Mengenal Baja Sebagai Bahan Konstruksi

Baja merupakan paduan yang terdiri dari unsur besi (Fe) dan karbon (C) dengan sedikit unsur Si, P, Mn, S dan Cu. Unsur-unsur paduan diberikan dengan maksud memperbaiki atau memberi sifat yang sesuai dengan sifat yang diinginkan.

Gambar dibawah menjelaskan pengaruh kandungan karbon terhadap kekuatan dan keuletan baja. Baja karbon rendah memiliki kekuatan sedang dengan keuletan yang sangat baik dan digunakan dalam kondisi anil atau normalisasi untuk keperluan konstruksi jembatan, bangunan dan kendaraan.

Kandungan karbon disekitar 0,2% keuletannya sudah tidak memadai untuk keperluan lenyuk dalam (deep drawing) dan perpatahan rapuh yang terjadi pada potongan tebal setelah pengelasan akan mengurangi daya guna baja karbon tersebut

Logam yang berwujud padat memiliki keteraturan dan kemantapan yang lebih baik bila dibandingkan dengan logam yang berwujud cair. Logam padat tersusun oleh atom-atom yang membentuknya dengan terikat erat dalam molekul-molekul.

Molekul-molekul tersebut terpaku di tempatnya oleh gaya-gaya pengikat lain yang menjadikan jarak-jarak antar atom tetap pendek namun hal ini justru sebaliknya untuk logam yang bentuknya cair, meskipun tetap tersusun rapat namun molekul molekul tidak terhalang untuk dapat bergerak bebas dalam kumpulan besarnya.

Gambar diatas menyajikan kurva pendinginan sebuah logam murni. Mula-mula pada titik A logam leleh yang berupa atom-atom logam yang terhimpun dalam susunan longgar. Pada temperatur yang digambarkan dengan titik-titik beku B, atom-atom logam mulai mengatur diri ke dalam susunan yang sangat tertata.

Susunan yang terbentuk pada suatu temperatur tertentu untuk logam yang tertentu pula selalu bentuknya sama meskipun untuk logam-logam yang berbeda pola susunan atom itu ternyata beragam. Proses pembekuan logam berlangsung disertai dengan pelepasan energi yang disebut dengan panas laten peleburan (latent heat of fusion).

Pelepasan energi ini menyebabkan logam-logam murni tetap pada temperatur yang sama selama proses pembekuan berlangsung (dari B hingga C) sebagai akibat adanya kecenderungan alami sistem untuk mendingin hingga temperatur lingkungan sekitarnya.

Jumlah kristal yang bernukleasi bergantung pada laju pendinginan. Pendinginan secara cepat menyebabkan nukleasi dalam cairan terjadi di banyak tempat, sebaliknya jika pendinginan berlangsung lambat akan membuat pembentukan kristal hanya sedikit namun kristal itu akan terus menerus tumbuh secara perlahan.

Laju pendinginan logam selama proses pembekuan atau pencetakan sangat penting karena akan menentukan sifat-sifat mekanik logam dan berpengaruh juga pada sifat-sifat korosinya.

Gambar diatas menjelaskan tentang proses pembekuan logam murni. Begitu sebuah kristal terbentuk (Gambar (a)), meskipun mungkin baru sekumpulan kecil atom, untuk membentuk kristal baru akan lebih alami hasilnya bila pembentukan selanjutnya terjadi pada susunan yang sudah mantap.

Pertumbuhan kristal paling cepat terjadi pada sudut-sudutnya sehingga dari situlah percabangan bermula. Kristal yang telah bercabang disebut dendrit dimana orientasi tiap dendrit berlainan. Pada akhirnya dendrit-dendrit ini akan tumbuh sedemikian besar sehingga atom-atom terluar masing-masing saling bersentuhan dan gerakannya menjadi terbatas (Gambar(c)), akibatnya dendrit-dendrit ini akan terpaku dalam orientasi acak hingga bahan yang masih cair yang tersisa diantara percabangan lengan-lengan dendrit kemudian membeku juga (Gambar(d)).

Kristal-kristal ini bila telah terbentuk secara lengkap dalam keadaaan padat kemudian disebut butir (grain), di daerah antara dua buah butir, tempat pola kristal berubah orientasi, atom-atom tidak serasi dengan kisi-kisi pada butir yang manapun. Daerah-daerah ini disebut batas butir.

Cacat dalam Struktur Logam

Proses pembekuan logam akan membentuk struktur kisi kristal yang sebenarnya terdapat ketidaksempurnaan dalam susunannya yang disebut dengan cacat (defect) yang akan berpengaruh pada sifat-sifat korosi logam.

Ketidaksempurnan dalam susunan ini dapat diakibatkan oleh perbedaan orientasi batas butir yang merupakan daerah pertemuan antara kisi-kisi yang bersebelahan, pengaruh perlakuan mekanik yang diberikan selama proses pengerjaan dan fabrikasi.

Cacat yang terjadi pada logam secara umum dapat dikelompokkan menjadi tiga buah yaitu:

Cacat titik (cacat atom tunggal)
Cacat titik merupakan cacat pada suatu kisi sempurna, dengan sengaja dimanfaatkan untuk menyempurnakan sifat-sifat mekanik logam. Cacat ini mempunyai peran dalam beberapa mekanisme korosi seperti perapuhan hidrogen, selective attack, korosi oksidasi dan korosi panas.

Cacat garis
Cacat garis merupakan cacat yang terjadi di dalam struktur butir ketika bidang-bidang atom, bukan atom individu tidak menempati kedudukan sempurna pada kisi. Cacat garis contohnya dislokasi, dimana jenis dislokasi yaitu:

1. Dislokasi tepi (edge dislocation) yaitu adanya sebuah bidang atom tidak sempurna diantara dua bidang lainnya.
2. Dislokasi ulir (screw dislocation) yaitu adanya bidang yang menyerong sedikit sehingga tidak searah lagi dengan bidang-bidang terdekatnya.

Cacat volume

Cacat volume merupakan cacat yang mempengaruhi logam dalam skala makroskopiknya. Cacat volume memiliki peran yang sangat penting dalam mekanisme korosi. Cacat ini umumnya diakibatkan oleh proses-proses selama manufacturing, yaitu:

1. Renik (voids), cacat ini berupa rongga-rongga kecil dalam bahan yang mungkin disebabkan oleh sejumlah mekanisme seperti terjebaknya udara dan pelepasan gas selama proses penuangan logam ke dalam cetakan.
2. Retak (crack), retak biasanya berawal sejak pencetakan, umumnya diakibatkan oleh tidak meratanya laju pendinginan dan timbulnya tegangantegangan di dalam cetakan. Retak ini dapat memungkinkan peresapan agenagen penyebab korosi.
3. Inklusi, merupakan terjebaknya partikel-partikel asing dalam padatan yang tentunya bukan bagian dari struktur kisi kristal logam itu sendiri.