Staff Site Universitas Negeri Yogyakarta
BAJA (STEEL)
Oleh:
Susila Krist ianingrum
Baja
UNSUR UTAM A: Fe dan C
UNSUR RUNUT/ TRACE ELEM ENT:
Titanium (Ti)
Zirkonium (Zr)
Vanadium (V)
Kromium (Cr)
BESI & BAJA
• Besi dan baja merupakan logam yang
palingbanyak digunakan manusia unt uk
berbagaikeperluan.
• Hal ini disebabkan karena antara lain :
jumlahnya cukup banyak dan mudah didapat ,
mempunyai sifat mekanik (mis. kekuatan,
keuletan, dan lain-lain) yang memadai,
mudah dikerjakan,
harganya relat if murah,
dan lain-lain.
Perbedaan besi dan baja :
• baja: C < 2 %
• besi: 2 < % C < 6,67
M ikrostruktur :
• baja: ferit , perlit , sement it , bainit , mart ensit ;
• besi: - mat riks : ferit , perlit , sement it , bainit ,mart ensit ;filler : grafit at au karbida besi (Fe3C).
Sifat-sifat :
• Keulet an: baja > besi,
• Kekuat an: baja > besi,
• Daya redam t erhadap get aran : baja < besi.
komposisi kimia
• baja karbon rendah(low carbon st eel ) :C~0,25
%,
• baja karbon menengah (medium carbon st eel)
:C = 0,25 % - 0,55 %,
• baja karbon t inggi (high carbon st eel) :C >
0,55 %,
• baja paduan rendah (low alloy st eel) :
unsur paduan < 10 %,
• baja paduan t inggi (high alloy st eel ) :
unsur paduan > 10 %.
baja paduan (alloy steel)
Baja paduan diklasifikasikan menurut kadar
karbonnya dibagi menjadi:
a. Low alloy st eel , jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
b. M edium alloy st eel , jika elemen paduannya 2,5
– 10 %
c. High alloy st eel , jika elemen paduannya > 10 %
Tujuan penambahan unsur pada
baja paduan
• Unt uk menaikkan sifat mekanik baja
(kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan
sebagainya)
• Unt uk menaikkan sifat mekanik pada
t emperat ur rendah
• Unt uk meningkat kan daya tahan t erhadap
reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)
M enurut mikrost rukt ur
•
•
•
•
•
baja hipoeut ekt oid : ferit dan perlit ,
baja eut ekt oid : perlit ,
baja hipereut ekt oid : sement it dan perlit ,
baja bainit ,
baja mart ensit .
M enurut cara pembuatannya :
•
•
•
•
baja Bessemer,
baja Siemen – M art in,
baja list rik,
dan lain-lainnya.
M enurut penggunannya :
•
•
•
•
•
•
•
baja konst ruksi,
baja mesin,
baja pegas,
baja ket el,
baja perkakas, dll.
M enurut bent uknya :
• baja pelat ,• baja st rip,• baja sheet ,• baja
pipa,• baja batang profil, dll.
M enurut bent uknya :
•
•
•
•
•
•
baja pelat ,
baja st rip,
baja sheet ,
baja pipa,
baja batang profil,
dll.
Sifat dan penggunaan baja :
• besi + karbon + sedikit unsur lain disebut
bajakarbon (plain carbon st eel ),
• besi + unsur selain karbon disebut baja
paduan(alloy st eel ).
• Sifat baja banyak dit ent ukan oleh :
• •
Sifat baja banyak ditent ukan oleh :
• kadar karbon,
• unsur paduan (jenis dan jumlahnya),
• mikrost rukt ur.
Korosi
oksigen dilarutkan dalam
air menyebabkan oksidasi
E°red = -0.44 V
E°red = 1.23 V
karena E°red (Fe3+) < E°red (O2)
Karat Fe2O3
Fe dapat dioksidasi oleh oksigen
19.7
Perlindungan Katodik Tangki Besi
E°red = -2.37
V
E°red = 1.23 V
Mg lebih mudah teroksidasi dibandingkan Fe
19.7
Konfigurasi elekt ron dan sifat lain dari
logam t ransisi baris pertama
Titanium
• Penent uan secara kolorimet ri :
Kompleks Ti yang berwarna orange dalam media
asam sulfat & H2O2
Reaksi:
TiOSO4 + H2SO4 + H2O2
H2[TiO2(SO4)] + H2O
orange
Penent uan Ti secara spekt rofot omet ri :
• Int erferent : V(V), M o(IV), W(VI), Cr(VI), Fe(III)
• λmax=410 nm
Penent uan Ti secara elekt rolit ik dg elekt roda Hg
Tegangan 6-10 volt
M edia H2SO4
Fe, Co, Ni, Cr, M o, Cu, Zn, Rh, Ag, Cd, Sr, Bi
mengendap pada kat oda
Ti t etap t ert inggal dalam larutan
Analisis
Kualitatif Kation
17.8
Penent uan Ti secara spekt rofotomet ri
1 g sampel baja
HClO4+H3PO4
larut kan
encerkan
Pisahkan
Filtrat (V mL) + H2O2 30%
ukur Absorbansinya
pd λ 400 nm
M o & V memberikan interferensi
Penent uan Ti secara
spekt rofotomet ri
• M o & V memberikan interferensi
3 λ yaitu :
330 nm (M o)
400-410 nm (Ti)
460 nm (V)
pd
Zirkonium (Zr)
Di alam: bat uan, biji mineral (ore), tanah
Adanya Zr disertai Hf
Zr dipisahkan dari unsur logam utama sebagai
zirkon fosfat atau zirkon dihidrogen fosfat .
Kelarutannya dalam HCl & H2SO4 sangat kecil
Endapan diisolasi, disaring, dicuci , kemudian
dilarut kan kembali set elah dilebur dg NaOH
Penentuan Zirkonium (Zr)
Kompleks Zr + Hf dg alizarin sulfonat berwarna
pink
Amax pada λ 525 nm.
Kelarutan dalam HCl perlu 20-270 µg ZrO2
diencerkan 100 mL
Penambahan asam t ioglikolat unt uk mereduksi
Fe(III) sehingga larutan berwarna biru (1-2
menit warna biru hilang), kemudian ditambah 2
mL Na-alizarin sulfonat 0,05% sampai warna
stabil, diukur Anya pada λ 525 nm
Int erferensi: Hf , P, Si, M o, Sb, W.
Vanadium (V)
Di alam:
• bat uan (rocks),
• tanah, t umbuhan,
• alloy
M etode penentuan:
• hidrogen peroksida,
• fosfot ungstat ,
• asam bensohidroksamik (ut k V dalam
t umbuhan & tanah)
Penent uan V dg metode H2O2
Reaksinya:
(VO)2(SO4)3 + 2H2O2
(VO2)2(SO4)3 + 2H2O
Reddish brow n
Amax pada λ 460 nm
KelebihanH2O2
menghambat reaksi karena
terbent uk kompleks VO2(OH)3 yang berwarna kuning
Interferensi: Ti & M o
Warna kompleks Ti direduksi dg + ion klorida
Bila Ti & M o dalam sampel >> pengukuran A pd λ
unt uk V, Ti, dan M o (λ 450 nm)
+HF unt uk mereduksi interferen Ti
Penentuan Vanadium dalam Baja
0,5 g sampel baja
H2SO4 4N (1:9)
+Na2CO3 10%
excess
larut kan
encerkan
Endapan V dipisahkan, dicuci, dikeringkan, dilebur + NaOH (10xberat
endapan)
hasil leburan dilarutkan air dingin + NaOH dan
dididihkan, disaring
endapan dicuci dg NaOH 2% yg
mengandung Na2 SO4 1%
filtrat dan air cucian
dikumpulkan, diencerkan +H2 O2
diukur A pada λ 460 nm
Kromium (Cr)
• Di alam: mineral, bat uan, tanah
• 2 metode penentuan Cr:
1. Sebagai ion kromat
2. Sebagai kompleks krom difenilkarbasida
(lebih sensit if)
Ad 1 , unt uk mat erial biji besi, alloy, baja
pH>9 Amax pada λ 370 nm
Int erferensi: U, Ce, Cu(II), M n(VII), Fe(III).
Penent uan Cr sebagai ion kromat
• 1-5 g sampel yang mengandung Cr 500µg
dilarut kan dalam H2SO4 10%, dipanaskan
sempurna, diencerkan dg+NaHCO3 8% sampai
diperoleh endapan stabil, kemudian disaring.
• Endapan dicuci dg air panas lalu dilebur dg
NaOH.
• Hasil leburan dilarut kan kembali dalam air ,
disaring dan diukur A nya pada λ 370 nm.
Penent uan Cr sebagai kompleks
krom difenilkarbasida
• Pada λ 540 nm.
• Larutan sampel (Cr 0,02-0,5µg/ mL)
• Int erferensi: V, dapat direduksi dg diekst raksi
dg oksin (8-hidroksikuinolin).
LATIHAN
The iron, t in, and t itanium in a sample were
joint ly precipitat ed as hydroxides, w hich were
washed and ignit ed t o produce Fe2O3, SnO2,
and TiO2. This mixt ure of oxides, w hich
amount ed t o 0.3768 g, was dissolved aft er
fusion w it h potassium pyrosulfat e. Analysis
showed t hat 0.0322 g Ti was present . The iron
was det ermined separat ely as an oxide;
0.1837 g FeO was found. What was t he weight
(mass) of t in in t he sample? (Ar Ti=47.90;
Sn=118.69; Fe=56)
Oleh:
Susila Krist ianingrum
Baja
UNSUR UTAM A: Fe dan C
UNSUR RUNUT/ TRACE ELEM ENT:
Titanium (Ti)
Zirkonium (Zr)
Vanadium (V)
Kromium (Cr)
BESI & BAJA
• Besi dan baja merupakan logam yang
palingbanyak digunakan manusia unt uk
berbagaikeperluan.
• Hal ini disebabkan karena antara lain :
jumlahnya cukup banyak dan mudah didapat ,
mempunyai sifat mekanik (mis. kekuatan,
keuletan, dan lain-lain) yang memadai,
mudah dikerjakan,
harganya relat if murah,
dan lain-lain.
Perbedaan besi dan baja :
• baja: C < 2 %
• besi: 2 < % C < 6,67
M ikrostruktur :
• baja: ferit , perlit , sement it , bainit , mart ensit ;
• besi: - mat riks : ferit , perlit , sement it , bainit ,mart ensit ;filler : grafit at au karbida besi (Fe3C).
Sifat-sifat :
• Keulet an: baja > besi,
• Kekuat an: baja > besi,
• Daya redam t erhadap get aran : baja < besi.
komposisi kimia
• baja karbon rendah(low carbon st eel ) :C~0,25
%,
• baja karbon menengah (medium carbon st eel)
:C = 0,25 % - 0,55 %,
• baja karbon t inggi (high carbon st eel) :C >
0,55 %,
• baja paduan rendah (low alloy st eel) :
unsur paduan < 10 %,
• baja paduan t inggi (high alloy st eel ) :
unsur paduan > 10 %.
baja paduan (alloy steel)
Baja paduan diklasifikasikan menurut kadar
karbonnya dibagi menjadi:
a. Low alloy st eel , jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
b. M edium alloy st eel , jika elemen paduannya 2,5
– 10 %
c. High alloy st eel , jika elemen paduannya > 10 %
Tujuan penambahan unsur pada
baja paduan
• Unt uk menaikkan sifat mekanik baja
(kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan
sebagainya)
• Unt uk menaikkan sifat mekanik pada
t emperat ur rendah
• Unt uk meningkat kan daya tahan t erhadap
reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)
M enurut mikrost rukt ur
•
•
•
•
•
baja hipoeut ekt oid : ferit dan perlit ,
baja eut ekt oid : perlit ,
baja hipereut ekt oid : sement it dan perlit ,
baja bainit ,
baja mart ensit .
M enurut cara pembuatannya :
•
•
•
•
baja Bessemer,
baja Siemen – M art in,
baja list rik,
dan lain-lainnya.
M enurut penggunannya :
•
•
•
•
•
•
•
baja konst ruksi,
baja mesin,
baja pegas,
baja ket el,
baja perkakas, dll.
M enurut bent uknya :
• baja pelat ,• baja st rip,• baja sheet ,• baja
pipa,• baja batang profil, dll.
M enurut bent uknya :
•
•
•
•
•
•
baja pelat ,
baja st rip,
baja sheet ,
baja pipa,
baja batang profil,
dll.
Sifat dan penggunaan baja :
• besi + karbon + sedikit unsur lain disebut
bajakarbon (plain carbon st eel ),
• besi + unsur selain karbon disebut baja
paduan(alloy st eel ).
• Sifat baja banyak dit ent ukan oleh :
• •
Sifat baja banyak ditent ukan oleh :
• kadar karbon,
• unsur paduan (jenis dan jumlahnya),
• mikrost rukt ur.
Korosi
oksigen dilarutkan dalam
air menyebabkan oksidasi
E°red = -0.44 V
E°red = 1.23 V
karena E°red (Fe3+) < E°red (O2)
Karat Fe2O3
Fe dapat dioksidasi oleh oksigen
19.7
Perlindungan Katodik Tangki Besi
E°red = -2.37
V
E°red = 1.23 V
Mg lebih mudah teroksidasi dibandingkan Fe
19.7
Konfigurasi elekt ron dan sifat lain dari
logam t ransisi baris pertama
Titanium
• Penent uan secara kolorimet ri :
Kompleks Ti yang berwarna orange dalam media
asam sulfat & H2O2
Reaksi:
TiOSO4 + H2SO4 + H2O2
H2[TiO2(SO4)] + H2O
orange
Penent uan Ti secara spekt rofot omet ri :
• Int erferent : V(V), M o(IV), W(VI), Cr(VI), Fe(III)
• λmax=410 nm
Penent uan Ti secara elekt rolit ik dg elekt roda Hg
Tegangan 6-10 volt
M edia H2SO4
Fe, Co, Ni, Cr, M o, Cu, Zn, Rh, Ag, Cd, Sr, Bi
mengendap pada kat oda
Ti t etap t ert inggal dalam larutan
Analisis
Kualitatif Kation
17.8
Penent uan Ti secara spekt rofotomet ri
1 g sampel baja
HClO4+H3PO4
larut kan
encerkan
Pisahkan
Filtrat (V mL) + H2O2 30%
ukur Absorbansinya
pd λ 400 nm
M o & V memberikan interferensi
Penent uan Ti secara
spekt rofotomet ri
• M o & V memberikan interferensi
3 λ yaitu :
330 nm (M o)
400-410 nm (Ti)
460 nm (V)
pd
Zirkonium (Zr)
Di alam: bat uan, biji mineral (ore), tanah
Adanya Zr disertai Hf
Zr dipisahkan dari unsur logam utama sebagai
zirkon fosfat atau zirkon dihidrogen fosfat .
Kelarutannya dalam HCl & H2SO4 sangat kecil
Endapan diisolasi, disaring, dicuci , kemudian
dilarut kan kembali set elah dilebur dg NaOH
Penentuan Zirkonium (Zr)
Kompleks Zr + Hf dg alizarin sulfonat berwarna
pink
Amax pada λ 525 nm.
Kelarutan dalam HCl perlu 20-270 µg ZrO2
diencerkan 100 mL
Penambahan asam t ioglikolat unt uk mereduksi
Fe(III) sehingga larutan berwarna biru (1-2
menit warna biru hilang), kemudian ditambah 2
mL Na-alizarin sulfonat 0,05% sampai warna
stabil, diukur Anya pada λ 525 nm
Int erferensi: Hf , P, Si, M o, Sb, W.
Vanadium (V)
Di alam:
• bat uan (rocks),
• tanah, t umbuhan,
• alloy
M etode penentuan:
• hidrogen peroksida,
• fosfot ungstat ,
• asam bensohidroksamik (ut k V dalam
t umbuhan & tanah)
Penent uan V dg metode H2O2
Reaksinya:
(VO)2(SO4)3 + 2H2O2
(VO2)2(SO4)3 + 2H2O
Reddish brow n
Amax pada λ 460 nm
KelebihanH2O2
menghambat reaksi karena
terbent uk kompleks VO2(OH)3 yang berwarna kuning
Interferensi: Ti & M o
Warna kompleks Ti direduksi dg + ion klorida
Bila Ti & M o dalam sampel >> pengukuran A pd λ
unt uk V, Ti, dan M o (λ 450 nm)
+HF unt uk mereduksi interferen Ti
Penentuan Vanadium dalam Baja
0,5 g sampel baja
H2SO4 4N (1:9)
+Na2CO3 10%
excess
larut kan
encerkan
Endapan V dipisahkan, dicuci, dikeringkan, dilebur + NaOH (10xberat
endapan)
hasil leburan dilarutkan air dingin + NaOH dan
dididihkan, disaring
endapan dicuci dg NaOH 2% yg
mengandung Na2 SO4 1%
filtrat dan air cucian
dikumpulkan, diencerkan +H2 O2
diukur A pada λ 460 nm
Kromium (Cr)
• Di alam: mineral, bat uan, tanah
• 2 metode penentuan Cr:
1. Sebagai ion kromat
2. Sebagai kompleks krom difenilkarbasida
(lebih sensit if)
Ad 1 , unt uk mat erial biji besi, alloy, baja
pH>9 Amax pada λ 370 nm
Int erferensi: U, Ce, Cu(II), M n(VII), Fe(III).
Penent uan Cr sebagai ion kromat
• 1-5 g sampel yang mengandung Cr 500µg
dilarut kan dalam H2SO4 10%, dipanaskan
sempurna, diencerkan dg+NaHCO3 8% sampai
diperoleh endapan stabil, kemudian disaring.
• Endapan dicuci dg air panas lalu dilebur dg
NaOH.
• Hasil leburan dilarut kan kembali dalam air ,
disaring dan diukur A nya pada λ 370 nm.
Penent uan Cr sebagai kompleks
krom difenilkarbasida
• Pada λ 540 nm.
• Larutan sampel (Cr 0,02-0,5µg/ mL)
• Int erferensi: V, dapat direduksi dg diekst raksi
dg oksin (8-hidroksikuinolin).
LATIHAN
The iron, t in, and t itanium in a sample were
joint ly precipitat ed as hydroxides, w hich were
washed and ignit ed t o produce Fe2O3, SnO2,
and TiO2. This mixt ure of oxides, w hich
amount ed t o 0.3768 g, was dissolved aft er
fusion w it h potassium pyrosulfat e. Analysis
showed t hat 0.0322 g Ti was present . The iron
was det ermined separat ely as an oxide;
0.1837 g FeO was found. What was t he weight
(mass) of t in in t he sample? (Ar Ti=47.90;
Sn=118.69; Fe=56)