DASAR-DASAR KEJURUAN MESIN

DASAR-DASAR KEJURUAN MESIN

 

 

1.1 Dasar Ilmu Statika dan Tegangan

 

Ilmu  statika  pada  dasarnya  merupakan  pengembangan  dari  ilmu  fisika, yang  menjelaskan  kejadian  alam  sehari-hari,  yang  berkaitan  dengan gaya-gaya yang bekerja pada sebuah benda.

Insinyur sipil dalam hal ini bekerja dalam bidang perencanaan, pelaksanaan dan perawatan atau perbaikan konstruksi bangunan sipil.                                                            

Fungsi utama bangunan sipil adalah mendukung gaya-gaya yang berasal dari beban-beban yang dipikul oleh bangunan tersebut.

Sebagai contoh adalah beban lalu lintas kendaraan pada jembatan/jalan, beban  akibat  timbunan  tanah  pada  dinding  penahan  tanah  (retaining wall), beban air waduk pada bendung, beban hidup pada lantai bangunan gedung, dan lain sebagainya.

 Gambar 1.1 Model beban lalu lintas pada jembatan.

 

Gambar 1.2 Dinding penahan tanah (retaining wall).

 

Oleh karena itu, penguasaan ilmu statika sangat penting dan membantu insinyur sipil dalam kaitannya dengan perencanaan suatu struktur.

 

1.1.1        Gaya

 

Gaya adalah sesuatu yang menyebabkan deformasi pada suatu struktur.

Gaya mempunyai besaran dan arah, digambarkan dalam bentuk vector yang arahnya ditunjukkan dengan anak-panah, sedangkan panjang vektor digunakan untuk menunjukkan besarannya

 

Gambar 1.3 Vektor gaya

 

Garis disepanjang gaya tersebut bekerja dinamakan garis kerja gaya.

Titik  tangkap  gaya  yang  bekerja  pada  suatu  benda  yang  sempurna padatnya,  dapat  dipindahkan  di  sepanjang  garis  kerja  gaya  tersebut tanpa mempengaruhi kinerja dari gaya tersebut. Apabila  terdapat  bermacam-macam  gaya  bekerja  pada  suatu  benda, maka gaya-gaya tersebut dapat digantikan oleh satu gaya yang memberi pengaruh  sama  seperti  yang  dihasilkan  dari  bermacam-macam  gaya tersebut, yang disebut sebagai resultan gaya.

 

1.1.2     Vektor Resultan

 

Sejumlah gaya yang bekerja pada suatu struktur dapat direduksi menjadi satu   resultan   gaya,   maka   konsep   ini      membantu      dalam menyederhanakan permasalahan.

 

Menghitung  resultan  gaya  tergantung  dari  jumlah  dan  arah  dari  gaya- gaya tersebut.

Beberapa  cara/metode  untuk menghitung/mencari  resultan  gaya,  yaitu antara lain :

 

- Metode penjumlahan dan pengurangan vektor gaya.

-   Metode segitiga dan segi-banyak vektor gaya.

-    Metode proyeksi vektor gaya.

 

a.         Metode penjumlahan dan pengurangan vektor gaya

Metode  ini  menggunakan  konsep  bahwa  dua  gaya  atau  lebih  yang terdapat  pada  garis  kerja  gaya  yang  sama  (segaris)  dapat  langsung dijumlahkan  (jira  arah  sama/searah)  atau  dikurangkan  (jika  arahnya

berlawanan).

 

Gambar 1.4 Penjumlahan vector searah dan segaris menjadi resultan gaya R

 

 

b. Metode segitiga dan segi-banyak vektor gaya

Metode  ini  menggunakan  konsep,  jika  gaya-gaya  yang  bekerja  tidak segaris,  maka  dapat  digunakan  cara  Paralellogram  dan  Segitiga  Gaya. Metode tersebut cocok jika gaya-gayanya tidak banyak.

 

 

Gambar 1.5. Resultan dua vector gaya yang tidak segaris

 

Namur jika terdapat lebih dari dua gaya, maka harus disusun suatu segi- banyak (poligon) gaya. Gaya-gaya kemudian disusun secara berturutan, mengikuti arah jarum jam.

 

Gambar 1.6. Resultan dari beberapa vector gaya yang tidak searah

 

Jika telah terbentuk segi-banyak tertutup, maka penyelesaiannya adalah tidak ada resultan gaya atau resultan gaya sama dengan nol. Namun jika terbentuk segi-banyak tidak tertutup, maka garis penutupnya adalah resultan gaya.

 

c. Metode proyeksi vektor gaya

Metode proyeksi menggunakan konsep bahwa proyeksi resultan dari dua buah vektor gaya pada setiap sumbu adalah sama dengan jumlah aljabar proyeksi masing-masing komponennya pada sumbu yang sama. Sebagai contoh dapat dilihat pada Gambar 1.7.

 

Gambar 1.7  Proyeksi Sumbu

 

X1  dan X adalah masing-masing proyeksi gaya F1  dan R terhadap sumbu x.  sedangkan  Y1   dan  Y  adalah  masing-masing  proyeksi  gaya  F1   dan  R

terhadap sumbu y. dimana :

Dengan demikian metode tersebut sebenarnya tidak terbatas untuk dua buah vektor gaya, tetapi bisa lebih.

 

Jika  hanya  diketahui  vektor-vektor  gaya dan  akan  dicari  resultan  gaya, maka dengan  mengetahui  jumlah  kumulatif  dari  komponen  proyeksi sumbu,  yaitu  X  dan  Y,  maka  dengan  rumus  pitagoras  dapat  dicari  nilai resultan gaya (R), dimana :

Sebagai  penjelasan  lebih  lanjut,  dapat  dilihat  beberapa  contoh  soal

dengan disertai ilustrasi Gambar 1.8.

Contoh  pertama,  diketahui  suatu  benda  dengan  gaya-gaya  seperti terlihat pada Gambar 1.8 sebagai berikut.

Ditanyakan  :  Tentukan  besar  dan  arah  resultan  gaya  dari  empat  gaya tarik pada besi ring.

 

Gambar 1.8 Contoh soal pertama.

 

Contoh  kedua,  diketahui  dua  orang  seperti  terlihat  pada  Gambar  1.9, sedang berusaha memindahkan bongkahan batu besar dengan cara tarik dan ungkit.

Ditanyakan : tentukan besar dan arah gaya resultan yang bekerja pada titik bongkah batu akibat kerja dua orang tersebut.

 

Gambar 1.9 Contoh soal kedua.

 

 

1.1.3 Momen

Gaya   yang   beraksi   pada   suatu   massa   kaku,   secara   umum   selain menyebabkan   deformasi,   ternyata   juga   menyebabkan   rotasi   (massa tersebut berputar terhadap suatu titik sumbu tertentu). Posisi  vektor  gaya  yang  menyebabkan  perputaran  terhadap  suatu  titik sumbu tertentu tersebut disebut sebagai momen.

Pada  kasus  tertentu,  akibat  adanya  momen  untuk  suatu  beban  yang memiliki  eksentrisitas,  akan  menimbulkan  suatu  putaran  yang  disebut dengan torsi atau puntir.

 

Ilustrasi mengenai torsi atau puntIir sebagai contoh adalah pada sebuah pipa, seperti terlihat pada Gambar 1.11, Gambar 1.12, dan Gambar 1.13.

 

Jika  momen  tersebut  berputar  pada  sumbu  aksial  dari  suatu  batang

(misal pipa) maka namanya adalah torsi atau puntir.

 

Gambar 1.11 Torsi Terhadap Sumbu Z.

Dari ilustrasi seperti terlihat pada Gambar 1.11 dapat dilihat bahwa torsi terhadap sumbu-z akan menyebabkan puntir pada pipa.

 

Besarnya  momen  ditentukan  oleh  besarnya  gaya  F  dan  lengan  momen (jarak tegak lurus gaya terhadap titik putar yang ditinjau).

 

                          Gambar 1.12 Momen Terhadap Sumbu X

Dari  ilustrasi  seperti  terlihat  pada  Gambar  1.12  dapat  dilihat  bahwa momen terhadap sumbu-z akan menyebabkan bending pada pipa.

 

Gambar 1.13 Gaya menuju sumbu     (konkuren)

Gaya  yang  menuju  suatu  sumbu  disebut  sebagai  konkuren,  tidak  akan menimbulkan momen pada sumbu-z. Perilaku  momen  pada  batang  kantilever  dapat  terjadi  dalam  beberapa konfigurasi.

 

d. Soal latihan dan pembahasan

 

Berikut  ini  terdapat  tiga  contoh  soal  latihan  beserta  pembahasan  untuk menghitung momen.

 

Gambar 1.14 Contoh soal momen

 

1.1.4. Keseimbangan Benda Tegar

Suatu  benda  berada  dalam  keseimbangan  apabila  sistem  gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut tidak menyebabkan translasi maupun rotasi pada benda tersebut.

 

Keseimbangan  akan  terjadi  pada  sistem  gaya  konkuren  yang  bekerja pada  titik  atau  partikel,  apabila  resultan  sistem  gaya  konkuren  tersebut sama dengan nol.

Apabila sistem gaya tak konkuren bekerja pada suatu benda tegar, maka akan terjadi kemungkinan untuk mengalami translasi dan rotasi.

Oleh  karena  itu,  agar  benda  tegar  mengalami  keseimbangan,  translasi dan  rotasi  tersebut  harus  dihilangkan.  Untuk  mencegah  translasi,  maka resultan sistem gaya-gaya yang bekerja haruslah sama dengan nol, dan untuk   mencegah   rotasi,   maka   jumlah   momen   yang   dihasilkan   oleh resultan oleh semua gaya yang bekerja haruslah sama dengan nol. Sebagai ilustrasi, dapat dilihat Gambar 1.15 mengenai gaya dan momen pada sumbu-x, sumbu-y dan sumbu-z.

di mana F adalah gaya dan M adalah momen.

 

Gambar 1.15. Gaya dan Momen pada Tiga Sumbu

 

 

1.2  Komponen/Elemen Mesin

Beberapa contoh elemen meisn antara lain :

 

1.2.1     Poros

Poros berguna sebagai penahan beban atau penerus tenaga. Poros biasanya mempunyai penampang lintang berupa lingkaran dan tidak selalu sama diameternya, yaitu bertingkat-tingkat dan juga sering diberi alur pasak. Pembagian menurut jenis :

 

 

1.2.1.1   Poros Mesin  

Yaitu poros yang ada di dalam bangunan mesin, biasanya dengan beban momen saja.

 

1.2.1.2   Poros transmisi

Yaitu poros yang digunakan untuk memindahkan tenaga dari motor ke mesin.

 

Sedangkan pembagian menurut fungsinya terdiri dari :

 

1.2.1.3   Shaft

Adalah poros untuk meneruskan putaran dan torsi atau gaya aksial.

 

 

Gambar 1.16  Shaft

 

 

1.2.1.4                Axel

Adalah poros untuk meneruskan putaran. Gambar 1.17 adalah salah satu contoh axel.

 

Gambar 1.17  Axel

 

 

 

 

 

1.2.1.5   Spindle adalah poros-poros kecil.

 

Untuk bahan poros biasa, dipakai baja yang mengandung kadar karbon 0,15 – 0,46 %. Sementara untuk poros khusus yang kekuatannya tinggi dipakai baja campur, misalnya : baja chrom, baja chrom nikel dan sebagainya.

 

1.2.2     Bantalan

Apabila suatu bagian mesin didukung oleh bagian lainnya dan bagian satu punya kecepatan terhadap yang lain maka kedua bagian ini menyusun suatu bantalan.

Bantalan dibagi menjadi dua macam, yaitu :

a.    Bantalan luncur (sliding bearing)

Adalah bantalan dimana bagian yang bergerak dan bagian yang diam mengadakan persinggungan langsung. Bagian yang bergerak atau berputar dari ujung poros disebut tap (journal). Bantalan luncur biasanya dipakai sebagai pendukung poros yang berputar dengan kecepatan tinggi atau bekerja pada daerah yang panas.

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 1.19  Bantalan Luncur

Dalam memilih bahan bantalan harus memperhatikan syarat-syarat :

-    Mempunyai Angka gesek kecil

- Mempunyai kekuatan yang sesuai dengan besar dan macam beban.

-   Punya keteguhan yang cukup

-   Tahan terhadap karat

-   Tahan panas

 

Macam-macam bahan bantalan antara lain :

- Babbit (logam putih)

- Perunggu

- Besi tuang

- Kuningan

- Logam paduan (Cu + Pb)

- Karet

- Plastik

 

b.    Bantalan Antrifikasi

Adalah bantalan dimana bagian yang bergerak dan yang diam tidak bersinggungan langsung, tapi dengan suatu perantara. Contoh bantalan rol, bantalan peluru. Karena tidak bersinggungan secara langsung,maka angka gesek sangat kecil, tetapi masih tetap ada gesekan yang diakibatkan kontak langsung antara rol/peluru dengan rumahnya. Harga angka gesek tergantung pada kecepatan beban, suhu, pelumas dan pembuatannya.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 1.20 Bantalan Antrifikasi

 

 

 

Keuntungan bantalan antrifikasi antara lain :

-  Pada kecepatan rendah angka gesekan kecil.

-  Bisa menahan beban axial dan radial.

-  Tahan beban sodokan sesaat.

-  Sistem pelumasan mudah.

 

Klasifikasi bantalan antrifikasi :

Menurut bentuk penghubungnya dibedakan menjadi :

-  Bantalan rol

-  Bantalan peluru

 

Menurut beban yang didukung dibedakan menjadi :

-  Radial bearings, dipakai untuk beban radial (Tegak lurusterhadap poros)

-  Thrust bearing, dipakai untuk beban axial (sejajar dengan poros)

-  Angular, dipakai untuk menahan beban axial dan radial.

 

1.3 Material dan Pengolahan Bahan

Materi ini diperlukan karena berkaitan dengan kekuatan bahan dalam membuat suatu konstruksi.

 

1.3.1     Pengetahuan Material (Bahan)

Setiap orang tentunya sudah mengenal bahan, hal ini dikarenakan setiap harinya kita bertemu dan mungkin berurusan dengan barang-barang yang terbuat dari logam seperti bahan yang berujud sendok, garpu, pisau, alat-alat kendaraan, televisi dan lain sebagainya. Bahan yang ada disekitar kita tidak semuanya bisa disebut dengan bahan teknik, artinya bahan-bahan yang digunakan dalam teknik.

 

Bahan teknik pada dasarnya dapat di bagi dalam 2 golongan, yaitu:

§ Bahan Logam

Dimana bahan logam tersebut biasanya mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

·   Penghantar listrik atau panas yang baik.

·   Dapat dibentuk dengan proses panas dan dingin.

·   Mempunyai tegangan tarik tinggi.

§ Bahan bukan logam

Dimana bahan bukan logam tersebut biasanya mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :

·   Tidak baik untuk penghantar listrik dan panas.

·   Sulit untuk dibentuk.

·   Tegangan tarik rendah.

·   Baik sebagai isolator atau bahan isolator.

            Dalam hal ini logam pada bidang teknik permesinan adalah bahan yang sangat penting, sedangkan bahan non logam selalu dibutuhkan.

Pada proses pengolahan logam (ferro) di pabrik, terlebih dahulu digalilah bijih-bijih besi yang berupa gumpalan tanah yang mengandung pasir besi dalam pertambangan. Kemudian bijih-bijih besi tersebut diangkut ke pabrik pengolahan besi baja untuk diproses lebih lanjut. Sebelum dimasukkan kedalam dapur tinggi, bijih besi tersebut didahului proses pendahuluan:

1.    Penyucian

2.    Pemecahan

3.    Pembersihan

4.    Pemanggangan/peleburan

Maksud perlakuan  pendahuluan ini adalah, setelah di cuci bersih dari kotoran  yang melekat lalu dipecah-pecah menjadi bagian kecil yang sama besarnya dan mudah diangkut serta mudah pengerjaannya. Kemudian dimasukkan kedalam alat pemisah untuk memilah bijih besi yang banyak kandungan besinya. Proses selanjutnya di lakukan pemanggangan di dalam oven pemanas untuk mengurangi berat kadar belerang yang dalam bijih besi dan mengeluarkan kandungan zat asam arangnya.

Bijih-bijih besi ada beberapa macam jenisnya, jenis-jenis yang terpenting ialah:

1.  Batu besi coklat (2Fe₂O₃ + 3H₂O), mengandung  kadar besi 40%.

2.  Batu besi merah (Fe₂O₃), mengandung kadar besi 50%

3.  Batu besi maknit (Fe₃O₄), mengandung kadar besi antara 60%

4.  Batu besi kalsit (FeCO3), mengandung kadar besi 40%

 

1.3.2      Pengolahan Bahan

Berikut akan dibahas tentang pengolahan bahan, antara lain :

 

1.3.2.1Pengolahan Besi

Seperti telah diuraikan didepan, besi di olah dari bijih besi, terutama batu besi coklat, batu besi merat dan dan batu besi magnit. Tingkat pertama ialah mereduksi bijih besi menjadi logam besi. Proses ini dikenal sebagai peleburan dalam dapur tinggi.

Dapur tinggi dari puncaknya diberi muatan bijih besi, kokas dan batu kapur. Kokas memberikan panas dan untuk membantu pembakaran. Dari bawah ditiupkan udara panas melalui pipa-pipa yang disebut dengan pipa tiup ke dalam dapur tinggi. Bagian-bagian bijih besi yang bukan logam bersenyawa dengan batu kapur, kemudian menjadi biji logam atau terak.

Selama pemberian panas yang merupakan proses terus menerus, besi yang mencair turun ke dasar dapur tinggi dengan membiarkan terak terapung di atasnya. Terdapat dua buah saluran dan berselang-selang terak dialirkan melalui saluran atas dan besi cair melalui saluran bawah yang kemudian di alirkan kedalam cetakan-cetakan. Balok-balok besi yang diperoleh secara demikian disebut besi kasar.

 

          1.3.1 Besi Tuang

Besi tuang diproduksi dengan melebur kembali besi kasar dengan besi tua dan baja, lalu membakarnya dengan kokas dan batu kapur dalam dapur tinggi yang lebih kecil. Proses ini dikenal dapur kubah.

Panas diperoleh dari kokas dan udara panas yang ditiupkan melalui pipa tiup untuk membantu pembakaran. Besi cair turun kedasar dapur kubah, di salurkan dan dialirkan ke cetakan-cetakan. Cetakan-cetakan ini dibuat dari pasir khusus menurut bentuk model kayu yang di inginkan. Produk hasil proses ini dikenal sebagai tuangan.

 

          1.3.2. Pengolahan Baja

Pengerjaan dasar dalam pengolahan baja, ialah peleburan bahan-bahan logam dan kemudian mengolahnya. Bahan bakunya untuk pengolahan baja terdiri atas:

         ·            besi dapur tinggi (besi kasar)

         ·            baja tua

         ·            bahan tambahan (batu kapur, silika dan antrasit)

Pengolahan baja modern dialihkan ke metode busur nyala api atau metode oksigen basah (metode LD dan LDAC). Selama beberapa waktu, dapur tungku terbuka diterapkan secara luas dalam pengolahan baja di Inggris.

Proses Bessemer juga diterapkan di Inggris, tetapi lebih popular di Eropa. Walaupun masih dipergunakan, metode dapur tungku terbuka dan proses Bessemer makin lama makin menjadi kuno. Dengan diperkenalkannya dapur busur nyala api dan metode oksigen basah.

Dapur busur nyala api mampu mengolah baja berkualitas tinggi dan baja campuran dari baja tua. Metode oksigen basah, yang mula-mula dikembangkan di Linz dan Donawitz di Austria merupakan metode yang sederhana dan ekonomis untuk mengolah bermacam-macam besi kasar.

Proses Kaldo yang diterapkan di Swedia berdasarkan metode dapur tungku terbuka. Daripada menambahkan oksida besi, oksigen ditiupkan pada terak. Bejana diputar untuk membantu pemindahan panas.

            Metode lain yang dikembangkan di Jerman ialah proses Rotor. Metode ini sama dengan proses Kaldo, tetapi sejumlah oksigen juga ditiupkan kedalam cairan untuk membantu pengoksidasian yang cepat. Bejana dalam proses ini juga diputar untuk membantu pemindahan panas.

Bila lapisan dapur rusak karena panas yang berlebihan, lapisan diperbaiki antara proses pembakaran dengan cara mengkondisikannya (Fettling). Cara memuat dapur dan proses peleburan diatur untuk mengurangi kerusakan lapisan, tetapi tetap diperlukan perbaikan pada setiap kerusakan. Perbaikan itu dilakukan dengan melempar dolomite, maknesit atau dalam hal-hal tertentu pasir silika kebagian yang rusak.

1.3.2.4   Dapur Tungku Terbuka Basa

Dapur tungku terbuka berbentuk seperti cawan lonjong dangkal yang dilapis dengan magnesit atau dolomite.

Mula-mula batu kapur, bijih besi dan baja tua yang diisikan, dipanaskan kemudian besi kasar cair dimuatkan. Sumber panasnya ialah gas yang dipanaskan sebelumnya dan udara atau minyak bahan bakar dan udara.

Nyala api langsung menyentuh permukaan cairan. Maksudnya ialah untuk menghilangkan kotoran-kotoran dari cairan, terutama karbon, sulfur dan fosfor. Sulfur dan fosfor dihilangkan oleh terak dan karbon terbakar sebagai gas. Contoh cairan logam berulang kali diambil dari dapur dan diuji untuk menetapkan kadar karbon dalam cairan. Bila kadar karbon yang diperlukan tercapai, terak terbentuk dengan menambahkan oksida besi dan kapur pada cairan. Karena kita dapat membentuk terak pada setiap saat yang diinginkan, maka baja dengan batas kadar karbon yang luas dapat diproses.

Pada akhir proses pengolahan dapat diberikan bahan tambahan lain pada cairan, baik kedalam dapur maupun pada waktu cairan disalurkan kedalam sendok penyerok. Dengan proses ini dapat diproduksi baja sampai 400 ton.

 

1.3.2.5Proses Bessemer

Konvertor Bessemer ialah bejana baja berbentuk buah labu yang dilapis dengan bahan tahan api. Konvertor dapat dimiringkan untuk memuat dan membongkar isinya. Tidak diterapkan pemanasan, karena konvertor diisi dengan besi kasar yang sudah dalam keadaan cair.

Setelah diisi, konvertor ditegakkan kembali dan hembusan udara dari alas dipaksakan menembus muatan cair itu; hal ini dikenal sebagai tiupan. Setelah beberapa waktu lamanya, nyala api kelihatan pada mulut konvertor kemudian nyala api meningkat dengan cepat dan akhirnya padam, menunjukkan bahwa semua karbon, mangan dan silisium telah terbakar dari logam. 

Pada tingkatan ini cairan membutuhkan campuran bahan-bahan lainnya untuk memberikan sifat-sifat baja yang diinginkan. Karenanya sejumlah karbon, mangan dan silisium yang sesuai harus ditambahkan pada cairan. Ini dilakukan dengan menambah unsur-unsur tersebut di atas dalam jumlah yang diketahui. Biasanya dalam bentuk batu bara, ferro mangan dan ferro silisium ke dalam sendok penyerok, tempat baja dialirkan.

 

1.3.2.6Konvertor Martin

Suatu cara lain untuk membuat baja dari besi kasar terjadi dengan bantuan konvertor martin. Konvertor martin terdiri dari satu tungku dimana berada bahan lumeran dan pada umumnya 4 ruangan di mana gas dan udara dapat dipanaskan terlebih dahulu.

Gas dapat diperoleh dari dapur tinggi, oven kokas atau dari minyak yang di gaskan. Gas yang banyak dipakai adalah apa yang disebut gas generator. Gas yang dipanaskan terlebih dahulu dan udara membakar dan menyapu sebagai nyala api di atas cairan. Gas bekas yang panas dimasukkan melalui dua ruangan dan memanaskan ruangan tersebut.

Setelah waktu tertentu katup-katup dibalik sehingga gas dan udara yang dimasukkan mengalir melalui ruangan yang dipanaskan terlebih dahulu itu dan kemudian dengan cara pemanasan terlebih dahulu ini kita meningkatkan suhu oven. Sekalipun konvertor martin dibangun untuk pembuatan baja dari baja tua, ternyata oven juga berguna untuk fabrikasi baja dari besi kasar dan besi tua atau bijih. Nyala api yang menyapu memanaskan isi oven dan mengoksidasikan campuran tambahan. Dengan bahan imbuh campuran tambahan yang diosidasikan membentuk terak. Terak ini akan menutup hubungan lanjut dari isi oven dengan nyala api, jikalau dalam cairan tidak ditambahkan besi tua atau bijih.

Zat asam dari sini mengoksidasikan yaitu dalam cairan, campuran tambahan seperti zat arang, silisium, mangan dan sebagainya. Hasil yang terbakar naik melalui cairan lapisan bawah juga bersentuhan dengan nyala api. Setelah kira-kira 6 jam proses berakhir dan oven dapat disalurkan.

Hasil akhir konvertor martin disebut baja martin. Baja ini bermutu baik, karena susunannya dapat ditentukan dengan teliti disebabkan proses yang memakan waktu yang panjang. Oleh karena itu baja ini berguna untuk pembuatan konstruksi dan bagian-bagian mesin (seperti baut, poros, poros engkol, batang penggerak dan pasak).

 

1.3.2.7   Dapur Listrik Busur Cahaya

Dapur ini terdiri atas tungku baja berbentuk bulat yang dangkal, dilapis dengan bahan tahan api. Tiga batang elektroda karbon yang dapat dinaikkan dan diturunkan, masuk ke dalam dapur melewati tutup dapur dan menyentuh logam yang akan dilebur.

Arus listrik dialirkan melalui elektroda-elektroda itu dan membentuk sirkuit dengan logam. Bila sirkuit tercapai, elektroda-elektroda dinaikkan, maka arus meloncati celah antara ujung-ujung elektroda dan logam. Bunga api yang menjembatani celah itu disebut busur cahaya. Panas yang dibangkitkan oleh busur cahaya menyebabkan logam menjadi cair. Proses ini dapat memproduksi sampai 20 ton baja berkualitas tinggi.

 

1.3.2.8   Proses Oksigen Basa (Proses L.D.A.C)

Mula-mula dikembangkan di Linz dan Donawitz di Austria sebagai proses L.D., kemudian dikembangkan lebih lanjut di Luksemburg sebagai proses LDAC. Proses ini merupakan metode yang sederhana, ekonomis dan berhasil  baik dalam pengolahan baja. Dipergunakan sejenis dapur yang sederhana.

Pancaran oksigen bertenaga tinggi dari atas di injeksikan ke dalam besi cair. Oksigen mengalir lewat pengabut yang didinginkan dengan air, yang disebut tombak, yang memungkinkan baja bebas nitrogen dapat diproduksi dengan cepat. Oksigen yang dimasukkan melalui tombak bereaksi dengan karbon, silisium dan mangan dalam  besi membangkitkan panas yang diperlukan untuk pengolahan. Dalam proses pengolahan baja ini tidak dibutuhkan panas dengan jalan lain.

Untuk menangani besi yang mengandung banyak fosfor, yang kadang-kadang diolah di Inggris dan Eropa, dibutuhkan banyak kapur. Kapur itu dimasukkan dari sebuah alat pembagi, yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari tombak, bersama-sama dengan pancaran oksigen. Jumlah kapur yang dimasukkan tergantung pada kadar fosfor bijih besi. Inilah proses LDAC. Kapur memasuki daerah suhu tinggi dan membentuk terak basa yang mampu meniadakan fosfor dari cairan. Terak ini disalurkan pada sebahagian perjalanan selama proses peleburan berlangsung dan terbentuk terak baru.

 

1.3.3     Jenis-jenis Logam

Pembagian jenis-jenis logam dapat dikelompokkan menjadi 3 macam, yaitu:

 

1.3.3.1   Logam Ferro

Logam ferro yang dimaksud disini adalah logam besi. Logam besi dalam pemakaiannya terlampau lunak, sehingga dipadukan dengan zat arang untuk mendapatkan sifat kekerasan. Adapun menurut pembagiannya logam ferro dibagi menjadi:

a.    Besi Tuang

Komposisi : Campuran besi dan karbon, kadar karbon sekitar 4%

Sifat : Rapuh, tidak dapat ditempa, baik untuk dituang, kuat dalam pemadatan, lemah dalam tegangan

Penggunaan : Alas mesin, meja datar, badan ragum, bagian-bagian mesin bubut, blok silinder, cincin torak.

b.    Besi Tempa

Komposisi : 99% besi murni dengan sidikit kotoran.

Sifat : Dapat ditempa, liat, tidak dapat dituang, tetap seperti adonan bila dipanasi.

Penggunaan : Rantai jangkar, kait keran, landasan kerja plat.

 

 

 

c.    Baja Lunak

Komposisi : Campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,1% - 0,3%.

Sifat : Dapat ditempa, liat

Penggunaan : Mur, baut, sekrup, pipa, keperluan umum dalam pembangunan.

d.    Baja Karbon Sedang

Komposisi : Campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,4% - 0,6%.

Sifat : Lebih kenyal daripada keras

Penggunaan : Benda kerja tempa berat, poros, rel baja

e.    Baja Karbon Tinggi

Komposisi : Campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,7% - 1,5%.

Sifat : Dapat ditempa, dapat disepuh keras dan dimudakan, mudah ditempa

Penggunaan : Kikir, pahat, gergaji, tap, stempel, alat-alat mesin bubut dan sebagainya.

f.     Baja Cepat Tinggi

Komposisi : Baja karbon tinggi ditambah nikel atau kobal, chrom atau tungsten.

Sifat : Rapuh, tahan suhu tinggi tanpa kehilangan kerasnya, dapat disepuh keras dan dimudakan.

Penggunaan : Mesin bubut, alat-alat mesin, mesin bor dan sebagainya.

 

1.3.3.2   Logam Non Ferro

Logam Non Ferro disebut juga dengan logam bukan besi, karena tidak mempunyai kandungan besi (Fe)            

Menurut massa jenisnya logam non ferro dibedakan 2 macam yaitu :

·         Logam Berat

Semua logam bukan besi yang mempunyai massa – jenis > 5 kg/dm³.

Contoh : Tembaga (Cu), Seng (Zn), Crom (Cr), Nikel (Ni), dll.

·         Logam Ringan

Semua logam bukan besi yang mempunyai massa – jenis < 5 kg/dm³.

Contoh : Aluminium (AI), Titanium (Ti), Magnesium (Mg), Berylium (Be).

·         Logam Mulia

Logam mulia tersebut dikategorikan juga termasuk logam berat, tetapi mempunyai sifat-sifat khusus seperti :

Tahan terhadap bahan kimia, tahan terhadap korosi, dll.

Contoh : Emas (Au), Platina (Pt), Perak (Ag).

 

Dari logam non ferro berat yang penting dalam paduan disebut tembaga, timah dan timbal. Dalam paduan ini dapat digunakan logam-logam berat sebagai unsure paduan seperti seng, antimon, perak, emas dan cadmium. Logam non ferro berat nikel, molibden dan wolfram merupakan elemen penting sebagai elemen paduan dalam baja.

Logam non ferro ringan yang penting dalam paduannya disebut aluminium dan maknesium.

Sifat mekanik logam non ferro pada umumnya tidak baik, tetapi hal ini dapat diperbaiki dengan paduan. Sedangkan pada umumnya logam non ferro tahan terhadap korosi, hal ini disebabkan kulit korosi yang kuat. Beberapa logam non ferro seperti tembaga dan aluminium mempunyai daya penghantar panas dan daya penghantar listrik yang baik.

 

 

a.    Tembaga           

Warna : Coklat kemerah-merahan.

Sifat : Dapat ditempa, liat, penghantar panas dan listrik yang baik, kukuh.

Penggunaan : Suku bagian listrik, pemipaan, alat-alat dekorasi dan sebagainya

 

b.    Aluminium

Warna : Biru Putih

Sifat : Dapat ditempa, liat, bobot ringan, penghantar yang baik, baik untuk dituang.

Penggunaan : Alat-alat masak, reflector, industri mobil, industri pesawat terbang

 

c.    Timbel

Warna : Biru kelabu.

Sifat : Dapat ditempa, sangat liat, tahan korosi air dan asam, bobot sangat berat.

Penggunaan ; Kabel, baterai, bubungan atap.

 

d.    Timah

Warna : Bening keperak-perakan.

Sifat : Dapat ditempa, liat tahan korosi.

Penggunaan : Melapisi lembaran baja lunak (pelat timah), industri pengawetan.

 

1.3.3.3   Campuran Non Ferro

Campuran non ferro ini merupakan campuran antara logam non ferro berat maupun logam non ferro ringan. Yang termasuk campuran non ferro antara lain:

a.    Loyang

Komposisi : Tembaga 65%, seng 35%

Sifat : Empuk, lunak

Penggunaan : Batang, kawat, sekrup, paku keeling, tuangan

b.    Perunggu Fospor

Komposisi: Tembaga 90%, timah 9%, fosfor 1%

Sifat: Kenyal, tahan korosi dengan baik

Penggunaan: Bantalan mesin, pompa air

c.    Duralumin

Komposisi: Aluminium 95%, tembaga 4%, mangan 1%

Sifat: Dapat ditempa, liat, dapat dipukul dengan palu, direntang

Bobot: Ringan, kukuh

Penggunaan: Pesawat terbang, suku bagian kendaraan, paku keeling, mur, baut

d.    Pelat Timah

Lembaran tipis baja lunak dilapis timah pada kedua belah sisi dan pada semua tepinya. Harus berhati-hati benar dalam menangani dan menyimpan pelat timah. Lembaran pelat timah harus disimpan dengan kertas atau bahan lain yang sesuai di antara setiap pelat untuk mencegah lepasnya lapis timah karena sesuatu hal. Bila lapis timah hilang akan timbul karatan. Pelat timah harus diberi tanda dengan pensil tajam dan dipotong tepat menurut garis itu. Tepi potongan harus dilapis dengan pateri, juga untuk mencegah terjadinya karatan. Bila tepi potongan berada pada sambungan, maka pematerian tepi dilakukan pada waktu memateri sambungan.

Pelat timah sama sekali tidak boleh dipukul dengan martil. Harus dipergunakan kayu keras atau martil kayu. Landasan pande timah atau potongan-potongan kayu keras yang sesuai bentuknya dapat dipergunakan sebagai sarana pembentuk.

 

1.3.4  Sifat-Sifat Logam

Untuk dapat menggunakan bahan teknik dengan tepat, maka bahan tersebut harus dapat dikenali dengan baik sifat-sifatnya yang mungkin akan dipilih untuk dipergunakannya. Sifat-sifat bahan tersebut tentunya sangat banyak macamnya.

           

1.3.4.1     Sifat-Sifat Umum Logam

Secara umum sifat-sifat bahan dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

a.  Sifat Kimia

Dengan sifat kimia diartikan sebagai sifat bahan yang mencakup antara lain kelarutan bahan tersebut terhadap larutan kimia, basa atau garam dan pengoksidasiannya terhadap bahan tersebut. Salah satu contoh dari sifat kimia yang terpenting adalah : korosi.

b.  Sifat Teknologi

Sifat teknologi adalah sifat suatu bahan yang timbul dalam proses pengolahannya. Sifat ini harus diketahui terlebih dahulu sebelum mengolah atau mengerjakan bahan tersebut.

Sifat – sifat teknologi ini antara lain :

Sifat mampu las (Weldability), sifat mampu dikerjakan dengan mesin (Machineability), sifat mampu cor (Castability), dan sifat mampu dikeraskan (Hardenability).

c.  Sifat Fisika

Sifat fisika adalah perlakuan bahan karena mengalami peristiwa Fisika, seperti adanya pengeruh panas, listrik dan beban. Yang termasuk golongan sifat fisika ini adalah : sifat panas, sifat listrik, sifat mekanis.

d.  Sifat Panas

Sifat-sifat yang timbul karena pengaruh panas yaitu : sifat-sifat karena proses pemanasan dan karena perubahan bentuk atau ukuran karena pengaruh panas (pemuaian/penyusutan). Pengaruh panas panas dapat juga merubah struktur bila kombinasi pemanasan dan pendinginan dilakukan pada kecepatan waktu tertentu. Hal ini banyak mempengaruhi atau dapat merubah sifat mekanis dari bahan tersebut. Proses ini dikenal dengan nama perlakuan panas atau “heat-treatment”.

e.  Sifat Listrik

Sifat listrik dari bahan adalah penting, karena sifat dari bahan inilah sekarang banyak digunakan untuk Televisi, Radio, dan Telepon. Sifat – sifat listrik dari bahan yang terpenting adalah : ketahanan dari suatu bahan terhadap aliran listrik dan daya hantarnya, dan tidak semua bahan mempunyai daya hantar listrik yang sama. Bahan bukan logam, seperti misalnya keramik, plastik adalah penghantar listrik yang tidak baik, oleh karena itu bahan ini dipergunakan sebagai “Isolator”.

Semua bahan logam dapat mengalirkan arus listrik, akan tetapi logam yang paling baik untuk penghantar listrik adalah aluminium dan tembaga. Oleh karena itulah dalam teknik listrik bahan tersebut banyak dipergunakan sebagai Konduktor, Kabel, Panel Penghubung dan alat-alat listrik lainnya.

 

f.   Sifat Mekanik

Sifat mekanik suatu bahan adalah kemampuan bahan untuk menahan beban-beban yang dikenakan kepadanya. Dimana beban-beban tersebut dapat berupa beban tarik, tekan, bengkok, geser, puntir, atau beban kombinasi.

 

1.3.4.2 Sifat-Sifat Mekanik Logam

Sifat–sifat mekanik logam seperti yang telah diuraikan pada sifat umum logam, dimana bahan logam harus mampu dikenakan beban kepadanya. Hal ini dilakukan untuk pengerjaan atau perlakukan lebih lanjut. Adapun sifat-sifat mekanik yang terpenting antara lain :

1.   Kekuatan (strenght) menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan tersebut menjadi patah Kekuatan ini ada beberapa macam, dan ini tergantung pada beban yang bekerja antara lain dapat dilihat dari kekuatan tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan, kekuatan puntir, dan kekuatan bengkok.

2.   Kekerasan (hardness) dapat didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk tahan terhadap goresan, pengikisan (abrasi), penetrasi. Sifat ini berjkaitan erat dengan sifat keausan (wear resistance). Dimana kekerasan ini juga mempunyai korelasi dengan kekuatan.

3.   Kekenyalan (elasticity) menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mngakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan. Bila suatu bahan mengalami tegangan maka akan terjadi perubahan bentuk. Bila tegangan yang bekerja besarnya tidak melewati suatu batas tertentu maka perubahan bentuk yang terjadi bersifat sementara, perubahan bentuk ini akan hilang bersama dengan hilangnya tekanan, maka sebagian bentuk itu tetap ada walaupun tegangan telah dihilangkan.

Kekenyalan juga menyatakan seberapa banyak perubahan bentuk elastis yang dapat terjadi sebelum perubahan bentuk yang permanen mulai terjadi, dengan kata lain kekenyalan manyatakan kemampuan bahan untuk kembali ke bentuk dan ukuran semula setelah menerima beban yang menimbulkan deformasi.

4.   Kekakuan (stiffness) menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan atau beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk (deformasi) atau defleksi. Dimana dalam beberapa hal kekakuan ini lebih penting dari pada kekuatan.

5.   Plastisitas (plasticity) menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah deformasi plastis yang permanen tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Sifat ini sangat diperlukan bagi bahan yang akan diproses dengan berbagai proses pembentukan seperti, forging, rolling, extruding dan sebagainya. Sifat ini sering juga disebut sebagai keuletan atau kekenyalan (ductility). Bahan yang mampu mengalami deformasi plastis yang cukup tinggi dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan atau kekenyalan tinggi, dimana bahan tersebut dikatakan ulet atau kenyal (ductile). Sedanga bahan yang tidak menunjukkan terjadinya deformasi plastis dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan yang rendah atau dikatakan getas atau rapuh (brittle).

6.   Ketangguhan (toughness) menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Juga dapat dikatakan sebagai ukuran banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan suatu benda kerja, pada suatu kondisi tertentu. Sifat ini dipengaruhi oleh banyak faktor, sehingga sifat ini sulit untuk diukur.

7.   Kelelahan (fatique) merupakan kecenderungan dari logam untuk patah bila menerima tegangan berulang-ulang (cyclis stress) yang besarnya masih jauh dibawah batas kekuatan elastisitasnya. Sebagian besar darikerusakan yang terjadi pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan. Karenya kelelahan merupakan sifat yang sangat penting tetapi sifat ini juga sulit diukur karena sangat banyak faktor yang mempengaruhinya.

8.   Keretakan (crack) merupakan kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi plastik yang besarnya merupakan fungsi waktu, dimana pada saat bahan tersebut menerima beban yang besarnya relatif tetap.

Berbagai sifat mekanik diatas juga dapat dibedakan menurut cara pembebanannya, yaitu sifat mekanik statik, sifat terhadap beban statik, yang besarnya tetap atau berubah dengan lambat, dan sifat mekanik dinamik, sifat mekanik terhadap beban, yang berubah-rubah atau mengejut. Ini perlu dibedakan karena tingkah laku bahan mungkin berbeda terhadap cara pembebanan yang berbeda.