'

Sains Besi dan Baja

Diposkan oleh Islam Wiki

Pengantar


لَقَدْ أَرْسَلْنَا رُسُلَنَا بِٱلْبَيِّنٰتِ وَأَنزَلْنَا مَعَهُمُ ٱلْكِتٰبَ وَٱلْمِيزَانَ لِيَقُومَ ٱلنَّاسُ بِٱلْقِسْطِ ۖ وَأَنزَلْنَا ٱلْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنٰفِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ ٱللَّـهُ مَن يَنصُرُهُۥ وَرُسُلَهُۥ بِٱلْغَيْبِ

"Sesungguhnya Kami telah mengutus rasul-rasul Kami dengan membawa bukti-bukti yang nyata dan telah Kami turunkan bersama mereka Al Kitab dan neraca (keadilan) supaya manusia dapat melaksanakan keadilan. Dan Kami ciptakan besi yang padanya terdapat kekuatan yang hebat dan berbagai manfaat bagi manusia, (supaya mereka mempergunakan besi itu) dan supaya Allah mengetahui siapa yang menolong (agama)Nya dan rasul-rasul-Nya padahal Allah tidak dilihatnya. Sesungguhnya Allah Maha Kuat lagi Maha Perkasa"(AlHadid(57): 25).

Kata "anzalnaa" yang berarti "kami turunkan" khusus digunakan untuk besi dalam ayat ini, dapat diartikan secara kiasan untuk menjelaskan bahwa besi diciptakan untuk memberi manfaat bagi manusia. Tapi ketika kita mempertimbangkan makna harfiah kata ini, yakni "secara bendawi diturunkan dari langit", kita akan menyadari bahwa ayat ini memiliki keajaiban ilmiah yang sangat penting.

Ini dikarenakan penemuan astronomi modern telah mengungkap bahwa logam besi yang ditemukan di bumi kita berasal dari bintang-bintang raksasa di angkasa luar.

Jika anda harus menamai teknologi yang memiliki efek paling besar pada masyarakat modern, pemurnian unsur besi logam berat harus berada di puncak. Besi membuat sebuah array yang besar dari produk-produk modern. terutama besi yang kaya karbon, atau besi komersial, yang kita sebut baja. Mobil, traktor, jembatan, kereta api (dan rel mereka), peralatan, gedung pencakar langit, senjata dan kapal semua tergantung pada besi dan baja untuk membuat mereka kuat. Besi sangat penting bahwa masyarakat primitif diukur oleh titik di mana mereka belajar bagaimana untuk memperbaikinya.

batu meteor
Apakah Anda pernah bertanya-tanya bagaimana orang memperbaiki besi dan baja? Anda mungkin pernah mendengar tentang bijih besi, tapi bagaimana kita mengubah lempengan batu ke satu set instrumen bedah stainless steel atau lokomotif? Pada artikel ini, Anda akan mempelajari semua tentang besi dan baja.

Besi adalah unsur kimia. Fisiknya, kuat keras, logam berat berwarna abu-abu. Besi ditemukan dalam meteorit. Besi juga ditemukan terkombinasi dalam banyak senyawa mineral di kerak bumi. Besi dapat berkarat dengan mudah dan dapat menjadi magnet dan sangat tertarik pada magnet. Hal ini digunakan untuk membuat banyak hal seperti gerbang dan pagar. Besi juga digunakan untuk membuat baja, senyawa logam yang lebih keras dan lebih tangguh. Baja dibentuk dengan memperlakukan besi cair (mencair) dengan panas yang intens dan mencampurnya (paduan) dengan karbon. Baja digunakan untuk membuat mesin, mobil, peralatan, pisau, dan banyak hal lainnya.

Tanggal yang tepat di mana orang pertama menemukan cara untuk bijih besi dan memproduksi logam berbau digunakan tidak diketahui. Para arkeolog telah menemukan alat-alat besi awal yang digunakan di Mesir dari sekitar 3000 SM. Besi objek ornamen digunakan lebih awal. Sekitar 1000 SM, bangsa Yunani kuno yang diketahui telah menggunakan teknik perlakuan panas untuk persenjataan besi keras mereka. Sejarah ini, paduan besi semua diproduksi sampai sekitar abad keempat belas masehi, bentuk-bentuk dari besi tempa.

Besi tempa dibuat dengan memanaskan pertama massa bijih besi dan arang di tungku memalsukan atau menggunakan forced draft udara. Hal ini dihasilkan panas yang cukup untuk mengurangi bijih besi untuk massa, panas bersinar, logam besi spons diisi dengan bahan terak. Terak yang terkandung kotoran logam dan abu arang. Besi spons ini kemudian dikeluarkan dari tungku dan sementara masih bersinar panas, besi ditumbuk dengan kereta luncur yang berat untuk memisahkan kotoran terak dan las dan membentuk massa murni dari besi. Besi yang diproduksi dengan cara ini hampir selalu mengandung partikel terak dan kotoran lainnya, tapi kadang-kadang ini teknik pembuatan besi batch kecil menghasilkan produk baja yang sejati bukan besi tempa. Para pembuat besi dini juga belajar untuk membuat baja dengan memanaskan besi tempa dan arang di kotak tanah liat selama beberapa hari, sampai besi menyerap karbon yang cukup untuk menjadi baja keras sejati.

Pada akhir abad keempat belas, tungku besi yang digunakan dalam peleburan itu menjadi lebih besar dengan draf meningkat dari bellow besar yang sedang digunakan untuk memaksa udara melalui "muatan" (campuran bahan baku). Tungku ini lebih besar dulu membebaskan besi cair di tingkat atasnya. Besi metalik ini kemudian digabungkan dengan jumlah yang lebih tinggi karbon karena ledakan pembakaran dipanaskan dan dihasilkan oleh udara paksa atas melalui tungku. Produk ini adalah babi tungku besi, sebuah paduan yang meleleh pada suhu yang lebih rendah dari baja atau bahkan besi tempa. Babi besi kemudian diproses lebih lanjut untuk membuat baja.

Saat ini, pabrik baja raksasa penting untuk memproduksi baja dari bijih besi. Pembuatan baja masih menggunakan tungku ledakan yang hanyalah perbaikan dari tungku yang digunakan oleh tukang besi lama. Perbaikan dalam penyempurnaan besi cair dengan ledakan udara yang dilakukan oleh konverter Bessemer 1855. Sejak tahun 1960, tungku busur listrik juga telah memproduksi baja dari besi tua.


Manfaat Besi

Ketika Anda membandingkan besi dan baja dengan sesuatu seperti aluminium, Anda dapat melihat mengapa hal itu begitu penting dalam sejarahnya. Untuk memperbaiki aluminium, Anda memerlukan akses ke sejumlah listrik yang sangat besar. Selanjutnya, untuk membentuk aluminium, harus dengan cara yang rumit. Besi, bagaimanapun, adalah jauh lebih mudah untuk dimanipulasi. Unsur ini telah berguna untuk orang-orang selama ribuan tahun, sedangkan aluminium benar-benar tidak ada dalam cara yang berarti sampai abad ke-20.

Untungnya, besi dapat dibuat dengan relatif mudah dengan alat yang tersedia untuk masyarakat primitif. Ada kemungkinan akan datang hari dimana manusia menjadi begitu berteknologi maju bahwa besi benar-benar digantikan oleh aluminium, plastik dan hal-hal seperti karbon dan serat kaca. Tapi sekarang, persamaan ekonomi memberikan besi dan baja murah merupakan keuntungan besar dibandingkan alternatif ini yang jauh lebih mahal.

peleburan besi
Satu-satunya masalah nyata dengan besi dan baja adalah karat. Untungnya, Anda dapat mengontrol karat dengan lukisan, galvanisasi, krom plating atau lapisan besi dengan anoda korban, yang megalami korosi lebih cepat dari logam kuat. Logam yang lebih aktif untuk hampir sepenuhnya telah menimbulkan korosi, sebelum besi yang kurang aktif atau baja memulai proses.



CARA MEMBUAT

Mayoritas dari besi Bumi, bagaimanapun, ada dalam bijih besi. Ditambang langsung dari tanah, bijih mentah adalah campuran bijih proper dan looose bumi yang disebut gangue. Bijih proper biasanya dapat dipisahkan dengan menghancurkan bijih mentah dan hanya membasuhnya dari tanah ringan. Meruntuhkan bijih proper lebih sulit, namun, karena merupakan senyawa kimia karbonat, hidrat, oksida, silikat, sulfida dan berbagai kotoran .

Untuk sampai ke potongan-potongan besi dalam bijih, Anda harus berbau itu. Peleburan bijih melibatkan memanas sampai menjadi spons logam dan senyawa kimia dalam bijih mulai memecah. Paling penting, ia melepaskan oksigen dari bijih besi, yang membuat sebuah persentase yang tinggi dari bijih besi umum.

Fasilitas yang paling primitif digunakan untuk melelehkan besi adalah suatu bloomery. Seorang pandai besi membakar arang dengan bijih besi dan suplai oksigen yang baik (disediakan oleh bellow atau blower). Arang adalah karbon pada dasarnya murni. Karbon bergabung dengan oksigen untuk menciptakan karbon dioksida dan karbon monoksida (melepaskan banyak panas dalam proses). Karbon dan karbon monoksida bergabung dengan oksigen dalam bijih besi dan membawanya pergi, meninggalkan logam besi.
Dalam bloomery, api tidak mendapatkan cukup panas untuk melelehkan besi sepenuhnya. Sebaliknya, besi memanas menjadi massa seperti spons yang mengandung zat besi dan silikat dari bijih. Pemanas dan memalu massa (disebut mekar) pasukan kotoran keluar dan campuran silikat gelas ke logam besi untuk membuat besi tempa. Besi tempa ini tahan dan mudah untuk bekerja, sehingga sangat sempurna untuk menciptakan alat.

Para pembuat Alat dan senjata belajar melelhkan tembaga jauh sebelum besi menjadi logam yang dominan. Bukti arkeologi menunjukkan bahwa pandai besi di Timur Tengah melebur besi pada awal 2500 SM, meskipun akan lebih dari seribu tahun sebelum besi menjadi logam dominan di wilayah itu.

Untuk membuat kualitas besi yang lebih tinggi, pandai besi akan membutuhkan tungku yang lebih baik. Teknologi ini secara bertahap dikembangkan selama berabad-abad. Pada pertengahan 1300-an, tungku tinggi dan bellow dioperasikan secara manual memungkinkan tungku Eropa untuk membakar cukup panas untuk tidak hanya melunakkan besi, tetapi sebenarnya mencairkannya.

Cara yang lebih canggih untuk melelehkan besi yaitu berada dalam blast furnace. Sebuah tanur tiup dihubungkan dengan bijih besi, arang atau kokas (coke adalah arang terbuat dari batubara) dan kapur (CaCO3). Sejumlah besar ledakan udara di bagian bawah tungku, dan kalsium dalam batu kapur dikombinasikan dengan silikat untuk membentuk terak. Besi cair terkumpul di bawah tanur tinggi, di bawah lapisan terak. Pandai besi secara berkala membiarkan besi cair mengalir keluar dan dingin.

Pada titik ini, biasanya besi cair mengalir melalui saluran dan masuk ke "tempat tidur pasir". Setelah dingin, logam ini dikenal sebagai pig iron. Untuk membuat satu ton pig iron, Anda mulai dengan 2 ton (1,8 metrik ton) dari bijih, 1 ton kokas (0,9 metrik ton) dan setengah ton (0,45 metrik ton) batu kapur. Api mengkonsumsi 5 ton (4,5 metrik ton) dari udara. Suhu pada inti dari tanur tinggi mencapai hampir 3.000 derajat F (sekitar 1.600 derajat C).

Pig iron berisi 4 sampai 5 persen karbon dan sangat keras dan rapuh sehingga hampir tidak berguna. Jika Anda ingin melakukan sesuatu dengan itu, Anda memiliki tiga pilihan. Pertama, Anda dapat mencairkan itu, mencampurnya dengan terak dan menempanya untuk menghilangkan sebagian besar karbon (turun ke 0,3 persen) dan membuat kuat, besi tempa ditempa. Pilihan kedua adalah untuk melelehkan pig iron dan mengkombinasikannya dengan besi tua, melelehkan kotoran dan menambahkan paduan untuk membentuk besi cor. Logam ini berisi 2 sampai 4 persen karbon, bersama dengan jumlah silikon, mangan dan jejak kotoran. Besi cor, seperti namanya, biasanya dilemparkan ke dalam cetakan untuk dibentuk menjadi berbagai macam suku cadang dan produk.

Cara lain untuk membuat baja dari pig iron adalah proses Bessemer, yang melibatkan oksidasi kotoran dalam pig iron dengan meniup udara melalui besi cair dalam konverter Bessemer. Panas oksidasi meningkatkan suhu dan menjaga besi tetap cair. Saat udara melewati pig iron cair, kotoran bersatu dengan oksigen untuk membentuk oksida. Karbon monoksida dibakar habis dan kotoran lainnya membentuk terak.

Namun, pabrik baja paling modern menggunakan apa yang disebut tungku oksigen dasar untuk membuat baja. Keuntungannya adalah kecepatan, sebagai proses yang kira-kira 10 kali lebih cepat daripada tungku perapian terbuka. Dalam tungku, oksigen dengan kemurnian tinggi ditiup melalui pig iron cair, menurunkan level/tingakt karbon, silikon, mangan dan tingkat fosfor. Penambahan bahan pembersih kimia yang disebut fluks membantu untuk mengurangi tingkat sulfur dan fosfor.

Berbagai macam logam mungkin dipadukan dengan baja pada titik ini untuk membuat sifat yang berbeda. Sebagai contoh, penambahan 10 hingga 30 persen kromium menciptakan stainless steel, yang sangat tahan terhadap karat. Penambahan krom dan molibdenum krom-moly menciptakan baja, yang kuat dan ringan.