Logam adalah bahan atau material teknik yang sangat banyak digunakan dalam berbagai bidang. Dalam dunia keteknikan, logam merupakan material yang paling mendominasi dari bahan-bahan teknik lainnya yang paling sering digunakan sebagai bahan yang paling utama dalam pembuatan mesin. Sementara di dunia pendidikan, kita harus mengerti unsur-unsur yang terkandung didalam logam tersebut. Logam adalah elemen kerak bumi (mineral) yang terbentuk secara alami, dimana jumlah logam diperkirakan 4% dari kerak bumi. Logam dalam bidang keteknisian adalah besi, yang biasanya dipakai untuk konstruksi bangunan-bangunan, pipa-pipa, alat-alat pabrik dan sebagainya. Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat tertentu, yaitu :
- Dapat ditempa dan diubah bentuknya.
- Penghantar panas dan penghantar listrik.
- Keras (tahan terhadap goresan, potongan atau keausan), kenyal (tahan patah bila dibentang), kuat (tahan terhadap benturan, pukulan martil), dan juga liat (dapat ditarik).
Tabel jenis dan klasifikasi logam
| No | Klarifikasi | Jenis | Bentuk | Contoh pemakaian dalam bangunan |
| 1 | Logam mulia | Emas, perak, dsb | Batangan | Aksesoris, interior |
| 2 | Logam setengah mulia | Air raksa | Cair | Patri |
| 3 | Logam biasa berat >30kg/dm³ | Nikel, kobalt | Butiran, batangan | Campuran baja, kontruksi luar beton |
| 4 | Logam biasa ringan <30kg/dm³ | Besi tuang plumbun (timah hitam) | Plat, blok | kunci, gembok, wajan |
| 5 | Logam campuran | Baja, kuningan | Plat, batangan, tempa, gelombang plat, blok | Tulang beton , kunci , kuda-kuda bangunan, kran |
Yang dimaksud besi dalam bidang keteknisian adalah besi teknis, bukan besi murni. Karena besi murni (Fe) tidak memenuhi persyaratan teknik. Persyaratan teknik adalah kekuatan bahan, keuletan, dan ketertahanan terhadap pengaruh luar (korosi, aus, bahan kimia, suhu tinggi, dan sebagainya). Besi teknis selalu tercampur dengan unsur-unsur lain misalnya karbon (C), silicon (Si), mangan (Mn), fosfor (P), dan belerang (S). unsur-unsur tersebut harus dalam kadar tertentu, sesuai dengan sifat2 yang dikehendaki, secara garis besar besi teknik dibagi menjadi :
1. Besi kasar : kadar karbon lebih besar dari 3,5% dan tidak dapat ditempa.
2. Besi : kadar karbon lebih besar dari 2,5% dan tidak dapat ditempa.
3. Baja : kadar karbon kurang dari 1,7% dan dapat ditempa.
Tabel sifat-sifat baja dapat dipengaruhi oleh campuran logam yang lain.
| Campuran Logam | Pengaruh terhadap sifat-sifat baja | |
| Kelebihannya | Kekurangannya | |
| Karbon (C) | Kekokohan, kekerasan, sifat pengerasan | Membuat menjadi getas dan menurunkan keuletan |
| Silisium (Si) | Menambah elastisitas, kekokohan, kekerasan dan daya tahan karat | Mengurangi kestabilan |
| Fosfor (P) | Dalam jumlah yang ditentukan dapat menambah ketahanan, kekuatan dan tahan korosi | Jika kandungan berlebih akan membuat rapuh |
| Sulfur (S) | Dalam jumlah yang ditentukan dapat menambah ketahanan, kekuatan dan tahan korosi | Jika kandungan berlebih akan menyebabkan kerapuhan pada struktur baja |
| Mangan (Mn) | Meningkatkan kekuatan, ketangguhan dan kemampuan | Mengurangi sifat keplastisitasan |
| Nikel (Ni) | Meningkatkan kekuatan kekerasan, ketangguhan, keuletan pada baja | Mengurangi koefisien ekspansi panas |
| Khrom (Cr) | Meningkatkan ketahanan korosi, kekerasan, kekuatan, ketahanan abrasi dan tahan aus | Meningkatkan kerapuhan |
| Vanadium (V) | Meningkatkan kekuatan, ketangguhan dan plastisitas baja | Menurunkan kepekaan terhadap sengatan panas yang melewati batas |
| Molibdenium (Mo) | Ketahanan terhadap korosi, kekuatan dan ketahanan pada temperatur tinggi | Resistensi listrik rendah, koefisien ekspansi termal rendah |
| Kobalt (Co) | Kekerasan, tahan aus, tahan panas | Mudah larut dalam asam mineralyang sifatnya encer |
| Wolfram (W) | Meningkatkan Kekerasan, kekokohan, daya tahan korosi dan tahan aus | Sangat sensitif terhadap unsur mikro |
Tabel perubahan struktur logam.
| Sistem pengubahan | Cara | Hasil |
| Pemanasan | Logam dipanaskan, kemudian dibiarkan dingin dengan sendirinya | Struktur logam berbentuk baru dan logam jadi lebih lemah |
| Pendingin kejut | Logam dipanaskan, kemudian didinginkan cepat dalam air atau oli | Menambah kekokohan |
| Pengerasan | Logam dipanaskan, kemudian didinginkan sedemikian rupa sehingga pengerasan merata | Menambah kekerasan dan ketajaman |
| Tempering | Logam yang telah diperkeras dipanaskan pada suhu 180°-300 °C | Menambah elastisitas |
| Tempering kejut | Logam yang telah diperkeras dipanaskan pada suhu 450 °-700 °C | Mempertinggi batas regang |
| Pelapisan nitrogen | Pengerasan dilakukan dalam oven dengan semprotan nitrogen | Memperkeras permukaan logam dan daya tahan karat |
| Pelapisan karbon | Pengerasan dilakukan dalam oven dengan pelapisan karbon sehingga mempengaruhi permukaan logam | Memperkeras tepi dan inti logam tetap lunak |
Logam ferro adalah sebuah logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon dengan besi. Untuk menghasilkan suatu logam paduan yang mempunyai sifat berbeda dengan besi dan karbon, maka di campur dengan berbagai macam logam lainnya. Logam ferro terdiri dari komposisi kimia yang sederhana antara besi dan karbon. Logam besi (ferro) di antaranya:
1. Besi tuang
2. Besi tempa
3. Baja lunak
4. Baja karbon sedang
5. Baja karbon tinggi
5. Baja karbon tinggi
Ikhtisar logam ferro
| Sistem pengubahan | Cara | Hasil |
| Pemanasan | Logam dipanaskan, kemudian dibiarkan dingin dengan sendirinya | Struktur logam berbentuk baru dan logam jadi lebih lemah |
| Pendingin kejut | Logam dipanaskan, kemudian didinginkan cepat dalam air atau oli | Menambah kekokohan |
| Pengerasan | Logam dipanaskan, kemudian didinginkan sedemikian rupa sehingga pengerasan merata | Menambah kekerasan dan ketajaman |
| Tempering | Logam yang telah diperkeras dipanaskan pada suhu 180°-300 °C | Menambah elastisitas |
| Tempering kejut | Logam yang telah diperkeras dipanaskan pada suhu 450 °-700 °C | Mempertinggi batas regang |
| Pelapisan nitrogen | Pengerasan dilakukan dalam oven dengan semprotan nitrogen | Memperkeras permukaan logam dan daya tahan karat |
| Pelapisan karbon | Pengerasan dilakukan dalam oven dengan pelapisan karbon sehingga mempengaruhi permukaan logam | Memperkeras tepi dan inti logam tetap lunak |
Pengaruh karbon (C) terhadap sifat logam, dapat digolongkan sebagai berikut :
- Besi yang mengandung kadar C = 0% – 0,5% Mempunyai sifat mudah ditempa dan tidak dapat disepuh atau dikeraskan. Besi ini dinamakan besi tempa.
- Besi yang mengandung kadar C = 0,5% – 1,7% Mempunyai sifat dapat ditempa dan dapat disepuh. Besi ini dinamakan baja.
- Besi yang mengandung kadar C = 2,5% – 6,67% Mempunyai sifat mudah dituang (dicor) dan besi ini dinamakan besi tuang
Pengaruh kadar zat arang dalam besi, dapat digolongkan sebagai berikut :
- Zat asam Terdapat pula dalam udara, yaitu campuran dari 21% zat asam dan 78% zat lemas, selanjutnya 1% helium, argon dan beberapa unsur zat lain. Zat asam dalam udara dapat menyebabkan logam besi rusak.
- Oksid Persenyawaan antara zat asam dengan unsur yang lain dinamakan oksid. Batu besi magnet, magnesit (Fe2O3) kandungan Fe 60% sampai dengan 70% (Rusia, Swedia, Amerika). Batu besi merah, hemafite (Fe2O3), kandungan Fe 40% sampai dengan 60% (Kanada, Spanyol, Inggris, Rusia). Proses dapur tinggi adalah proses reduksi, karena dalam dapur tinggi, zat asam dikeluarkan oksid besi dan tinggal besinya.
- Karbonat Batu besi spoat (FeCo3) adalah karbonat besi, karena dalam persenyawaan ini terdapat carbonium (zat arang). Batu besi spatik (Fe2(O3)), kandungan Fe 30% sampai 40 % (Jerman, Austria).
- Zat arang Unsur ini sangat penting untuk produksi baja. Zat arang murni terdapat dalam intan yang grafit. Zat arang ini diperoleh dari arang tulang belulang, arang kulit, arang kayu, arang batu (batu bara), dan lainnya. Dengan menambah zat arang dalam besi, baik banyak atau sedikit. Maka akan terjadi persenyawaan-persenyawaan besi zat arang yang mempunyai sifat-sifat keras. Unsur besi terdapat di alam, bahan dalam bentuk logam murni, tetapi terdapat dalam bentuk persenyawaan besi oksida, yang masih tercampur dengan unsur-unsur lain dan zat pengotor.