P a g e | 1

Logam dan Paduan Nonferro:

Produksi, Sifat-sifat Umum, dan Aplikasi

BAB

6

P a g e | 2

Logam dan paduan nonferro sangat beragam jenisnya, mulai dari aluminium

sampai seng, yang sangat diperlukan untuk berbagai aplikasi dalam teknik. Bab

ini menguraikan:

Metode produksi untuk logam nonferrous.

Sifat fisik dan mekanik logam dan paduan nonferrous serta relevansinya.

Aplikasi paduan.

Paduan Shape-memory, paduan amorf, dan nanomaterials, dan penggunaan-

nya yang unik.

6.1 Pengantar

Logam dan paduan nonferro mencakup berbagai jenis dari logam yang umum

(seperti aluminium, tembaga, dan magnesium) sampai paduan dengan kekuatan

dan suhu yang tinggi (seperti tungsten, tantalum, dan molibdenum). Walaupun

harganya lebih mahal dari logam besi (Tabel 6.1), logam dan paduan nonferro

memiliki aplikasi yang besar karena sifatnya yang tahan korosi, konduktivitas

termal dan listrik yang tinggi, densitas rendah, dan mudah dibentuk (Tabel 6.2).

contoh aplikasi logam dan paduan nonferro yaitu aluminium untuk peralatan

memasak dan badan pesawat, tembaga untuk kawat listrik, tembaga untuk pipa

suplai air rumah, seng untuk lembaran logam galvanis yang biasanya digunakan

untuk bodi mobil, titanium untuk baling-baling turbin mesin jet dan alat

pembedahan tulang, dan tantalum untuk mesin roket.

Kipas turbo mesin jet untuk pesawat Boeing 757 biasanya mengandung

logam dan paduan nonferro berikut: 38% Ti, 37% Ni, 12% Cr, 6% Co, 5% Al, Nb

1%, dan 0,02% Ta. Tanpa bahan-bahan tersebut, mesin jet (Gambar 6.1) tidak

dapat dirancang, diproduksi, dan dioperasikan pada kekuatan dan tingkat efisiensi

yang diperlukan.

Bab ini memperkenalkan sifat umum, metode produksi, dan aplikasi teknik

yang penting untuk logam dan paduan nonferro. Sifat manufaktur bahan-bahan

P a g e | 3

tersebut (seperti formability, manchinability, dan weldability) yang dijelaskan dalam

berbagai tulisan pada bab ini.

Tabel 6.1

Perkiraan Harga per-satuan-volume untuk Logam Tempa dan Plastik Berkaitan dengan Harga Baja Karbon

Emas 60,000 Paduan Magnesium 2-4

Perak 600 Paduan Alumunium 2-3

Paduan Molybdenum 200-250Baja paduan rendah dengan kekuatan tinggi

1.4

Nikel 35 Besi Tuang kelabu 1.2

Paduan Titanium 20-40 Baja Karbon 1

Paduan Tembaga 5-6 Nilon, acetal, karet silikon* 1.1-2

Paduan Seng 1.5-3.5 Plastik lain dan Elastomer* 0.2-1

Baja Stainless 2-9    

* As molding compounds

Catatan: Biaya bervariasi secara signifikan dengan jumlah pembelian, penawaran dan

permintaan, ukuran dan bentuk, dan berbagai faktor lainnya.

Tabel 6.2

Karakteristik Umum Logam dan Paduan Nonferrous

Material Karakteristik

Paduan bukan logamLebih mahal dari baja dan plastik, berbagai macam sifat mekanik, fisik, dan listrik; ketahanan korosi yang baik; aplikasi temperatur tinggi

AlumuniumKekuatan tinggi terhadap rasio berat, konduktivitas termal dan listrik yang tinggi; ketahanan korosi yang baik; sifat produksi yang baik

Magnesium Logam ringan; Kekuatan terhadap rasio berat baik

TembagaKonduktivitas listrik dan termal tinggi; ketahanan korosi yang baik; sifat produksi yang baik

SuperalloyKekuatan dan ketahanan korosi yang baik pada temperatur tinggi, dapat besi, kobalt, dan paduan berbasis nikel

TitaniumKekuatan terhadap rasio berat paling tinggi dari semua logam; kekuatan dan ketahanan korosi yang baik pada suhu tinggi

Logam refraktoriMolybdenum, niobium (columbium), tungsten, dan tantalum; kekuatan tinggi pada temperatur tinggi

Logam muliaEmas, perak, dan platinum; pada umumnya mempunyai ketahanan korosi yang baik

P a g e | 4

6.2 Alumunium dan Paduan Alumunium

Faktor yang penting dalam memilih aluminium (Al) dan paduaannya adalah

kekuatan tinggi untuk rasio berat, ketahanan terhadap korosi oleh banyak bahan

kimia, konduktivitas termal dan listrik yang tinggi, nontoksisitas, reflektifitas,

penampilan, dan kemudahan formability dan machinability; aluminium juga non

magnetik. Penggunaan utama aluminium dan paduannya, dalam penurunan

pesanan untuk konsumsi, yaitu untuk wadah dan kemasan (kaleng dan aluminium

foil), untuk konstruksi bangunan dan jenis lainnya, transportasi, (pesawat dan

aplikasi ruang angkasa, bus, mobil, gerbong kereta api, dan kapal laut), aplikasi

listrik (sebagai alat-alat yang ekonomis dan konduktor listrik nonmagnetic),

barang-barang konsumen (peralatan, memasak, dan mebel), dan alat portable

(Tabel 6.3 dan 6.4). Hampir semua kabel transmisi tegangan tinggi terbuat dari

aluminium. Berkaitan dengan struktural komponen (beban), 82% dari pesawat

Boeing 747 dan 70% dari pesawat Boeing 777 adalah aluminium.

Gambar 6.1 Bagian bawah dari sebuah mesin jet (PW2037) menampilkan berbagai

komponen dan paduan yang digunakan dalam manufaktur mereka. Sumber: Courtesy of

United Aircraft Pratt & Whitney.

Tabel 6.3

Sifat dari Paduan Aluminium pada Suhu Ruang

P a g e | 5

Paduan (UNS) SifatTegangan

Tarik Puncak (MPa)

Tegangan Yield (MPa)

Pemanjangan dalam 50 mm (%)

1100 (A91100) O 90 35 35-45

1100 H14 125 120 9-20

2024 (A92024) O 190 75 20-22

2024 T4 470 325 19-20

3003 (A93003) O 110 40 30-40

3003 H14 150 145 8-16

5052 (A95052) O 190 90 25-30

5052 H34 260 215 10-14

6061 (A96061) O 125 55 25-30

6061 T6 310 275 12-17

7075 (A97075) O 230 105 16-17

7075 T6 570 500 11

Paduan Aluminium ada sebagai produk pabrik, yaitu sebagai produk tempa

yang dibuat ke dalam berbagai bentuk yang melalui proses rolling, ekstrusi,

pembentukan, dan penempaan (bab 13 sampai 15). Batang logam Aluminium juga

tersedia untuk proses tuang, seperti aluminium dalam bentuk serbuk untuk

aplikasi metalurgi serbuk (bab 17).

Tabel 6.4

Sifat Manufaktur dan Aplikasi Khusus dari Paduan Aluminium Tempa

Paduan

Karakteristik*

Aplikasi khususKetahanan Korosi

Machinability Weldability

1100 A C-D ALembaran kerja logam, spun berongga, batang timah

2024 C B-C B-CRoda truk, produk mesin sekrup , rangka pesawat

3003 A C-D APeralatan memasak, peralatan kimia, bejana bertekan, lembaran kerja logam , perangkat keras pembangun, tangki penyimpanan

5052 A C-D ALembar kerja logam, tabung hidrolik, dan penggunaan untuk peralatan bus, truk dan laut

P a g e | 6

6061 B C-D A

Pangka alat berat yang dimana dibutuhkam ketahanan terhadap korosi, rangka truk dan kapal laut, gerbong kereta api , furnitur, pipa saluran, pagar jembatan, tabung hidrolik

7075 C B-D DRangka pesawat dan lainnya, kunci, perlengkapan hidrolik

*A, Bagus; D, Buruk.

Sebagian besar paduan aluminium bisa untuk permesin, dibentuk, dan dilas

dengan relatif mudah.

Ada dua jenis paduan yang terbuat dari aluminium:

1. Paduan yang dapat dikeraskan dengan perlakuan dingin dan tidak bisa

dengan perlakuan panas.

2. Paduan yang dapat dikeraskan dengan perlakuan panas.

Penandaan paduan aluminium tempa. Paduan aluminium tempa dapat

diidentifikasi oleh empat digit dengan penandaan sifat yang menunjukkan kondisi

material. (Lihat juga sistem penyatuan angka dalam bagian ini) unsur paduan

utama diidentifikasi oleh digit pertama.

1xxx - aluminium murni komersial: ketahanan korosi yang sangat baik,

konduktivitas listrik dan panas tinggi, pengerjaan yang baik, kekuatan

yang rendah, tidak tahan terhadap panas.

2xxx - tembaga: kekuatan tinggi untuk rasio berat, ketahanan yang rendah

terhadap korosi, bisa diperlakuan panas

3xxx - mangan: pengerjaan yang baik, kekuatan sedang, umumnya tidak

bisa perlakuan panas.

4xxx - silikon: titik lebur menurun, dari film oksida yang abu-abu gelap

untuk warna arang, umumnya tidak bisa perlakuan panas.

P a g e | 7

5xxx - magnesium: ketahanan korosi yang baik dan mampu dilas, kekuatan

sedang sampai tinggi, tidak bisa perlakuan panas.

6xxx - magnesium dan silikon: kekuatan sedang; formability, kemampuan

untuk permesinan, kemampuan las baik, dan tahan korosi; bisa perlakuan

panas.

7xxx - seng: kekuatan sedang sampai sangat tinggi, bisa perlakuan panas

8xxx - elemen lain

Angka kedua dalam penandaan ini menunjukkan modifikasi dari paduan.

Untuk seri 1xxx, angka ketiga dan keempat untuk menunjukan jumlah minimum

dalam paduan aluminium. Sebagai contoh, 1050 menunjukkan minimal 99,50%

Al dan 1090 menunjukkan minimal 99,90% Al. Dalam seri lain, angka ketiga dan

keempat mengidentifikasi paduan yang berbeda dalam kelompok dan angka tidak

memiliki makna.

Sebuah aluminium khusus dapat terdiri dari paduan aluminium berikut,

semua dalam kondisi H19 (yang merupakan keadaan tertinggi dalam perlakuan

dingin): 3.004 atau 3.104 dapat untuk bodi, 5.182 untuk penutup, dan 5.042 untuk

etiket. paduan ini dipilih untuk karakteristik manufaktur serta untuk ekonomi.

Penandaan paduan aluminium cor. Penandaan untuk paduan Aluminium cor

juga terdiri dari empat digit. Angka pertama menunjukkan kelompok paduan

utama, sebagai berikut:

1xx.x – Aluminium (minimum 99,00%)

2xx.x – Aluminium -Tembaga

3xx.x – Aluminium - Silikon (dengan tembaga dan/ atau magnesium)

4xx.x – Aluminium - Silikon

5xx.x – Aluminium - Magnesium

P a g e | 8

6xx.x - seri tidak digunakan

7xx.x – Aluminium - Zinc

8xx.x – Aluminium – Tin

Dalam seri 1xx.x, angka kedua dan ketiga menunjukan kadar aluminium

minimum, angka ketiga dan keempat menunjukan aluminium di tempa. Untuk seri

lain, angka kedua dan ketiga tidak memiliki arti/makna. Angka keempat (di

sebelah kanan titik desimal) menunjukkan bentuk produk.

Penandaan sifat. Penandaan sifat untuk kedua alumunium tempa dan tuang

adalah sebagai berikut:

F - fabrikasi (dengan perlakuan dingin atau panas atau dengan

pengecoran)

O - anil (dari perlakuan dingin atau keadaan cor/ tuang)

H - tegangan keras dengan perlakuan dingin (hanya untuk produk tempa)

T - perlakuan panas

W - hanya pereaksian larutan (keadaan tidak stabil)

Unified Numbering system (Sistem penomoran terpadu). Seperti halnya

dengan baja, aluminium dan logam dan paduan nonferro yang lainnya, sekarang

diidentifikasi secara internasional oleh sistem penomoran terpadu, yang terdiri

dari huruf yang menunjukkan kelas umum dari paduan dan diikuti oleh lima

angka yang menunjukkan komposisi kimianya. Sebagai contoh, A untuk

aluminium, C untuk tembaga, N untuk paduan nikel, P untuk logam mulia, dan Z

untuk seng. Dalam penandaan UNS, paduan aluminium tempa 2024 adalah

A92024.

Produksi. Aluminium pertama kali diproduksi pada tahun 1825. Alumunium

adalah unsur logam yang paling berlimpah, yang menyusun sekitar 8% dari kerak

bumi, dan diproduksi dalam jumlah terbanyak setelah besi. Bijih aluminium

P a g e | 9

utama adalah bauksit, aluminium oksida yang hydrous (yang mengandung air)

dan termasuk oksida lainnya. Setelah memisahkan tanah liat dan lumpur dengan

bijih, bijih tersebut dihancurkan menjadi serbuk dan diperlakukan panas dengan

soda caustic (sodium hidroksida) untuk menghilangkan kotoran. Alumina (oksida

aluminium) diekstrak menjadi larutan dan kemudian dilarutkan kedalam natrium

Flourida cair dan aluminium flourida pada suhu 940 - 980° C. Kemudian

campuran ini mengalami elektrolisis. Logam aluminium terbentuk pada katoda

(kutub negatif), sedangkan oksigen dilepaskan pada anoda (kutub positif).

aluminium murni Komersial hingga 99,99% Al, yang biasa juga disebut dalam

industri sebagai aluminium "empat sembilan". Proses produksi mengkonsumsi

banyak listrik, sehingga memberikan kontribusi signifikan terhadap biaya

aluminium.

Aluminium berpori. Blok aluminium yang telah diproduksi, 37% lebih ringan

dari aluminium padat dan memiliki permeabilitas seragam (microporosity).

Karakteristik ini memungkinkan penggunaannya dalam aplikasi dimana vakum

atau perbedaan tekanan harus dipertahankan. Contohnya adalah perlengkapan

yang berpori untuk perakitan dan otomatisasi, dan vakum atau thermoforming dari

plastik (Bab 19.6). blok ini adalah 70 - 90% aluminium serbuk; dan sisanya

adalah resin epoxy. Aluminium dapat menjadi mesin dengan relatif mudah dan

dapat digabungkan dengan menggunakan perekat.

CONTOH 6.1 Sebuah mobil aluminium

Penggunaan Aluminium di mobil dan truk ringan terus meningkat. Seperti baru-

baru ini sejak tahun 1990, tidak ada kerangka aluminium mobil penumpang yang

diproduksi di belahan dunia manapun, tetapi pada tahun 1997, ada tujuh jenis,

termasuk Phymoth Prowler dan Audi A8 (Gambar 6.2). dengan mengurangi berat

sampai dengan 47% dari kendaraan baja, mobil tersebut mengurangi penggunaan

bahan bakar sehingga mengurangi polusi, dan dapat didaur ulang.

Paduan dan desain baru dan metodologi manufaktur harus dikembangkan.

untuk contoh prosedur penyatuan perekat harus disempurnakan, desain bingkai

P a g e | 10

struktural harus dioptimalkan, dan desain perkakas baru (untuk memungkinkan

pembentukan aluminium) harus dikembangkan. Karena teknologi baru ini,

pemeliharaan lingkungan yang diinginkan bisa diwujudkan tanpa penurunan

kinerja atau keselamatan. Bahkan, Audi A8 adalah mobil mewah pertama yang

memperoleh rating lima bintang (keamanan tertinggi) untuk kedua kursi

pengemudi dan penumpang depan di National Highway Transportation Safety

Administration (NHSTA) New Car Assesment Program.

6.3 Magnesium dan paduan magnesium

Magnesium (Mg) adalah logam teknik ringan yang ada, dan memiliki

karakteristik meredam getaran yang baik. Paduan ini digunakan dalam aplikasi

struktural dan non-struktural dimana berat sangat diutamakan. Magnesium juga

merupakan unsur paduan dalam berbagai jenis logam nonferro.

paduan magnesium khusus digunakan di dalam pesawat terbang dan

komponen rudal, peralatan penanganan material, perkakas listrik portabel, tangga,

koper, sepeda, barang olahraga, dan komponen ringan umum. Paduan ini tersedia

sebagai produk cor/tuang (seperti bingkai kamera) atau sebagai produk tempa

(seperti kontruksi dan bentuk balok/batangan, benda tempa, dan gulungan dan

lembar plat). Paduan magnesium juga digunakan dalam percetakan dan mesin

tekstil untuk meminimalkan gaya inersia dalam komponen berkecepatan tinggi

(Bab 3.2).

Karena tidak cukup kuat dalam bentuk yang murni, magnesium

dipaduankan dengan berbagai elemen (Tabel 6.5) untuk mendapatkan sifat khusus

tertentu, terutama kekuatan untuk rasio berat yang tinggi. Berbagai paduan

magnesium memiliki pengecoran, pembentukan, dan karakteristik permesinan

yang baik. Karena magnesium mengoksidasi dengan cepat (pyrophpric), ada

resiko/bahaya kebakaran, dan tindakan pencegahan yang harus diambil ketika

proses permesinan, grindling, atau pengecoran pasir magnesium. Meskipun

P a g e | 11

demikian produk yang terbuat dari magnesium dan paduannnya tidak

menimbulkan bahaya kebakaran selama penggunaannya normal.

Penandaan paduan magnesium. paduan Magnesium ditetapkan sebagai berikut:

a. Satu atau dua huruf awalan, menunjukkan elemen paduan utama.

Gambar 6.2 (A) Mobil Audi A8 yang memiliki rangka bodi aluminium semua (b)

Rangka aluminium, menampilkan berbagai komponen yang dibuat dengan

P a g e | 12

ekstrusi, pembentukan lembaran, dan proses pengecoran. Sumber: Courtesy of

ALCOA, Inc

b. Dua atau tiga angka, menunjukkan persentase unsur paduan utama dan

dibulatkan ke desimal terdekat.

c. Huruf abjad (kecuali huruf I dan O) menunjukkan standar paduan dengan

variasi kecil dalam komposisi.

d. Simbol untuk sifat material, mengikuti sistem yang digunakan untuk paduan

aluminium.

Tabel 6.5

Sifat dan Bentuk Khas dari Paduan Magnesium Tempa

Paduan

Komposisi (%)

KondisiTegangan

tarik puncak (MPa)

Tegangan yield (MPa)

Pemanjangan dalam 50

mm (%)Bentuk khas

Al Zn Mn Zr Th

AZ31 B 3.0 1.0 0.2 — — F 260 200 15 Ekstruksi

H24 290 220 15Lembaran dan

plat

AZ80A 8.5 0.5 0.2 — — T5 380 275 7Ekstruksi dan

tempa

HK31A — — — 0.7 3 H24 255 200 8Lembaran dan

plat

ZK60A — 5.7 — 0.55 — T5 365 300 11Ekstruksi dan

tempa

Sebagai contoh, ambil paduan AZ91C-T6:

Unsur-unsur paduan utama adalah aluminium (A sebesar 9%, dibulatkan)

dan seng (Z sebesar 1%).

Huruf C, huruf ketiga dari alfabet, menunjukkan bahwa paduan ini adalah

yang ketiga dari satu standar (kemudian dari A dan B, yang merupakan

paduan pertama dan kedua yang standar, berturut-turut).

T6 paduan menunjukkan bahwa larutan ini telah direaksikan dan masa

artifiasial.

P a g e | 13

Produksi. Magnesium adalah elemen logam terbanyak ketiga (2%) di kerak bumi

setelah besi dan aluminium. Kebanyakan magnesium berasal dari air laut, yang

mengandung 0,13% magnesium dalam bentuk magnesium klorida. Pertama kali

diproduksi pada tahun 1808, logam magnesium dapat didapat dengan cara

electrolitik atau reduksi termal. Pada metode elektrolisis, air laut dicampur dengan

kapur (kalsium hidroksida) dalam tangki pengendapan. Magnesium hidroksida

presipitat mengendap, disaring dan dicampur dengan asam klorida. Larutan ini

mengalami elektrolisis (seperti yang dilakukan pada aluminium); agar eksploitasi

menghasilkan logam magnesium, yang kemudian dituang/dicor menjadi batang

logam untuk diproses lebih lanjut ke dalam berbagai bentuk. Dalam metode

reduksi thermal, batuan mineral yang mengandung magnesium (dolomit,

magnesit, dan batuan lainnya) dibagi dengan reduktor (seperti ferrosilicon serbuk,

sebuah paduan besi dan silikon), dengan memanaskan campuran di dalam ruang

vakum. Sebagai hasil reaksi ini, wujud uap dari magnesium, dan uap tersebut

mengembun menjadi kristal magnesium. Kristal ini kemudian meleleh, halus, dan

dituang menjadi batang logam untuk diproses lebih lanjut ke dalam berbagai

bentuk.

6.4 Tembaga dan paduan Tembaga

Pertama kali diproduksi pada sekitar 4000 SM, tembaga (Cu, dari Cuprum) dan

paduaannya memiliki sifat yang agak mirip dengan aluminium dan paduannya.

Selain itu, tembaga termasuk konduktor listrik dan panas yang paling baik (Tabel

3.1 dan 3.2), dan tembaga juga memiliki ketahanan korosi yang baik. Tembaga

mudah diproses dengan berbagai proses pembentukan, permesinan, pengecoran,

dan teknik penggabungan.

Paduan tembaga sering digunakan untuk aplikasi kombinasi listrik,

mekanik, nonmagnetic, tahan korosi, konduktif termal, dan ketahanan kualitas

yang diperlukan. Aplikasi termasuk komponen listrik dan elektronik, pegas,

peluru untuk senjata kecil, pipa, perpindahan panas, perangkat keras kapal laut,

P a g e | 14

dan barang-barang konsumsi (seperti peralatan memasak, perhiasan, dan benda-

benda dekoratif lainnya). Walaupun aluminium adalah material yang paling

umum untuk uang logam dalam cetakan injeksi polimer (Bagian 19.3), tembaga

tatap sering digunakan karena mempunyai sifat thermal yang baik . Tembaga

murni juga dapat digunakan sebagai pelumas padat di tempat operasi pembentuk

logam yang panas.

Paduan tembaga bisa menghasilkan berbagai jenis sifat dengan penambahan

unsur paduan dan dengan perlakuan panas, untuk meningkatkan karakteristik

manufaktur tembaga. Paduan tembaga yang paling umum adalah kuningan dan

perunggu. Kuningan (yang merupakan paduan dari tembaga dan seng) merupakan

salah satu paduan yang paling awal dikembangkan dan memiliki berbagai

aplikasi, termasuk benda-benda dekoratif (Tabel 6.6). Perunggu adalah paduan

tembaga dan timah (tabel 6.7). Ada juga perunggu lainnya, seperti perunggu

aluminium (yang merupakan paduan dari tembaga dan aluminium) dan perunggu

timah. Berilium tembaga (atau berilium perunggu) dan perunggu fosfor memiliki

kekuatan dan kekerasan yang baik untuk aplikasi seperti pegas dan bantakan.

paduan utama tembaga yang lain yaitu tembaga nikel dan perak nikel.

Penandaan paduan tembaga. Dalam Unified Numbering System, tembaga

diidentifikasi dengan huruf C. Misalnya, peluru kuningan adalah C26200,

menggantikan penomoran tiga digit kuno dari CDA 262 (untuk Copper

Development Association). Dalam penyertaan agar teridentifikasi dengan

komposisinya, tembaga dan paduan tembaga yang dikenal dengan berbagai nama

(Tabel 6.5 dan 6.6). penandaan sifat (seperti ½ keras, ekstra keras, ekstra pegas,

dan sebagainya) berdasarkan penurunan persentase oleh perlakuan dingin

(misalnya, dengan penggilingan atau penarikan).

Tabel 6.6Sifat dan Aplikasi Khas dari Tembaga dan Kuningan Tempa

Tipe dan angka UNS

Komposisi Nominal

(%)

Tegangan tarik puncak

(MPa)

Tegangan yield

(MPa)

Pemanjangan in 50 mm (%)

Aplikasi Khusus

P a g e | 15

Electrolytic tough pitch 9 copper (Cl 1000)

9.90 Cu, 0.04 O

220-450 70-365 55-4

Downspout, talang, atap, gasket, radiator mobil, tiang bis, paku, roll pencetakan, paku keling

Red brass, 85% (C23000)

85.0 Cu, 15.0 Zn

270-725 70-435 55-3

Weather stripping, pipa saluran, soket, kancing, pemadam, kondensor dan tabung penukar panas

Cartridge brass, 70% (C26000)

70.0 Cu, 30.0 Zn

300-900 75-450 66-3

Inti dan tangki radiator, shell senter, perlengkapan lampu, kancing, kunci, engsel, komponen amunisi, aksesoris pipa

Free-cutting brass (C36000)

61.5 Cu, 3.0 Pb, 35.5 Zn

340-470 125-310 53-18Gear, pinion, part mesin sekrup otomatis berkecepatan tinggi

Naval brass (C46400 to C46700)

60.0 Cu, 39.25 Zn, 0.75 Sn

380-610 380-610 50-17

Pesawat: barel turnbuckle, bola, baut; perangkat kapal laut: poros baling-baling, paku keling, batang katup, plat kondensor

Produksi. Tembaga ditemukan dalam beberapa jenis bijih, yang paling umum

adalah bijih sulfida. Bijih biasanya mempunyai kandungan yang rendah

(meskipun beberapa mengandung Cu sampai 15%) dan biasanya diperoleh dari

lubang penambangan terbuka. Pertama bijih dihancurkan dan kemudian dibentuk

menjadi bubur (campuran air dengan partikel padat yang tidak larut). bubur ini

dihancurkan menjadi patikel halus di dalam bola penggiling (memutar bola logam

yang ada didalam silinder untuk menghancurkan bijih, lihat Gambar 17.6).

Tabel 6.7Sifat dan Aplikasi Khas dari Perunggu Tempa

P a g e | 16

Tipe dan angka UNS Komposisi

Nominal (%)

Tegangan tarik

puncak (MPa)

Tegangan yield (MPa)

Pemanjangan in 50 mm (%)

Aplikasi Khusus

Perunggu arsitektur (C38500)

57.0 Cu, 3.0 Pb, 40.0 Zn

415 (ekstruksi)

140 30Ekstrusi arsitektur, Plang toko, ambang, lis, butt, engsel

Perunggu fosfor, 5% A (C51000)

95.0 Cu, 5.0 Sn, trace P

325-960 130-55Q 64-2

Bellow, disk kopling, pasak, diafragma, kancing, sikat kawat, perangkat keras kimia, mesin tekstil

Perunggu fosfor bebas potongan (C54400)

88.0 Cu, 4.0 Pb, 4.0 Zn, 4.0

Sn300-520 130-435 50-15

Bantalan, ring, roda gigi, pinions, poros, pendorong mesin cuci, part katup

Perunggu rendah silikon, B(C65100)

98.5 Cu, 1.5 Si

275-655 100-475 55-11

tabung/pipa tekanan hidrolik, baut, perangkat kapal laut, saluran listrik, penukar panas tabung

Nikel perak, 65-10 (C74500)

65.0 Cu, 25.0 Zn, 10.0 Ni

340-900 125-525 50-1

Paku keling, baut, pengencang slide, perangkat berongga, papan nama

Kemudian ditambahkan bahan kimia dan minyak, dan campuran tersebut diaduk.

Partikel-partikel mineral membentuk buih, yang mengeping dan dikeringkan.

Konsentrat tembaga kering (sebanyak sepertiga dari tembaga) yang lebur secara

tradisional (melebur dan menyatu) dan halus; proses ini dikenal sebagai

pyrometallurgy, karena menggunakan panas untuk memperbaiki logam. Untuk

aplikasi seperti konduktor listrik, tembaga ini disempurnakan lebih lanjut melalui

elektrolitik untuk kemurnian minimal 99,95% (elektrolisis tembaga bebas

oksigen). Teknik yang lebih baru untuk pengolahan tembaga adalah

hidrometalurgi, sebuah proses yang melibatkan reaksi kimia dan elektrolitik.

6.5 Nikel dan Paduan Nikel

Nikel (Ni) adalah logam perak-putih yang ditemukan pada tahun 1751 dan unsur

paduan utama yang memberikan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi.

Yang biasanya digunakan secara luas pada baja stainless dan paduan berbasis

nikel (yang biasa disebut superalloy). Paduan nikel digunakan pada aplikasi

temperatur tinggi (seperti komponen mesin jet, roket, dan pembangkit listrik

tenaga nuklir), dalam penanganan makanan dan peralatan pengolahan kimia, koin,

P a g e | 17

dan dalam perangkat kapal laut. Karena nikel mempunyai sifat magnetik, paduan

nikel juga digunakan dalam aplikasi elektromagnetik, seperti solenoida.

Penggunaan utama nikel yaitu sebagai logam untuk electroplating dari part untuk

permukaannya dan untuk peningkatan ketahanannya terhadap korosi dan keausan.

Paduan nikel memiliki kekuatan tinggi dan tahan korosi pada temperatur tinggi.

Pemaduan unsur nikel kromium, kobalt, dan molibdenum. Sifat paduan nikel

dalam mesin, pembentuk, casting, dan pengelasan dapat dimodifikasi dengan

berbagai unsur paduan lainnya.

Berbagai paduan nikel, memiliki berbagai kekuatan pada temperatur yang

berbeda, telah dikembangkan (Tabel 6.8). Meskipun nama dagang masih

digunakan secara umum, paduan nikel sekarang diidentifikasi dalam sistem UNS

dengan huruf N. Jadi, hastelloy G yang sekarang adalah N06007. Monel adalah

paduan nikel-tembaga. Inconel adalah paduan nikel-kromium dengan tegangan

tarik hingga 1400 MPa.

Tabel 6.8Sifat dan Aplikasi Khas dari Paduan Nikel (AH adalah Nama Perdagangan)

Tipe and angka UNS

Komposisi nominal

(%)

Tegangan tarik puncak

(MPa)

Tegangan yield (MPa)

Pemanjangan dalam 50 mm (%)

Aplikasi Khusus

Nickel 200 (annealed)

tidak ada 380-550 100-275 60-40

Industri pengolahan kimia dan makanan, peralatan luar angkasa, part elektronik

Duranickel 301 (age hardened)

4.4 Al, 0.6 Ti

1300 900 28Pegas, peralatan plastik ekstrusi, cetakan untuk kaca, diafragma

Monel R-405 (hot rolled)

30 Cu 525 230 35Produk skrup mesin, part meter air

Monel K-500 (age hardened)

29 Cu, 3 Al

1050 750 30Poros pompa, batang katup , pegas

Inconel 600 (annealed)

15 Cr, 8 Fe 640 210 48

Part turbin gas, peralatan perlakuan panas , part elektronik, reaktor nuklir

P a g e | 18

Hastelloy C-4 (solution-treated and quenched)

16 Cr, 15 Mo

785 400 54

Part yang membutuhkan stabilitas suhu tinggi dan ketahanan terhadap retak yang disebabkan tegangan dan korosi

Hastelloy (paduan nikel-kromium) memiliki ketahanan korosi yang baik dan

kekuatan tinggi pada suhu yang tinggi. Nichrome (paduan nikel, kromium, dan

besi) memiliki ketahanan listrik tinggi dan ketahanan yang tinggi terhadap

oksidasi dan digunakan untuk elemen pemanas listrik. Invar dan kovar (paduan

besi dan nikel) memiliki sensitivitas yang relatif pada suhu rendah (bagian 3.6).

Produksi. Sumber utama nikel adalah sulfida dan bijih oksida, yang semuanya

memiliki kadar nikel yang rendah. Nikel adalah logam yang dihasilkan dengan

proses sedimentasi dan termal awal diikuti oleh elektrolisis; yang menghasilkan

nikel murni 99,95%. Meskipun nikel juga ada di dasar laut dalam jumlah yang

signifikan, namun pertambangan bawah laut itu tidak ekonomis.

6.6 Superalloy

Superalloy sangat penting untuk aplikasi temperatur tinggi, oleh karena itu,

mereka juga dikenal sebagai paduan tahan suhu panas atau tinggi. Superaloy

umumnya memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi, kelelahan mekanis dan

termal, getaran mekanik dan termal, rambatan, dan erosi pada temperatur tinggi.

Aplikasi utama dari superalloy adalah untuk mesin jet dan turbin gas. Aplikasi

lain mesin torak, mesin roket, alat-alat dan cetakan untuk perlakuan panas logam,

nuklir, kimia, dan industri petrokimia. Secara umum, superalloy diidentifikasi

dengan nama dagang atau sistem penomoran khusus, dan mereka tersedia dalam

berbagai bentuk. Kebanyakan superalloy memiliki ketahanan suhu maksimum

sekitar 1000o C dalam aplikasi struktural. Suhu dapat setinggi 1.200o C untuk

komponen bantalan non beban.

P a g e | 19

Tabel 6.9Sifat dan Aplikasi Khusus dari SuperalloyBerbasis Nikel pada 870 C (Semua Nama Perdagangan)

Paduan KondisiTegangan

tarik puncak (MPa)

Tegangan yield (MPa)

Pemanjangan dalam 50 mm

(%)Aplikasi Khusus

Astroloy Tempa 770 690 25Tempa untuk penggunaan suhu tinggi

Hastelloy X Tempa 255 180 50 Part lembar mesin Jet

IN-100 Tuang/cor 885 695 6Roda dan baling-baling mesin jet

IN-102 Tempa 215 200 110Pemanas dan partmesin jet

Inconel 625 Tempa 285 275 125Mesin dan rangka pesawat, peralatan pengolahan kimia

lnconel 718 Tempa 340 330 88 Mesin jet dan part roket

MAR-M 200 Tuang/cor 840 760 4 Baling-baling mesin jet

MAR-M 432 Tuang/cor 730 605 8roda integral cor pada turbin

René 41 Tempa 620 550 19 Part mesin jet

Udimet 700 Tempa 690 635 27 Part mesin jet

Waspaloy Tempa 525 515 35 Part mesin jet

Superaloy terdiri dari berbasis besi, berbasis kobalt, atau berbasis nikel.

Superalloy berbasis Besi pada umumnya mengandung 32-67% Fe, dari 15

sampai dengan 22% Cr, dan 9-38% Ni. Paduan umum dalam kelompok ini

adalah seri incoloy.

Superalloy berbasis Cobalt pada umumnya mengandung 35-65% Co, dari 19

menjadi 30% Cr, dan naik 35% Ni. Superalloy ini tidak sekuat superalloy

berbasis nikel, tetapi mereka mampu mempertahankan kekuatan mereka pada

suhu yang lebih tinggi.

Superalloy berbasis Nikel adalah yang paling umum dari superalloy, dan

mereka tersedia dalam berbagai macam komposisi (tabel 6.9). komposisi

nikel adalah 38-76%. Mereka juga mengandung 27% Cr dan 20% paduan Co.

Biasanya paduan dalam kelompok ini adalah Hastelloys, Inconel, Nimonic,

Rene, udimet, astroloy, dan seri waspaloy.

P a g e | 20

6.7 Titanium dan Paduan Titanium

Titanium (Ti, nama Dewa Matahari Yunani) adalah logam berwarna putih perak,

yang ditemukan pada tahun 1791 tetapi tidak diproduksi secara komersial hingga

tahun 1950-an. Meskipun mahal, titanium mempunyai kekuatan tinggi terhadap

rasio berat dan ketahanan korosi pada ruang dan temperatur tinggi sehingga

membuat titanium mudah untuk berbagai aplikasi, termasuk pesawat udara; mesin

jet (lihat Gambar 6.1), mobil balap, stik golf, kimia, petrokimia, dan komponen

kapal laut; lambung kapal selam, kendaraan lapis baja, dan biomaterial, seperti

implan ortopedi (Tabel 6,10). Paduan Titanium telah dikembangkan untuk

peralatan yang digunakan pada suhu 550° C untuk jangka waktu yang lama dan

sampai dengan 750° C selama periode yang lebih pendek.

Titanium bukan paduan, atau yang dikenal sebagai titanium murni

komersial, memiliki ketahanan terhadap korosi yang sangat baik untuk aplikasi

yang bukan mengutamakan kekuatan (kekuatan adalah pertimbangan skunder).

Aluminium, vanadium, molibdenum, mangan, dan unsur paduan lainnya

memberikan sifat seperti peningkatan workability, kekuatan, dan hardenability.

Tabel 6.10Sifat dan Aplikasi Khas dari Paduan Titanium Tempa pada Berbagai Suhu

Komposisi

nominal (%)

UNS Kondisi

Tegangan tarik

puncak (Mpa)

Tegangan yield (Mpa)

Pemanja-ngan (%)

Reduksi area (%)

Temp (oC)

Tegangan tarik puncak (Mpa)

Tegangan yield (Mpa

)99.5 Ti R50250 Annealed 330 240 30 55 300 150 955 Al, 2.5 Sn

R54520 Annealed 860 810 16 40 300 565 450

6 Al, 4 V

R56400 Annealed 1000 925 14 30 300 725 650

Solution + age

1175 1100 10 20 300 980 900

13 V, 11 Cr, 3 Al

R58010

Solution + age

1275 1210 8 — 425 1100 830

Sifat dan karakteristik pembuatan paduan titanium sangat sensitif terhadap

variasi kecil di kedua pemadu dan sisa elemen. Oleh karena itu, kontrol dari

P a g e | 21

komposisi dan pengolahan menjadi sangat penting, terutama pencegahan dari

kontaminasi permukaan oleh hidrogen, oksigen, atau nitrogen selama pengolahan;

kontaminasi tersebut dapat menyebabkan embrittlement pada titanium yang

berakibat mengurangi ketangguhan dan daktilitas.

Bentuk pusat struktur kubik titanium (beta-titanium) di atas 880° C adalah

ulet, sedangkan struktur heksagonal-padat (alpha-titanium) agak rapuh dan sangat

peka terhadap tegangan dan korosi. Berbagai struktur lainnya (alpha, mendekati-

alpha, alpha-beta, dan beta) dapat diperoleh dengan pemaduan dan perlakuan

panas, sehingga sifat dapat dioptimalkan untuk aplikasi khusus. Titanium

intermetallics aluminide (TiAl dan Ti3Al) memiliki kekakuan yang lebih tinggi

dan kerapatan yang lebih rendah dibandingkan dengan paduan titanium

konvensional, dan mereka tahan terhadap suhu yang lebih tinggi.

Produksi. Pertama bijih yang mengandung titanium direduksi menjadi titanium

tetraklorida dalam tanur, kemudian dikonversi menjadi titanium klorida dalam

keadaan klorin. Senyawa ini direduksi lebih lanjut menjadi logam titanium dengan

cara penyulingan dan peleburan (larut). Bentuk rangkaian spons titanium yang

kemudian ditekan ke billet untuk dilelehkan, dan dituangkan menjadi batang

logam untuk diproses kemudian ke dalam berbagai bentuk. Kompleksitas dari

operasi termokimia multi-langkah ini (proses Kroll dikembangkan pada tahun

1940-1950-an) menambah banyak biaya dari titanium. Perkembangan baru dalam

proses ekstraksi elektrokimia yang sedang berlangsung untuk mengurangi jumlah

langkah-langkah yang terlibat dan konsumsi energi, sehingga mengurangi biaya

produksi titanium.

6.8 Logam Refractory dan Paduan

Ada empat logam refraktori: molibdenum, niobium, tungsten, dan tantalum.

Disebut refraktori karena mempunyai titik lebur yang tinggi. Meskipun logam ini

ditemukan sekitar 200 tahun yang lalu dan telah digunakan sebagai unsur penting

dalam paduan baja dan superalloy, penggunaannya sebagai paduan logam

P a g e | 22

rekayasa belum dimulai sampai sekitar tahun 1940-an. Sama seperti dari

kebanyakan dari logam dan paduan lain, logam ini mampu mempertahankan

kekuatan mereka pada suhu yang tinggi. Oleh karena itu, mereka sangat penting

dan digunakan untuk mesin roket, turbin gas, dan berbagai aplikasi kedirgantaraan

lainnya; untuk elektronik, daya nuklir, dan industri kimia, dan sebagai alat dan

bahan cetakan. Kisaran suhu untuk beberapa aplikasi ini adalah pada diantara

1100-2200° C, di mana kekuatan dan oksidasi menjadi perhatian utama.

6.8.1 Molybdenum

Molibdenum (Mo) adalah logam perak-putih yang ditemukan pada abad ke-18

dan memiliki titik lebur yang tinggi, modulus elastisitas yang tinggi, tahan

terhadap kejutan termal, konduktivitas listrik dan termal yang baik. Molybdenum

digunakan dalam jumlah yang lebih banyak dari logam refraktori lain, dengan

aplikasi khususnya seperti propelan padat roket, mesin jet, struktur sarang lebah,

komponen elektronik, elemen pemanas, dan cetakan untuk die casting. Unsur

paduan utama molibdenum adalah titanium dan zirkonium. Molyndenum juga

merupakan unsur penting dalam paduan cor, paduan baja tempa dan paduan tahan

panas; molybdenum memberikan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan terhadap

korosi. Kelemahan utama dari paduan molybdenum yang mempunyai resistensi

yang rendah terhadap oksidasi pada suhu di atas 500° C, yang mengharuskan

menggunakan lapisan pelindung.

Produksi. Sumber utama untuk molybdenum adalah mineral molibdenit

(molibdenum disulfida). bijih yang pertama diproses dan terkonsentrasi;

kemudian direduksi, reaksi pertama dengan oksigen dan kemudian dengan

hidrogen. Teknik metalurgi serbuk juga digunakan untuk menghasilkan batang

logam untuk diproses lebih lanjut ke dalam berbagai bentuk.

6.8.2 Niobium (columbium)

P a g e | 23

Niobium (Nb, untuk niobium, setelah Niobe, mitos putri raja Tantalus Yunani)

pertama kali diidentifikasi pada tahun 1801, disebut juga sebagai columbium

(sumber mineralnya, columbite). Niobium memiliki daktilitas dan formability

yang baik dan ketahanan oksidasi yang lebih besar dari logam refraktori lainnya.

Dengan berbagai unsur paduan, paduan niobium dapat diproduksi dengan

kekuatan yang sedang dan karakteristik fabrikasi yang baik. Paduan ini digunakan

untuk roket, rudal, dan nuklir, kimia, dan aplikasi superkonduktor. Niobium juga

merupakan unsur pemadu dalam berbagai paduan dan superalloy. Logam yang

diproses dengan mereduksi dan pemurnian bijih menjadi serbuk kemudian

meleleh dan membentuk menjadi batang logam.

6.8.3 Tungsten

Tungsten (W, untuk wolfram, itu nama Eropa, dan berasal dari sumber mineral

wolframite; dalam bahasa Swedia, tung berarti berat dan sten berarti batu)

pertama kali diidentifikasi pada tahun 1781, tungsten adalah logam yang paling

banyak dari semua logam refraktori. Tungsten memiliki titik lebur yang tertinggi

dari semua logam (3410° C). Akibatnya, tungsten mempunyai karakteristik

kekuatan tinggi pada suhu yang tinggi. Namun, memiliki kepadatan yang tinggi

(maka digunakan untuk menyeimbangkan beban dan alat penghitung

keseimbangan (timbangan) dalam sistem mekanis, termasuk jam tangan otomatis),

namun getas pada temperatur rendah, dan ketahanan yang buruk terhadap

oksidasi. Tungsten memberikan kekuatan dan kekerasan terhadap baja pada suhu

yang tinggi.

Paduan tungsten yang digunakan untuk aplikasi yang melibatkan

temperatur di atas 1650° C, seperti kerongkongan liners nozzle di rudal dan di part

tahan panas mesin jet dan roket, pemutus rangkaian, elektroda las, alat pemutus

listrik pada proses permesinan, dan elektroda busi. Kawat filamen dalam bola

lampu pijar (Bagian 1.1) yang terbuat dari tungsten murni dan diproduksi dengan

menggunakan teknik metalurgi serbuk dan penarikan kawat. Tungsten karbida,

dengan kobalt sebagai pengikat untuk partikel karbida, adalah salah satu alat yang

P a g e | 24

paling penting dari cetakan bahan. Tungsten diproses dari bijih konsentrat dengan

dekomposisi kimia dan kemudian direduksi. Selanjutnya diproses dengan teknik

metalurgi serbuk dalam suasana hidrogen.

6.8.4 Tantalum

Dikenal pada tahun 1802, tantalum (Ta, mitos raja Yunani, Tantalus) mempunyai

karakteristik titik lebur yang tinggi (3000° C), kepadatan yag tinggi, daktilitas

yang baik, dan tahan terhadap korosi. Namun, memiliki ketahanan yang buruk

terhadap bahan kimia pada suhu di atas 150° C. Tantalum digunakan secara

umum untuk kapasitor elektrolit dan berbagai komponen listrik, elektronik, dan

industri kimia, tetapi juga digunakan untuk aplikasi termal, seperti di tanur dan

ketahanan asam dalam perpindahan panas. Berbagai paduan tantalum dasar

tersedia dalam berbagai bentuk yang digunakan untuk rudal dan pesawat.

Tantalum juga digunakan sebagai unsur paduan. Diproses dengan teknik yang

mirip dengan pengolahan untuk niobium.

6.9 Berilium

Baja berwarna abu-abu, berilium (Be, dari bijih beril) memiliki rasio kekuatan

terhadap berat yang tinggi. Berilium bukan paduan digunakan untuk nozel rorket,

ruang dan struktur rudal, rem cakram pesawat, alat pekakas presisi dan cermin.

Penggunaannya dalam aplikasi nuklir dan x-ray karena mempunyai penyerapan

neutron yang rendah. Berilium juga merupakan unsur paduan, dan campuran

tembaga dan nikel yang digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk pegas

(tembaga berilium), kontak listrik, dan alat nonsparking (bukan pemicu/pematik)

untuk digunakan di lingkungan rentan ledakan seperti pertambangan dan produksi

logam bubuk (Bagian 17.2). Berilium dan oksida beracun, oleh karena itu debu

dan asapnya tidak boleh dihirup.

6.10 Zirkonium

P a g e | 25

Zirkonium (Zr) yang mempunyai warna keperakan; memiliki kekuatan yang baik,

daktilitas pada temperatur tinggi, dan memiliki ketahanan korosi yang baik karena

membentuk film oksida. unsur ini digunakan dalam komponen elektronik dan

aplikasi daya reaktor nuklir karena penyerapan neutron yang rendah.

6.11 Paduan Low-Melting

Paduan Low-Melting dinamakan demikian karena mempunyai titik lebur yang

relatif rendah. Logam utama dalam kategori ini adalah timbal, seng, timah, dan

paduannya.

6.11.1 Timbal

Timbal (Pb, plumbum, berasal dari kata plumber) memiliki sifat kerapatan yang

tinggi, tahanan terhadap korosi (dengan lapisan lead-oksida stabil yang terbentuk

untuk melindungi permukaan), kelunakan, kekuatan rendah, daktilitas dan

workability yang baik. Pemaduan dengan berbagai unsur (seperti antimony dan

timah) meningkatkan sifat yang diperlukan, sehingga cocok untuk pipa, sistem

pipa-pipa yang dapat dilipat, paduan bantalan, lapisan kabel, atap, dan baterai

penyimpanan timbal-asam. Timbal juga digunakan untuk peredam suara dan

vibratica, perisai radiasi terhadap sinar-x, amunisi, berat, dan dalam industri

kimia.

Artefak tertua yang dikenal memimpin dibuat di sekitar 3000 SM Lead pipa yang

dibuat oleh orang-orang Roma dan diinstal di pemandian Romawi di Bath,

Inggris, dua ribu tahun yang lalu masih digunakan. Timbal juga merupakan

elemen paduan di solder, baja, dan paduan tembaga; itu

meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan machinability. Penggunaan

tambahan dari timah adalah sebagai pelumas padat untuk hot-logam membentuk

operasi. Karena toksisitasnya, bagaimanapun, kontaminasi vironmental oleh

timbal (menyebabkan keracunan timbal) merupakan masalah besar, upaya besar

yang dilakukan untuk menggantikan memimpin dengan unsur-unsur lain (seperti

P a g e | 26

solder bebas timbal). Sumber mineral penting untuk timbal adalah galena (PbS).

Hal ini ditambang, pengecoran, dan disempurnakan oleh perawatan kimia.

6.11.2 Seng

Seng (Zn), berwarna putih kebiruan dan merupakan logam keempat yang paling

dimanfaatkan untuk industri, setelah besi, aluminium, dan tembaga. Walaupun

keberadaannya dikenal selama berabad-abad, seng belum dikembangkan sampai

abad ke-18. Seng memiliki dua penggunaan utama: (1) untuk besi galvanis, baja

lembaran, dan kawat,. (2) sebagai paduan dasar untuk pengecoran

Pada galvanis, seng berfungsi sebagai anoda dan pelindung baja (katoda)

dari serangan korosi ketika lapisan tergores atau tertusuk. Seng juga digunakan

sebagai unsur paduan; kuningan, misalnya adalah paduan tembaga dan seng.

Unsur paduan utama di paduan seng dasar adalah alumunium, tembaga, dan

magnesium, mereka memberi kekuatan dan pengendalian bentuk selama

pengecoran logam. paduan seng dasar digunakan secara ekstensif dalam die

casting untuk membuat produk-produk seperti pompa dan tempat pembakaran

bahan bakar untuk mobil, komponen untuk peralatan rumah tangga seperti vacum

clener dan mesin cuci, peralatan dapur, berbagai suku cadang mesin, dan peralatan

photoengraving. Kegunaan lain dari seng adalah untuk paduan superplastis yang

memiliki karakteristik formability yang baik berdasarkan kemampuannya untuk

mengalami deformasi yang luas tanpa kegagalan. Lembaran 78% Zn - 22% Al

dengan butiran yang sangat halus adalah contoh umum dari paduan seng

superplastis yang dapat dibentuk dengan menggunakan metode yang biasa

digunakan untuk membentuk plastik atau logam.

Produksi. Sejumlah mineral yang mengandung seng dapat ditemukan di alam.

Sumber mineral utama adalah sulfida seng, disebut juga zincbiende. Bijih yang

pertama dibakar di udara dan diubah menjadi oksida seng. Kemudian direduksi

menjadi seng melalui elektrolitik (menggunakan asam sulfat) atau dengan

memanaskan di dalam tungku dengan batu bara (yang menyebabkan seng mencair

untuk dipisahkan).

P a g e | 27

6.11.3 Tin

Meskipun hanya digunakan dalam jumlah kecil, timah (Sn, dari stannum) adalah

logam yang penting. Penggunaan yang paling umum dari timah (sebuah logam

perak-putih yang berkilau) adalah sebagai lapisan pelindung pada lembaran baja

(plat timah) digunakan dalam pembuatan wadah (kaleng timah) untuk makanan

dan berbagai produk lainnya. Kekuatan geser yang rendah dari lapisan timah pada

lembaran baja meningkatkan kinerjanya untuk deep drawing dan pressworking

umum. Tidak seperti kejadian pada baja galvanis, jika lapisannya ditusuk atau

dihancurkan baja akan berkarat hal ini karena timah bersifat katodik.

Timah bukan paduan digunakan untuk aplikasi seperti bahan lapisan untuk

penyulingan air pabrik dan sebagai lapisan logam cair dalam pembuatan

piringan/plat kaca (Bagian 18.3). Paduan timah dasar (disebut juga logam putih)

umumnya mengandung tembaga, antimony, dan timah hitam. Unsur paduan

menghasilkan kekerasan, kekuatan, dan ketahanan terhadap korosi. Timah

merupakan unsur pemadu untuk paduan gigi dan perunggu (paduan tembaga-

timah), titanium, dan paduan zirkonium. paduan timah-timbal biasanya untuk

bahan solder, dengan berbagai komposisi dan titik leleh.

Karena koefisien gesek yang rendah, (yang dihasil dari kekuatan geser

rendah dan adhesi rendah) beberapa paduan timah digunakan sebagai bahan

bantalan pada pencetakan surat kabar. Paduan ini dikenal sebagai babbitts (I.

Babbitt, 1799-1862) yang mengandung timah, tembaga, dan antimony. Pewter

adalah paduan dari timah, tembaga, dan antimony. Yang dikembangkan pada abad

ke-15 dan telah digunakan untuk perangkat makan, barang berongga, dan hiasan

artefak. Organ pipa terbuat dari paduan timah. Mineral timah yang paling penting

adalah kasiterit (oksida timah), yang mempunyai tingkat rendah. bijih yang

ditambang, dipadatkan dengan berbagai teknik pengecoran, peleburan, dan

dituang menjadi batang logam untuk pengolahan lebih lanjut.

6.12 Logam Mulia

P a g e | 28

Logam yang paling penting mahal (mewah), juga disebut logam mulia, akan

dijelaskan di sini.

Emas (Au, setelah Aurum) adalah logam lunak, ulet dan memiliki

ketahanan korosi yang baik pada suhu apa pun. Aplikasi yang umum

meliputi perhiasan, koin, reflektor, daun emas untuk tujuan dekoratif,

perawatan gigi, electroplating (penyepuhan), kontak listrik dan terminal.

Perak (Ag, setelah argentum) adalah logam ulet dan memiliki

konduktivitas listrik dan panas yang paling tinggi dari semua logam (Tabel

3.1). Namun, perak menghasilkan film oksida yang akan mempengaruhi

karakteristik permukaannya dan penampilan. Aplikasi yang umum dari

perak meliputi peralatan makan dan minum, perhiasan, koin,

elektroplating (penyepuh), film fotografi, kontak listrik, solder, pelapis

bantalan, peralatan makanan dan kimia. Perak tulen adalah paduan perak

dan 7,5% tembaga.

Platinum (Pt) adalah logam yang lembut, ulet, logam putih keabu-abuan

yang memiliki ketahanan korosi yang baik bahkan pada suhu yang tinggi.

Paduan platinum digunakan sebagai kontak listrik, untuk elektroda busi,

sebagai katalis untuk perangkat pengendalian polusi mobil, filamen, nozel,

cetakan untuk mengekstrusi fiber glass (Bagian 18.3), termokopel, industri

elektrokimia, sebagai perhiasan, dan perbaikan gigi.

6.13 Paduan Shape-Memory

Paduan shape-memory adalah paduan yang unik, setelah terdeformasi plastis pada

suhu kamar ke dalam berbagai bentuk, paduan shape-memory kembali ke bentuk

aslinya dengan pemanasan. Sebagai contoh, sepotong kawat lurus yang terbuat

dari bahan ini dirubah ke dalam bentuk pegas heliks, ketika dipanaskan dengan

korek, menguraikan pegas untuk kembali ke bentuk aslinya yang lurus. paduan

shape-memory dapat digunakan untuk menghasilkan gerakan dan / atau perangkat

P a g e | 29

di aktuator suhu yang sensitif. Sifatnya yang reversibel, yaitu bentuknya yang

dapat berpindah bolak-balik berulang kali pada aplikasi dengan perpindahan

panas. Paduan shape-memory yang khas adalah 55% Ni - 45% Ti (Nitinol).

Paduan lainnya seperti tembaga-nikel-aluminium, tembaga-seng-aluminium, besi-

mangan-silikon, dan titanium-nikel-hafnium. Paduan shape-memory umumnya

memiliki sifat seperti daktilitas yang baik, tahan korosi, dan konduktivitas listrik

yang tinggi.

Aplikasi dari paduan shape-memory yaitu untuk berbagai sensor, bingkai

kacamata, stent, relay, pompa, saklar, konektor, klem, pengikat, dan segel.

Sebagai contoh, sebuah katup nikel-titanium anti-melepuh yang digunakan untuk

melindungi masyarakat agar tidak tersiram air panas yang ada di wastafel, bak,

dan kamar mandi. Hal ini dipasang langsung ke dalam sistem perpipaan dan

mengalirkan aliran air yang menetes dalam waktu 3 detik setelah suhu air

mencapai 47° C. Perkembangan yang baru meliputi film tipis paduan shape-

memory yang diletakkan di atas substrat silikon yang disempurnakan dan untuk

digunakan dalam perangkat microelectromechanical (MEMS) (lihat Bab 29).

6.14 Paduan Amorf (Kaca Metalik)

Kelas paduan logam yang tidak seperti logam, tidak memiliki struktur kristal

jangka panjang yang disebut paduan amorf; paduan amorf tidak memiliki batas

butir, dan atom yang disusun secara acak dan ketat. Struktur amorf pertama

diperoleh pada akhir tahun 1960 dengan pembekuan yang sangat cepat dari

paduan cair (Bagian 11.5). Karena strukturnya yang menyerupai kaca, paduan ini

disebut juga paduan kaca metalik. paduan Amorf biasanya mengandung besi,

nikel, dan kromium, yang dipadukan dengan karbon, fosfor, boron, aluminium,

dan silikon. Paduan amorf terdapat dalam bentuk kawat, pita, strip, dan bubuk.

Salah satu aplikasinya untuk insert permukaan plat pada kepala stik golf; paduan

ini memiliki komposisi zirkonium, berilium, tembaga, titanium, dan nikel dan

dibuat dengan cara pengecoran cetak. Aplikasi lainnya adalah untuk alat pemukul

P a g e | 30

baseball yang dilapisi alumunium berongga dengan komposit logam amorf

dengan penyemprotan termal untuk meningkatkan kinerja alat pemukul.

Paduan amorf menunjukan ketahanan korosi yang sangat baik, daktilitas

yang baik, kekuatan tinggi, dan kerugian histeresis magnetik yang sangat rendah.

Sifat yang terakhir paduan amorf digunakan dalam pembuatan inti baja magnetik

untuk transformator, generator, motor, ballast lampu, penguat magnetik, dan

akselerator linier. Kerugian histeresis magnetik yang rendah memberikan

peningkatan efisiensi, namun biaya fabrikasi menjadi signifikan. Baja amorf yang

sedang dikembangkan kekuatannya menjadi dua kali dari baja berkekuatan tinggi,

dengan aplikasi potensial dalam susunan yang besar, namun . Baja amorf saat ini

dengan biaya yang terjangkau. aplikasi utama untuk superalloy dari bubuk yang

dipadatkan dengan cepat yaitu penggabungan ke dalam bentuk near-net untuk

suku cadang yang digunakan pada mesin penerbangan.

6.15 Metal Foams

Metal foams merupakan struktur material yang dimana logam hanya terdiri dari 5

sampai 20% dari volume strukturnya. Biasanya terbuat dari paduan aluminium

(tapi juga ada yang dari titanium atau tantalum), metal foams dapat diproduksi

dengan cara meniup udara ke dalam logam cair dan menekan busa yang terbentuk

di permukaan; buih tersebut kemudian mengeras menjadi busa. Cara/metode lain

untuk memproduksi metal foams meliputi (a) deposisi uap kimia (Bagian 34.6)

menjadi polimer atau kisi/jeruji busa karbon, dan (b) doping yang dicairkan atau

serbuk logam (Bab 17) dengan titanium hidrida (TiH2), yang kemudian

melepaskan gas hidrogen dengan casting atau sintering pada suhu tinggi.

Metal foams memiliki kombinasi yang unik antara kekuatan terhadap

densitas dan kekakuan terhadap rasio densitas, meskipun rasio tersebut tidak

setinggi logam dasarnya. Namun, metal foams sangat ringan dengan demikian

metal foam menjadi bahan baik untuk aplikasi ruang angkasa. Karena

porositasnya, aplikasi lain metal foam yaitu filter dan implan ortopedi.

P a g e | 31

6.16 Nanomaterials

Perkembangan produksi bahan yang penting meliputi biji-bijian, serat, film, dan

komposit yang memiliki ukuran partikel yang ada pada kisaran 1-100 nm.

Penyelidikan perrtama pada awal tahun 1980 dan biasanya disebut nanomaterial,

nanomaterial mempunyai sifat tertentu yang lebih unggul dibandingkan bahan

biasa yang tersedia secara komersial. Ciri-ciri ini meliputi kekuatan, kekerasan,

keuletan, ketahanan aus dan ketahanan korosi, cocok untuk struktural (bantalan

beban) dan aplikasi nonstruktural untuk kombinasi listrik yang unik, magnetik,

dan alat optik.

Komposisi dari nanomaterial dapat berupa kombinasi dari unsur-unsur

kimia. komposisi yang lebih penting diantaranya karbida, oksida, nitrida, logam

dan paduan, polimer organik, dan berbagai komposit. Metode Sintesis diantaranya

kondensasi inert gas, sintesis plasma, elektrodeposisi, sintesis sol-gel, dan

pemaduan mekanik atau menggiling dengan bola besi.

bubuk disintesis digabungkan menjadi material berukuran besar oleh

berbagai teknik, termasuk pemadatan dan sintering. Nanomaterial tersedia dalam

berbagai bentuk dan disebut dengan berbagai nama, seperti bahan Nanostrukutral,

bahan nanostruktur, bahan nanophase, nanopowders, nanofibers, kawat nano,

nanotube, dan nanofilms. Karena perpaduan dari produk ini dilakukan pada

tingkat atom, kemurnian nanomaterial (pada urutan 99,9999%), homogenitas

nanomaterial, dan keseragaman mikro nanomaterial sangat terkendali; sebagai

hasilnya, sifat mekanik, fisik, dan kimia dari nanomaterial juga dapat dikontrol

dengan tepat.

Di antara kemampuan aplikasi nanomaterials pada saat ini adalah sebagai berikut:

a. Alat pemotong insert yang terbuat dari karbida Nanostrukutral dan

keramik lainnya.

b. Keramik nanophase yang ulet dan machinable.

P a g e | 32

c. Serbuk untuk pengolahan bubuk metalurgi.

d. Generasi selanjutnya dari chip komputer yang menggunakan bahan awal

Nanostrukutral dengan kemurnian sangat tinggi, yang mempunyai

konduktivitas termal lebih baik, dan interkoneksi yang lebih tahan lama.

e. Monitor/layar flat untuk komputer, laptop, dan televisi yang dibuat dari

sintesis fosfor nanostrukutral untuk meningkatkan resolusi layar.

f. Elektroda busi, alat pematik bahan bakar untuk roket, peralatan medis,

sensor dengan sensitivitas tinggi, katalis untuk menghilangkan polutan,

magnet daya yang tinggi, dan baterai kepadatan dengan kerapatan energi

yang tinggi.

Ringkasan

logam dan paduan Nonferro meliputi rentang yang sangat umum dari bahan.

Mereka dapat terdiri dari aluminium, magnesium, tembaga dan paduannya,

yang memiliki berbagai aplikasi. Untuk peralatan pada suhu yang tinggi,

terdiri dari nikel, titanium, paduan refraktori (molibdenum, niobium,

tungsten, tantalum), dan superalloys. paduan bahan nonferro lain yang

termasuk katagori yang mempunyai tingkat leleh rendah (timbal, seng, timah)

dan logam mulia (emas, perak, platina).

Paduan Nonferro memiliki berbagai sifat yang diperlukan, seperti kekuatan,

ketangguhan, kekerasan, dan daktilitas; ketahanan terhadap suhu tinggi,

penghantar, dan oksidasi; berbagai jenis bentuk, termal, sifat kimia, dan

kekuatan tinggi untuk berat/beban dan kekakuan untuk rasio berat (terutama

untuk aluminium dan titanium). Paduan Nonferro dapat diperlakukan panas

untuk mendapatkan sifat tertentu yang diinginkan. Seperti dalam semua

bahan, pemilihan bahan nonferro untuk aplikasi tertentu memerlukan

pertimbangan banyak faktor, termasuk desain dan persyaratan penggunaan,

P a g e | 33

efek jangka panjang, afinitas kimia untuk bahan lain, pencemaran lingkungan,

dan biaya.

Paduan shape-memory, paduan amorf (gelas metalik), dan nanomaterial

memiliki beberapa keunggulan sifat dibandingkan dengan material

konvensional. Masing-masing memiliki beberapa aplikasi yang unik dalam

desain produk dan manufaktur.