Evolusi dan Masa Depan Baja Otomotif: Dari Kerajinan Kuno hingga Rekayasa Modern

Pengantar: Pentingnya Baja Otomotif

Menggunakan baja untuk membuat mobil adalah hal yang masuk akal bagi masyarakat modern. Namun, banyak pemahaman mengenai baja otomotif masih berhenti pada baja karbon rendah. Meskipun keduanya adalah baja, baja otomotif saat ini jauh lebih mudah lebih baik dibandingkan beberapa dekade lalu. Selama beberapa tahun terakhir, penelitian mengenai baja otomotif telah mencapai kemajuan besar. Kini, lembaran baja otomotif semakin tipis dan semakin tipis , serta kekuatan dan ketahanan korosi bajanya telah meningkat ditingkatkan banyak. Untuk counter menghadapi dampak bahan baru, banyak perusahaan baja secara aktif bekerja sama dengan kendaraan perusahaan untuk mengembangkan baja ringan, berkekuatan tinggi bahwa bISA berkompetisi dengan paduan aluminium, plastik, dan komposit serat karbon yang diperkuat.

Pabrik peleburan besi dan baja

1. Istilah Tidak Terdefinisi: "Baja Berkekuatan Tinggi"

Di pasar otomotif modern, banyak merek mengklaim menggunakan "baja berkekuatan tinggi", tetapi istilah ini tidak memiliki standar industri yang seragam. Seiring perkembangan teknologi baja, ambang batas kekuatan yang terkait dengan label ini juga berkembang. Situasinya mirip dengan model mobil yang dipasarkan sebagai versi "Baru", "Seluruhnya Baru", atau "Generasi Berikutnya". Departemen pemasaran sering menggolongkan baja di atas 300 MPa sebagai "berkekuatan tinggi", meskipun berbagai jenis baja di bawah kategori ini bisa memiliki perbedaan kekuatan hingga 100%.

Untuk mengklarifikasi topik baja otomotif, kita harus terlebih dahulu memahami perkembangan sejarahnya.

Perkembangan baja di Tiongkok

Dari Perunggu ke Besi: Inovasi Tiongkok

Baja memiliki sejarah panjang yang bermula pada periode Musim Semi dan Gugur serta periode Negara-Negara Berperang di Tiongkok (sekitar 770–210 SM). Pada masa itu, perunggu merupakan logam dominan tetapi terlalu rapuh untuk dijadikan alat atau senjata yang tahan lama. Insinyur kuno Tiongkok mulai menggunakan proses bloomery untuk menghasilkan besi berbentuk blok yang lembut. Meskipun alat dari besi saat itu memiliki keunggulan terbatas dibandingkan perunggu, hal ini menjadi dasar bagi terobosan metalurgi di masa mendatang.

Kemajuan pada Dinasti Han

Pada Dinasti Han (202 SM–220 M), tungku yang diperbaiki dengan penggunaan akordeon meningkatkan suhu peleburan, dan dikembangkan teknologi karburisasi untuk mengontrol tingkat kekerasan. "Proses pengecoran sambil diaduk" memungkinkan ahli logam mengaduk besi cair dalam konverter serta menambahkan unsur paduan. Dengan teknik pelipatan dan tempa untuk menghilangkan kotoran, metode-metode ini menciptakan besi berkualitas tinggi yang utamanya digunakan dalam pembuatan senjata. Senjata-senjata semacam ini sering ditemukan dalam makam-makam Han yang telah digali, menunjukkan penggunaannya yang luas.

Penguasaan pada Dinasti Tang

Pada Dinasti Tang (618–907 M), pandai besi sudah mampu mengontrol kadar karbon dalam produk besi, menghasilkan baja dengan kadar karbon 0,5–0,6%—yang merupakan definisi modern dari baja. Teknik seperti pelapisan bilah dikembangkan untuk mengoptimalkan kekerasan dan ketangguhan.

besi berhulu giok

Senjata besi dalam gambar adalah pedang besi berhulu giok dari Tiongkok kuno. Hal ini menunjukkan bahwa teknologi peleburan pada masa itu sudah maju. Senjata besi digunakan secara luas. Terdapat pula berbagai jenis lainnya seperti pisau besi, ji, tombak, dan panah. Besi sepenuhnya menggantikan perunggu, dan umat manusia memasuki Zaman Besi.

pisau baja yang digunakan untuk Dinasti Tang y

Selama Dinasti Tang di Tiongkok, teknik peleburan dan tempa tidak mengalami perubahan jelas . Namun, melalui pengalaman yang terkumpul, para pandai besi mampu mengontrol kadar karbon dalam produk besi. Kadar karbon pada pisau khas Dinasti Tang berkisar antara 0,5% hingga 0,6%, yang termasuk dalam kisaran baja.

Dalam pembuatan baja saat ini, pengendalian kadar karbon tetap menjadi hal mendasar. Penyesuaian kadar karbon berdasarkan penggunaannya dapat mengatur ketangguhan dan kekerasan baja. Untuk membuat bilah yang memiliki kedua sifat tersebut, orang-orang kuno menciptakan teknik seperti pelapisan dan penjepitan baja. Namun, teknik-teknik tersebut berada di luar cakupan artikel ini.

(Revolusi Industri Pertama )

Revolusi Industri Pertama

Revolusi Industri Pertama letakkan pergeseran produksi besi ke industrialisasi. Lonjakan pertama dalam permintaan manusia terhadap baja terjadi selama Revolusi Industri. Penemuan mesin uap membebaskan umat manusia untuk pertama kalinya dari kerja manual berat dan produksi yang bergantung pada tenaga hewan, sementara mesin bertenaga bahan bakar meningkatkan produktivitas manusia ke tingkat yang jauh lebih tinggi.

Pabrik tekstil Inggris bergantung pada mesin uap dan alat tenun yang terbuat dari baja

(lokomotif uap )

Lokomotif uap juga menjadi konsumen baja dalam jumlah besar, bersama dengan rel kereta api yang menyertainya. Di inggris pabrik tekstil, sekelompok wanita yang mengoperasikan adalah malah oleh mesin baja yang berisik. Di seluruh benua Eropa, rel besi mulai dipasang. Locomotif uap mulai menggantikan the kereta kuda sebagai alat transportasi utama alat. Sejak saat itu, manusia tidak bisa lagi hidup tanpa baja, dan permintaan terus meningkat setiap hari.

(Garis perakitan pertama Ford Motor pada masa Revolusi Industri Kedua)

 Revolusi Industri Kedua menghubungkan otomobil dengan baja  bahan .

(Xiaomi 's SUV Terbaru: YU7)

Saat ini, beberapa mobil performa tinggi masih dibuat oleh baja. Pada masa Revolusi Industri Kedua, ketika mobil mulai muncul, industri baja maju ke tingkat baru. Sejak saat itu, kedua sektor ini saling berkaitan erat. Meskipun mobil modern saat ini tidak lagi menyerupai "Mercedes-Benz No. 1", baja tetap banyak digunakan dalam produksinya, termasuk pada beberapa mobil super.

Kelas kekuatan baja otomotif  

Cara Penggunaan Baja Berkekuatan Tinggi pada Tubuh Mobil Modern

Dalam kendaraan modern, bodi mobil dibuat dengan cara mengelas pelat baja dengan kekuatan yang berbeda . Insinyur memilih mutu baja yang sesuai berdasarkan tingkat tekanan yang diperkirakan akan dialami setiap bagian struktur. Pada area dengan tekanan tinggi—di mana penggunaan baja yang lebih tebal tidak memungkinkan— baja ultra kuat tinggi digunakan. Seperti kata pepatah, "Gunakan baja terbaik di tempat yang paling membutuhkan."

Grafik Kekuatan Baja Bodibagi: Yang Ditampilkan dan Yang Tidak Ditampilkan

Banyak produsen mobil mengklaim menggunakan baja berkekuatan tinggi baja berkekuatan tinggi diagram struktur bodi kendaraan , tetapi sebagian besar grafik ini hanya menyoroti area umum di mana baja yang lebih kuat digunakan, tanpa menyebutkan secara spesifik nilai kekuatan tariknya . Merek-merek terkenal dengan kemampuan R&D yang kuat biasanya bahkan lebih hati-hati dalam membagikan data teknis semacam ini.

Memahami Istilah-Istilahnya

Di Jepang dan Korea Selatan, baja berkekuatan tinggi umumnya disebut sebagai "baja berkekuatan tinggi (high-tension steel)." Kekuatan baja biasanya diukur dalam satuan MPa (megapascal) . Untuk memberi gambaran: 1 MPa setara dengan gaya seberat 10 kilogram (sekitar berat dua buah semangka) yang diterapkan pada luas permukaan hanya satu sentimeter persegi, tanpa menyebabkan deformasi pada material tersebut.

Penerapan Secara Strategis, Bukan Menyeluruh

Dengan menganalisis diagram struktur bodi, jelas bahwa baja ultra kuat tinggi (misalnya, 1000 MPa atau lebih) hanya digunakan pada komponen-komponen tertentu—seperti balok anti-tabrakan dan zona penguatan kritis . Sebagian besar bodi masih terbuat dari baja berkekuatan rendah atau sedang , yang lebih mudah dibentuk dan lebih ekonomis. Penggunaan selektif ini didasarkan pada kebutuhan fungsi dan batasan produksi .

Jangan Tertipu oleh Slogan Pemasaran

Saat Anda menemukan frasa-frasa seperti "Bodi kendaraan kami menggunakan baja berkekuatan tinggi kelas 1000 MPa," penting untuk menafsirkannya secara akurat. Ini tidak berarti seluruh bodi terbuat dari material canggih semacam itu. Dalam kebanyakan kasus, hanya bagian-bagian tertentu—seperti balok benturan pintu —yang mungkin mencapai tingkat kekuatan tersebut. Struktur bodi lainnya biasanya menggunakan campuran material yang dirancang untuk keseimbangan antara keselamatan, biaya, dan kemampuan produksi.

 3, material baja baru yang mendukung proses stamping

Stamping adalah metode utama dalam manufaktur bodi.
Komponen bodi yang masih menempel pada cetakan setelah proses stamping

Peningkatan kekuatan material menimbulkan masalah dalam pengolahannya yang sulit. Kebanyakan mobil penumpang diproduksi melalui proses stamping, yaitu menggunakan cetakan untuk menekan material hingga membentuk bentuk tertentu—mirip dengan membentuk Play-Doh. Kini, dengan meningkatnya kekuatan pelat baja otomotif, tuntutan terhadap proses stamping menjadi lebih tinggi. Selain itu, terdapat banyak komponen yang dibuat melalui deep drawing, sehingga material cenderung mengalami retak dan kerutan. Sebagai contoh, posisi sudut merupakan bagian yang paling rentan terhadap "dead corner" selama proses stamping, di mana robekan dan kerutan biasanya terjadi. Hal ini juga menunjukkan bahwa saat pelat baja di-stamping, masalah seperti peregangan dan gesekan dengan cetakan selalu ada. Masalah-masalah ini akan menyebabkan cacat pada komponen hasil stamping akibat tegangan internal atau kerusakan permukaan.

(baja struktur bodi kendaraan)

Distribusi Penipisan Lembaran  

Untuk menghindari situasi di atas, produsen perlu mempelajari deformasi lembaran baja selama proses stamping agar dapat mencegah terjadinya robekan. Namun, selalu ada kontradiksi bahwa semakin tinggi kekuatan lembaran baja .Panel samping adalah komponen stamping terbesar dari seluruh kendaraan dan juga adalah komponen yang paling sulit dibentuk. Oleh karena itu, produsen akan mempelajari tegangan internal lembaran baja selama proses stamping untuk menghilangkan tegangan internal yang terakumulasi sebisa mungkin. Sementara itu, mempelajari ketebalan komponen stamping dengan luas area besar dapat menunjukkan bagian mana pada lembaran baja yang mengalami peregangan parah serta kedalaman stamping berapa yang dapat memastikan lembaran baja tidak robek.

Baja tipe baru dapat mengatasi masalah pembentukan stamping dan pemrosesan yang sulit akibat kekuatan material yang tinggi. Untuk secara mendasar menyelesaikan masalah stamping pada baja berkekuatan tinggi, baja tipe baru ini mulai diterapkan dalam produksi bodi mobil. Matriks baja ini adalah ferit yang memiliki kelunakan dan ketangguhan baik, di mana terdapat martensit yang memiliki kekerasan baik tertanam di dalamnya. Baja ini lebih mudah dibentuk selama proses stamping, dan material yang terbentuk memiliki kekuatan yang cukup signifikan.

(Komponen logam lembaran tiang A mobil )

Beberapa komponen struktural berkekuatan tinggi yang diproses dengan perlakuan panas

Untuk posisi seperti tiang B yang membutuhkan penguatan khusus, sebagian produsen menggunakan proses perlakuan panas. Tiang B yang telah dibentuk kemudian dipanaskan dan dikarburisasi untuk membuat struktur kristal internal baja menjadi lebih sempurna. Proses ini mirip dengan pembentukan dengan tanah liat lalu dipanaskan agar mengeras pada pembuatan keramik. Umumnya, komponen yang melalui perlakuan panas semacam ini sering kali tampak berwarna hitam.

3.Ketahanan Korosi pada Baja Mobil

(Kumparan baja untuk manufaktur otomotif )

Mobil diproduksi menggunakan baja paduan rendah.

Saat ini, baja otomotif termasuk dalam kategori baja paduan rendah, yang merupakan cabang dari baja. Sebagian besar baja ini terdiri dari unsur besi, dengan hanya sedikit unsur paduan, seperti karbon, silikon, fosfor, tembaga, mangan, kromium, nikel, dan sebagainya. Kandungan unsur paduan tersebut tidak melebihi 2,5%.

Baja paduan rendah menunjukkan kinerja pemrosesan dan kekuatan yang sangat baik, sekaligus memiliki ketahanan korosi yang baik. Baja karbon rendah biasa membentuk lapisan oksida berwarna coklat kemerahan di lingkungan alami, yang memiliki struktur sangat longgar dan umum dikenal sebagai karat. Sebaliknya, baja paduan rendah menghasilkan lapisan oksida berwarna coklat yang padat dan melekat erat pada permukaan baja, bertindak sebagai penghalang untuk mencegah erosi lebih lanjut pada bagian dalam baja oleh lingkungan eksternal. Mekanisme anti-karat ini agak mirip dengan yang dimiliki paduan aluminium dan paduan seng, hanya saja baja paduan rendah memerlukan beberapa tahun untuk membentuk lapisan karat pelindung yang stabil, dengan warna lapisan karat berubah dari kuning muda menjadi coklat, sedangkan paduan aluminium membentuk lapisan karat pelindung hampir secara instan.

Baja tahan cuaca sering digunakan secara terekspos pada fasad bangunan

Baja tahan cuaca menghasilkan efek seni khusus setelah membentuk lapisan karat, sehingga menjadi bahan bangunan yang sangat diminati oleh desainer-desainer modern.

Karena karakteristik ini, baja paduan rendah juga dikenal sebagai weathering steel (baja tahan korosi akibat cuaca). Weathering steel umumnya digunakan untuk memproduksi kendaraan, kapal, jembatan, kontainer, dll., dengan permukaan biasanya dicat. Namun, dalam dekorasi arsitektur, terdapat preferensi untuk menggunakan weathering steel secara terekspos, karena tidak mengalami masalah tembus karat ketika dibiarkan tanpa penutup. Selain itu, lapisan karat coklat yang terbentuk menciptakan efek seni unik, menjadikan pelat baja tahan cuaca yang dilas sebagai pilihan umum untuk fasad bangunan khusus.

Karena peningkatan sifat baja tersebut, produsen otomotif semakin mengurangi perlakuan anti-karat pada produk mereka.

Sebagai bagian dari otomotif, banyak produsen saat ini menggunakan lapisan karet rangka yang lebih sedikit, yang secara umum dikenal sebagai "baju besi rangka" dalam istilah awam. Rangka banyak mobil baru langsung memperlihatkan lembaran baja, yang hanya dilapisi cat dasar pabrik asli dan cat warna yang sesuai dengan eksteriornya. Ini menunjukkan bahwa kendaraan tersebut hanya melalui proses pengecatan dasar elektroforesis dan pengecatan warna selama produksi. Hanya di area percikan di belakang roda depan terdapat lapisan tipis karet lunak, yang berfungsi mencegah kerikil yang terlempar oleh roda mengenai baja rangka. Perubahan-perubahan ini tampaknya mencerminkan keyakinan produsen terhadap ketahanan korosi produk mereka.

(Baju Besi Rangka )

Pelat Perlindungan Rangka Xiaomi SU7

Perusahaan canggih memasang pelat perlindungan rangka berbahan plastik.

Di bawah pelat pelindung, masih terdapat lembaran baja yang hanya menjalani perlakuan sederhana. Beberapa produsen yang teliti memasang pelat pelindung plastik pada rangka kendaraan. Pelat tersebut tidak hanya dapat mengisolasi baja rangka dari benturan kerikil, tetapi juga mengatur aliran udara di bawah rangka. Di bawah pelat pelindung plastik ini, baja rangka hanya dilapisi satu lapisan cat dasar.

Baja otomotif tidak digunakan secara sembarangan. Keputusan para pengusaha untuk memangkas biaya seringkali berujung pada pengorbanan manfaat besar demi penghematan kecil, dan teknisi tidak bisa melawan keputusan bos.

Setiap aturan pasti memiliki pengecualian, dan pengecualian itu sering muncul di Tiongkok. Beberapa tahun lalu, sebuah merek lokal baru menggunakan baja berkarbon rendah dalam pembuatan kendaraan, menyebabkan rangka berkarat dalam waktu dua tahun—dan kasus serupa kembali muncul akhir-akhir ini. Terkadang, keputusan sepihak yang dibuat tanpa pertimbangan matang oleh para pemimpin benar-benar mengejutkan. Ketika para pengusaha ikut campur dalam diskusi teknis, hasilnya selalu sulit diprediksi.

Masa Depan Baja Otomotif

Saat ini, ketebalan lembaran baja otomotif telah dikurangi hingga 0,6mm, yang menurut saya telah mencapai batas ketebalan baja. Jika lembaran baja lebih tipis lagi, bahkan dengan kekuatan tinggi sekalipun, stabilitas struktural yang melekat pada material tersebut akan hilang. Lembaran baja otomotif kini menghadapi tantangan yang semakin besar dari bahan baru. Berat atom besi menentukan bahwa densitasnya tidak dapat diubah, dan jalan reduksi berat melalui penipisan tampaknya telah mencapai jalan buntu. Paduan aluminium saat ini secara bertahap banyak digunakan dalam kendaraan premium. Seluruh SUV berbahan aluminium, serta model 5 Series dan A6 yang menggunakan aluminium untuk struktur bagian depan, semua menunjukkan tren ini.