92039-10-750680987551

modul 10 Genap 2008/2009

Program Studi Teknik Industri,

Fakultas Teknologi Industri,

Universitas Mercu Buana

PROGRAM KULIAH KARYAWAN

MODUL KULIAH KE – 10

Mata Kuliah : Pengetahuan Bahan

Dosen : Mahfudz Al Huda

LOGAM NON BESI (NON FERROUS METALS)_3

I. Nickel dan Paduannya

Nickel (Ni) mirip dg besi pada banyak hal. Bersifat magnetic, dan modulus

elastisitas sama dg besi dan baja. Tetapi, lebih tahan korosi, dan memiliki

sifat lebih unggul pada suhu tinggi. Karena sifat tahan korosinya, digunakan

luas sebagai unsur paduan pada baja (e.g., stainless steel), dan pelapis

permukaan (e.g., plain carbon steel).

Produksi Nickel:

o Bijih nickel utama disebut pentlandite ((Ni,Fe)9S8) Untuk ekstraksi

nickel , pertama bijih dihancurkan dan diaduk dg air. Teknik

pengambangan (floating) digunakan utk memisahkan nickel sulfide

(NiS) dari mineral lain yg terkandung. Kemudian nickel sulfide

dipanaskan utk membakar belerang, diikuti dg peleburan (smelting)

utk menghilangkan besi dan silicon. Proses selanjutnya menggunakan

converter tipe Bessemer utk mendapatkan nickel sulfide konsentrasi

tinggi. Terakhir proses elektrolisis digunakan utk memisahkan Nickel

dari senyawa tersebut.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Dr. Mahfud Al-Huda

PENGETAHUAN BAHAN 1


II. Nickel alloys

Paduan nickel banyak dibuat utk mendapatkan sifat tahan korosi dan sifat

unggul pada suhu tinggi. Beberapa paduan super (superalloys) dibuat dg

basis nickel.

III. Nickel and Its Alloys

Nickel (Ni), adalah logam putih keperakan ditemukan sejak 1751, merupukan

unsur paduan yg menambah sifat kekuatan (strength), keuletan (toughness),

dan tahan korosi terhadap logam. Terutama digunakan pd baja stainless dan

paduan berbasis nickel. Paduan ini dugnakan untuk aplikasi suhu tinggi

seperti komponen mesin jet, rockets, dan instalasi nuklir, serta perlengkapan

penanganan makanan dan proses kimia, koin, dan aplikasi kelautan.

Nickel bersifat magnetik, karenanya juga digunakan untuk aplikasi elektro-

magnet seperti solenoids.

Penggunaan utama nickel sebagai logam adalah pada proses electroplating

untuk meningkatkan tampilan bahan dan daya tahan korosi serta daya tahan

aus.

Paduan Nickel memiliki kekuatan tinggi dan daya tahan korosi tinggi pada

suhu tinggi. Unsur paduan untuk Nickel meliputi chromium, cobalt, dan

molybdenum. Sifat mampu proses (machining, forming, casting dan welding)

paduan nickel dapat diperbaiki dengan penambahan unsur paduan tertentu.

Beberapa paduan nickel utama adalah:

(i). Monel adalah paduan nickel-tembaga, dan


PENGETAHUAN BAHAN 2


(ii). Inconel adalah paduan nickel chromium.

(iii). Hastelloy adalah paduan nickel-molybdenum-chromium, memiliki

sifat tahan korosi baik dan kekuatan (strength) tinggi pada suhu tinggi.

(iv). Nichrome adalah paduan nickel-chromium-besi, memiliki daya tahan

oksidasi tinggi dan resistansi listrik besar dan digunakan pada elemen

pemanas listrik.

(v). Invar adalah paduan nickel-besi, memiliki sensitivitas relatif rendah

terhadap suhu.

IV. Properties of Nickel Alloys

V. Titanium dan Paduannya

Titanium (Ti) cukup berlimpah di alam, mencakup sekitar 1% kerak bumi

(aluminium yg terbanyak sekitar 8%). Berat jenis Titanium antara Aluminium

dan Besi. Peran Titanium menjadi penting untuk aplikasi pesawat terbang

karena ringan dan rasio kuat – ringan tinggi.

Produksi Titanium:


PENGETAHUAN BAHAN 3


o Bijih utama Titanium adl rutile, mengandung 98 – 99% TiO2; dan

ilmenite, kombinasi antara FeO dan TiO2. Rutile lebih baik karena

mengandung lebih banyak Ti.

o Untuk mendapatkan logam dari bijihnya, TiO2 diubah menjadi titanium

tetrachloride (TiCl4) dg memasukkan gas chlorine. Diikuti dg proses

penyulingan (distillation) utk menghilangkan ketidak murnian.

o TiCl4 dg konsentrasi tinggi lalu direaksikan dg magnesium utk

mereduksi menjadi titanium; dikenal dg proses Kroll. Sodium juga

dapat digunakan sebagai zat pereduksi. Lingkungan gas mulia

diperlukan utk mencegah O2, N2, dan H2 bereaksi dg Ti, krn afinitas

yg dimiliki. Logam yg didapat dicor dalam bentuk ingot.

VI. Titanium and Its Alloys

Titanium (Ti), diketemukan pada 1971, tetapi tidak diproduksi secara

komersial hingga 1950-an.

Meskipun Titanium berharga mahal, tetapi memiliki rasio kuat-berat dan daya

tahan korosi tinggi pada suhu ruang dan suhu tinggi, sehingga banyak

digunakan pada aplikasi komponen pesawat terbang, mesin jet, mobil balap,

kimia dan petrokimia, komponen kelautan, lambung kapal selam, biomaterial

seperti tulang buatan.

Titanium murni secara komersial memiliki daya tahan korosi tinggi untuk

aplikasi dimana kekuatan menjadi pertimbangan sekunder. Unsur paduan

seperti Aluminium, vanadium, molybdenum, manganese, dan yang lain

ditambahkan untuk meningkatkan sifat mampu pemrosesan (workability),

kekuatan, dan mampu keras.

Sifat mekanik dan karakter manufaktur dari paduan titanium sangat sensitif

terhadap sedikit variasi pada unsur paduan dan residu. Sehingga

pengontrolan komposisi dan pemrosesan menjadi penting, termasuk

pencegahan kontaminasi permukaan terhadap hidrogen, oksigen, atau

nitrogen selama pemrosesan. Unsur-unsur tersebut akan meningkatkan

kegetasan titanium, dan mengurangi keuletannya.

Pada suhu diatas 880 ºC titanium memiliki struktur kubus pemusatan ruang

(bcc, beta-titanium) bersifat ulet (ductile), sedangkan pada suhu ruang

membentuk hexagonal close-packed (hcp, alpha-titanium) bersifat getas


PENGETAHUAN BAHAN 4


(brittle) dan sangat sensitif terhadap korosi tegangan (stress corrosion).

Variasi struktur lain (alpha, near alpha, alpha-beta, dan beta) dapat diperoleh

dengan membuat paduan dan perlakuan panas (heat treatment), sehingga

sifatnya dapat dioptimalkan untuk aplikasi khusus.

Titanium aluminide intermetallics (TiAl dan Ti3Al) memiliki kekakuan lebih

tinggi dan berat jenis lebih rendah serta mampu tahan terhadap suhu lebih

tinggi dibandingkan paduan titanium biasa.

VII. Properties of Titanium

Titanium memiliki koefisien muai panas yg relatif rendah di antara logam lain.

Lebih keras dan kuat dibanding aluminium, dan kekuatan tetap baik pada

suhu tinggi. Titanium murni mudah beraksi, shg menimbulkan masalah saat

diproses, khususnya jika dlm kondisi lebur. Tetapi pada suhu biasa

membentuk lapisan oksida (TiO2) yg menutupi permukaan sehingga tahan

terhadap korosi.

Sifat-2 ini menjadikan Titanium digunakan utk dua aplikasi utama:

(i). Titanium murni utk komponen tahan korosi, seperti komponen

peralatan laut dan cangkok tulang (prosthetic implant).

(ii). Paduan titanium digunakan sbg komponen kekuatan tinggi pada suhu

dari 20 °C hingga di atas 550 °C, khususnya ketika dibutuhkan rasio

kuat – berat yg sangat baik. Contohnya utk komponen pesawat

terbang dan peluru kendali.

VIII. Properties of Titanium


PENGETAHUAN BAHAN 5


IX. Seng dan Paduannya

Zinc (Zn) memiliki titik lebur rendah shg banyak digunakan utk bahan cor

(casting). Juga mampu mencegah korosi jika dilapiskan pada permukaan

besi/baja. Galvanized steel adl baja yg permukaannya dilapisi dg seng.

Produksi Seng:

(i). Bijih utama seng adl spharelite atau zinc blende, mengandung zinc

sulfide (ZnS). Bijih penting yg lain adl smithsonite mengandung zinc

carbonate (ZnCO3), dan hemimorphate mengandung hydrous zinc

silicate (Zn4Si2O7OH – H2O).

(ii). Sparelite hrs dikonsetrasikan krn hanya mengandung sedikit sulfida

seng (disebut beneficiated). Pertama bijih dihancurkan digerinda dg

air pada ball mill utk menghasilkan adukan rata (slurry). Lalu

ditambahkan zat penghasil busa (frothing agent) utk mendorong

bahan mineral mengambang pada permukaan, shg bisa

disaring/dipisahkan dari mineral yg tingkatnya lebih rendah. Sulfida

seng dg konsentrasi lebih tinggi lalu dipanggang pada suhu sekitar

1230 °C, shg oksida seng (ZnO) terbentuk dari reaksi tsb.

(iii). Terdapat berbagai proses thermochemical digunakan utk

memisahkan Zn dari oksidanya, semua menggunakan Carbon.

Carbon berikatan dg oksigen membentuk CO dan/atau CO2. Shg Zn

terbebas dlm bentuk uap (vapor) yg kemudian dipadatkan utk

memperoleh logam yg diinginkan.

(iv). Proses elektrolisa juga digunakan luas, sekitar setengah dari produksi

Seng dunia. Proses ini dimulai dg ZnO diencerkan memakai asam


PENGETAHUAN BAHAN 6


sulfat (H2SO4) menghasilkan zinc sulfate (ZnSO4), dilanjutkan

elektrolisa utk memisahkan seng hingga dihasilkan logam murni.

X. Zinc Alloys & Applications

Zinc, merupakan logam keempat yang paling banyak digunakan pada industri

setelah besi, aluminium, dan tembaga. Terdapat dua penggunaan utama:

(i). Untuk bahan galvanisasi pada besi, pelat dan kawat baja, dan

(ii). Sebagai paduan dasar untuk pengecoran.

Galvanisasi, proses pelapisan seng pada permukaan logam memakai

metode elektrolisa dengan seng sebagai anoda dan logam yang akan dilapisi

sebagai katoda.

Unsur paduan utama pada Zinc adalah aluminium, tembaga, dan

magnesium. Unsur tersebut meningkatkan kekuatan dan kontrol dimensi

pada pengecoran. Paduan seng biasanya digunakan luas pada die-casting

untuk membuat produk seperti pompa dan grill bahan bakar pada mobil,

komponen peralatan rumah tangga seperti vacuum cleaners, mesin cuci, dan

perlengkapan dapur, dan berbagai komponen mesin.

Penggunaan seng yang lain adalah sebagai paduan super-plastis yang

memiliki sifat mampu bentuk baik karena keuletannya tinggi serta mampu

berdeformasi plastis besar tanpa patah, contohnya: 78Zn – 22Al.

Paduan seng luas digunakan pada die-casting komponen produksi massal

utk industri otomotif dan perlengkapan rumah tangga. Aplikasi utama seng yg

lain adl galvanized steel, sel galvani terbentuk Zn sbg anoda dan baja sbg

katoda, yg melindungi baja dari serangan korosi. Penggunaan penting ketiga

adl sbg bahan paduan tembaga utk membentuk kuningan, dg perbandingan

2/3 Cu dan 1/3 Zn.


PENGETAHUAN BAHAN 7


XI. Zinc Alloys & Applications

XII. Timbel (Lead, Pb) & Timah (Tin, Sn)

Lead (Pb) & Tin (Sn) memiliki titik lebur rendah, banyak digunakan sbg

paduan

o solder utk komponen elektronik.

Lead (Pb) merupakan logam padat memiliki titik lebur rendah, berat jenis

tinggi, kekuatan dan kekerasan rendah (lunak), keuletan tinggi, mampu

proses (workability) baik, dan tahan korosi baik (karena membentuk lapisan

tipis oksida timbel pada permukaan).

o Unsur paduan untuk timbel, seperti antimony (Sb) dan tin (Sn)

meningkatkan sifat mekanik.

o Aplikasi timbel dan paduan selain utk solder adl pipa leding air,

bearing, amunisi, logam tik, pelindung sinar-X, battery penyimpan,

dan peredam getaran. Juga digunakan luas pada industri kimia dan

cat.


PENGETAHUAN BAHAN 8


o Timbel bersifat racun sehingga kontaminasi terhadap lingkungan

harus menjadi perhatian serius.

Tin (Sn: Stannum) memiliki titik lebur lebih rendah dibanding lead, kekuatan

dan kekerasan rendah, serta keuletan tinggi.

o Tin pertama digunakan pada perunggu (bronze) sbg paduan tembaga

sejak 3000 B.C. di Messopotamia dan Mesir.

o Tin yang berwarna putih perak dan berkilau, digunakan luas sebagai

pelapis pelat baja untuk kaleng makanan (tin cans).

o Tin memiliki kekuatan geser (shear strength) rendah sehingga dapat

dilapiskan (coating) pada lembar baja untuk meningkatkan

kemampuan pada proses deep drawing dan press-working. Tin juga

digunakan untuk bahan pelapis instalasi penyulingan air.

o Unsur paduan tin adalah tembaga, antimony, dan timbel. Unsur ini

meningkatkan kekerasan, kekuatan, dan daya tahan korosi.

o Paduan tin banyak digunakan sebagai bahan bearing karena

koefisien gesek rendah, yang disebabkan oleh rendahnya kekuatan

geser rendah dan daya adhesinya.

o Tin merupakan unsur paduan pada beberapa logam; seperti

perunggu, paduan titanium dan zirconium.

o Paduan Tin-Lead digunakan luas sebaga bahan solder.


PENGETAHUAN BAHAN 9


XIII. Precious Metals (Logam Berharga/Mulia)

Precious metals (logam berharga) disebut juga noble metals (logam

mulia) krn bersifat tdk aktif secara kimia, meliputi emas (gold), platinum, dan

perak (silver). Merupakan logam menarik/indah, tersedia dlm jumlah terbatas,

dan digunakan dlm sejarah manusia sbg uang logam dan jaminan uang

kertas. Juga digunakan luas utk perhiasan dan penggunaan lain yg

memanfaatkan harganya yg tinggi. Secara umum logam ini memiliki berat

jenis tinggi, keuletan baik, konduktivitas listrik tinggi, tahan korosi, dan titik

lebur sedang.

Gold (Au: aurum) adl salah satu logam terberat, bersifat lunak dan ulet serta

mudah dibentuk, dan tahan korosi baik pada semua suhu, berwarna kuning

khas yg menambah nilai logam ini. Selain utk mata uang dan perhiasan, juga

digunakan sbg kontaktor listrik (krn konduktivitas listrik baik dan tahan

korosi), gigi emas, dan pelapis logam utk meningkatkan tampilan.

Platinum (Pt) memiliki berat jenis lebih besar dari pada emas, lunak dan ulet,

berwarna putih keabu-abuan, dan daya tahan korosi baik meskipun pada

suhu tinggi. Aplikasi platinum, meskipun tdk sebanyak emas, juga digunakan

utk perhiasan dan gigi palsu, thermocouples, kontaktor listrik, spark-plug

electrodes, katalis untuk peralatan kontrol polusi mobil, filaments, nozzles,

dan dies untuk ekstrusi serat kaca (glass fibers), dan pada industri

electrochemical.

Silver (Ag: argentum) memiliki harga relatif lebih murah dibandingkan gold

dan platinum. Tetapi memiliki kilauan keperakan menjadikan logam bernilai

tinggi sbg koin, perhiasan, dan barang pecah-belah. Juga digunakan sbg

bahan tambal gigi. Silver merupakan logam dg konduktivitas listrik dan panas

paling tinggi, shg banyak digunakan sbg kontaktor listrik. Silver chlorides

dan silver halides yg sensitif thd cahaya digunakan dlm photography.


PENGETAHUAN BAHAN 10


Referensi.

1. Fundamentals of Modern Manufacturing, Materials, Processes, and

Systems; Second Edition, Mikell P. Groover; John Wiley & Sons, Inc.

2. Teknologi Mekanik, Sriati Djaprie, Penerbit Erlangga. Terjemahan dari:

Manufacturing Process, B.H. Amstead, Philip F. Ostwald, Myron L. Begeman

John Wiley & Sons

3. Manufacturing Process I, Kenji Asakura, Fumio Hasimoto, Kyouritsu Syuppan,

2002.

4. Teknologi Mekanik Jilid 2, Bambang Priambodo, Penerbit Erlangga.

Terjemahan dari: Manufacturing Process, B.H. Amstead, Philip F. Ostwald,

Myron L. Begeman John Wiley & Sons

5. Manufacturing Process II, Kenji Asakura, Fumio Hasimoto, Kyouritsu Syuppan,

2002

6. Manufacturing Processes for Engineering Materials, Fourth Edition, Serope

Kalpakjian and Steven R. Schmid, Prentice Hall, New Jersey, 2003.


PENGETAHUAN BAHAN 11

92039-10-750680987551

Documents

Transcript of 92039-10-750680987551