Benjamin Huntsman mulai melebur baja blister dalam wadah untuk meratakan kandungan karbon, menciptakan proses pertama untuk produksi massal baja perkakas. Proses Huntsman digunakan untuk pembuatan baja perkakas hingga awal 1900-an.

Pengenalan tanur sembur ke Eropa pada Abad Pertengahan berarti bahwa orang dapat memproduksi besi kasar dalam volume yang jauh lebih tinggi daripada besi tempa. Karena pig iron dapat dicairkan, orang mulai mengembangkan proses untuk mengurangi karbon dalam pig iron cair untuk membuat baja. Pelumpuran telah digunakan di Cina sejak abad pertama, dan diperkenalkan di Eropa selama 1700-an, di mana besi kasar cair diaduk saat terkena udara, untuk menghilangkan karbon dengan oksidasi. Pada tahun 1858, Henry Bessemer mengembangkan proses pembuatan baja dengan meniupkan udara panas melalui pig iron cair untuk mengurangi kandungan karbon. Proses Bessemer mengarah pada pembuatan baja skala besar pertama.

besi ST42 yang biasa kita pakai adalah paduan besi dan carbon

Baja adalah paduan besi dan karbon, tetapi istilah Baja Paduan biasanya hanya mengacu pada baja yang mengandung elemen lain—seperti vanadium, molibdenum, atau kobalt—dalam jumlah yang cukup untuk mengubah sifat baja dasar. Sejak zaman kuno, ketika baja digunakan terutama untuk peralatan dan senjata, metode produksi dan pengerjaan logam sering kali sangat rahasia. Bahkan lama setelah Age of reason, industri baja sangat kompetitif dan pabrikan berusaha keras untuk menjaga kerahasiaan proses mereka, menolak setiap upaya untuk menganalisis material secara ilmiah karena takut akan mengungkapkan metode mereka. Misalnya, penduduk Sheffield, pusat produksi baja di Inggris, diketahui secara rutin melarang pengunjung dan turis memasuki kota untuk mencegah spionase industri. Jadi, hampir tidak ada informasi metalurgi tentang baja sampai tahun 1860. Karena kurangnya pemahaman ini, baja umumnya tidak dianggap sebagai Aloy sampai beberapa dekade antara tahun 1930 dan 1970 (terutama karena karya ilmuwan seperti William Chandler Roberts-Austen, Adolf Martens , dan Edgar Bain), jadi "Baja Paduan" menjadi istilah populer untuk Aloy baja terner dan kuaterner.

Setelah Benjamin Huntsman mengembangkan baja wadahnya pada tahun 1740, ia mulai bereksperimen dengan penambahan unsur-unsur seperti mangan (dalam bentuk pig-iron mangan tinggi yang disebut spiegeleisen), yang membantu menghilangkan kotoran seperti fosfor dan oksigen; sebuah proses yang diadopsi oleh Bessemer dan masih digunakan dalam baja modern (walaupun dalam konsentrasi yang cukup rendah untuk tetap dianggap sebagai baja karbon). Setelah itu, banyak orang mulai bereksperimen dengan berbagai Aloy baja tanpa banyak hasil. Namun, pada tahun 1882, Robert Hadfield, sebagai pelopor dalam metalurgi baja, tertarik dan menghasilkan Aloy baja yang mengandung sekitar 12% mangan. Disebut mangalloy, itu menunjukkan kekerasan dan ketangguhan yang ekstrim, menjadi Baja Paduan komersial pertama yang layak. Setelah itu, ia menciptakan baja silikon, meluncurkan pencarian kemungkinan Aloy baja lainnya.

tungsten carbide

Robert Forester Mushet menemukan bahwa dengan menambahkan tungsten ke baja dapat menghasilkan tepi yang sangat keras yang akan menahan kehilangan kekerasannya pada suhu tinggi. "Baja khusus R. Mushet" (RMS) menjadi baja berkecepatan tinggi pertama. Baja Mushet dengan cepat digantikan oleh baja tungsten karbida, yang dikembangkan oleh Taylor dan White pada tahun 1900, di mana mereka menggandakan kandungan tungsten dan menambahkan sejumlah kecil kromium dan vanadium, menghasilkan baja yang unggul untuk digunakan dalam mesin bubut dan perkakas permesinan. Pada tahun 1903, Wright bersaudara menggunakan baja nikel-kromium untuk membuat poros engkol untuk mesin pesawat mereka, sementara pada tahun 1908 Henry Ford mulai menggunakan baja vanadium untuk suku cadang seperti poros engkol dan katup di Model T Ford-nya, karena kekuatan dan ketahanannya yang lebih tinggi terhadap suhu tinggi. Pada tahun 1912, Pabrik Besi Krupp di Jerman mengembangkan baja tahan karat dengan menambahkan 21% kromium dan 7% nikel, menghasilkan baja tahan karat pertama.

Demikianlah rangkaian postingan Belajar Mesin Bubut tentang material paduan yang sudah diciptakan manusia atau diolah oleh manusia sejak daei jaman dahulu. Meskipun sehari hari selalu bergelut dengan logam khusunya besi dan baja di bengkel bubut,ternyata banyak juga yang admin baru ketahui,bagaimana denganmu?