Tugas Uji Bahan

ALUMUNIUM DAN PADUAN, TEMBAGA DAN PADUAN, MAGNESIUM DAN PADUAN, SERTA LOGAM-LOGAM LAIN DAN PADUAN

Oleh: Dhea Isra Atmika Kintani Nyimas Jannatu Adnin

Apa itu logam paduan?

Logam paduan (alloy) adalah campuran dari dua atau lebih bahan yang dilebur menjadi satu dimana setidaknya salah satu bahan harus bersifat logam.

TEMBAGA DAN PADUANNYA

Tembaga atau cuprum dalam tabel periodik yang memiliki lambang Cu dan nomor atom 29. Tembaga merupakan logam setelah baja yang banyak digunakan sejak dahulu kala karena memiliki kemampuan dimesin/dikerjakan yang baik, daya tahan korosi, konduktor listrik dan panas yang tinggi. Tembaga banyak digunakan sebagai material penghantar listrik/kawat listrik. Tembaga memilik daya tahan korosi yang baik di dalam air, dalam tanah maupun dalam air laut, hal ini disebabkan adanya lapisan oksida yang melapisi permukaannya.Tembaga memiliki kekuatan tarik menengah dan dapat ditingkatkan dengan memadu seng atau timah menjadi brass(kuningan) dan bronze(perunggu).

Karakteristik Tembaga

Macam-Macam Tembaga dan Paduannya

A.Tembaga Murni (Unalloyed copper)

  Tembaga murni atau tembaga tak berpaduan merupakan suatu material teknik yang penting karena memiliki konduktifitas listrik yang tinggi, sehingga banyak digunakan di industri listrik. Tembaga Electrolytic tough-pitch (ETP) adalah tembaga yang tidak terlalu mahal dan digunakan untuk memproduksi kawat, batang, plat dan plat tipis. Tembaga ETP adalah tembaga yang telah dimurnikan kandungan besi sulfidanya dalam dapur pemurnian. Tembaga ETP mengandung oksigen sekitar 0.04% dalam bentuk Cu2O saat dicor

B. Brass (Tembaga Paduan Seng)

Kuningan adalah paduan logam tembaga dan logam seng dengan kadar tembaga antara 60-96% massa. Warna kuningan bervariasi dari coklat kemerahan gelap hingga ke cahaya kuning keperakan tergantung pada jumlah kadar seng. Seng lebih banyak mempengaruhi warna kuningan tersebut. Kuningan lebih kuat dan lebih keras daripada tembaga. Kuningan sangat mudah untuk di bentuk ke dalam berbagai bentuk, sebuah konduktor panas yang baik, dan umumnya tahan terhadap korosi dari air garam. Karena sifat-sifat tersebut, kuningan kebanyakan digunakan untuk membuat pipa, tabung, sekrup, radiator, alat musik, aplikasi kapal laut, dan casing cartridge untuk senjata api.

Macam-Macam Brass1. Paduan Cu - (5~20%) Zn, untuk material arsitektur, aksesoris baju, peralatan rumah tangga 2. Paduan Cu - (25~35%) Zn, disebut juga kuningan 7/3 dengan sifat mudah dimesin dengan kekuatan yang memadai sehingga tepat digunakan untuk komponen-komponen yang rumit.

3. Paduan Cu – (35~45%) Zn, disebut juga kuningan 6/4. Berharga lebih murah dan banyak dikerjakan panas, dengan kekuatan yang tinggi. Banyak digunakan untuk pengerjaan plat dan untuk peralatan mesin.

4. Paduan Cu–Zn–Sn (Naval Brass, kuningan perkapalan) yang mana kuningan 6/4 ditambahkan timah 0.5 ~ 1.5%. Namun bila kuningan 7/3 ditambah timah sekitar 1% disebut Admiral Brass, kuningan laksamana. Memiliki ketahanan korosi air laut yang tinggi. Banyak digunakan untuk kondenser air, komponen kapal laut.

5. Kuningan kekuatan tinggi (Cu-Zn-Mn), merupakan kuningan 6/4 yang dipadu dengan mangan 0.3 ~ 3% dan Al, Fe, Ni dan Sn di bawah 1% untuk meningkatkan kekuatan dan memperbaiki daya tahan korosi. Mn dan Fe melembutkan butiran logam sehingga kekuatan meningkat. Al dan Sn meningkatkan daya tahan korosi dan daya tahan aus. Nikel juga menaikkan kekuatan dan daya tahan aus. 

C.Bronze (Paduan Tembaga dan Timah)

Bronze / perunggu merupakan paduan tembaga yang kuat, keras dan memilik daya tahan korosi yang tinggi.

-Merupakan paduan antara tembaga dan timah sekitar 1 ~ 10%.  -Memiliki kekuatan lebih tinggi daripada brass terutama pada kondisi setelah dikerjakan dingin dan sifat tahan korosi.

-Membutuhkan biaya proses yang lebih mahal daripada brass  -Penambahan timah hingga 16% ada paduan coran untuk bantalan kekuatan tinggi dan roda gigi.  -Penambahan timbal (5 ~ 10%) untuk meningkatkan daya tahan aus pada permukaan bantalan.

a Perunggu Bebas Seng :    Perunggu bebas seng yang dinamakan juga perunggu timah, yaitu perunggu tuang dari Cu ditambah  10%, 14%, atau 20% Sn tanpa campuran tambahan lain. Bahan itu digunakan untuk pentil yang harus mempunyai syarat tinggi terhadap korosi dan ketangguhan (10% Sn). Selain itu pada bantalan harus mempunyai syarat-syarat tinggi untuk sifat luncur (14% Sn) dan unutuk bantalan-bantalan tekan dengan syarat tinggi untuk kekerasan (20 % Sn ).

c. Perunggu Bebas Seng Paduan Kepal :    Mempunyai 1,5 % sampai setinggi-tingginya 10 % timah putih dan selain itu Fosfor dalam persentase yang sangat kecil, yaitu  setinggi-tingginya  0,3 % campuran ini dahulu dinamakan perunggu Fosfor. Dipakai untuk profil-profil, batang-batang, kawat, plat, dan pipa yang dicanai dan ditarik.

c. Perunggu dan Seng :

    Perunggu seng ialah : perungu tembaga timah dengan tambahan seng 2 % - 7 %. Bahan itu dipakai terutama untuk bantalan-bantalan ( campuran tuang ).

d. Perunggu Aluminium :

    Perunggu Alumnium ialah : campuran tuang dan campuran kepal dari tembaga dengan Aluminium dengan besi dan bahan tambahan lain (perunggu dua zat). Perunggu dua zat (Al dan Ni) tahan korosi terhadap bahan kimia tertentu karena itu dipakai untuk perlengkapan kimia. Perunggu Alumium tidak mempunyai fungsi lain dari perunggu bebas seng. Sifat-sifatnya kurang baik, jadi tidak banyak dipakai kecuali di negeri-negeri yang kurang akan timah.

Perunggu Silikon baik sebagai paduan tuang maupun kepal mempunyai kadar (Si) 0,5 %-4,5 %. Selain itu ada bahan-bahan tambahan dari timah, nikel, mangan, besi dan seng dalam bermacam-macam persenyawaan. Sebagian dapat dijadikan misalnya; Cupoder yang mempunyai tahanan tarik dan kekerasan yangbaik . 

-Perunggu Silikon

D.Paduan Tembaga Berilium  -Mengandung berilium (Be) antara 0.6 ~ 2% dengan penambahan kobalt 0.2 hingga 2.5%.  -Memiliki kemampuan diperlakukan panas, dikerjakan dingin hingga memiliki kekuatan tarik sekitar 1463 MPa (tertinggi untuk jenis paduan tembaga).

-Banyak digunakan untuk peralatan yang membutuhkan kekerasan yang tinggi dan tidak menimbulkan bunga api untuk industri kimia.

-Memiliki daya tahan korosi, sifat tahan lelah dan kekuatan yang sangat baik sehingga digunakan untuk pegas, roda gigi, diafragma, katup. Kelemahannya pada harga yang mahal. 

Paduan Tembaga

ALUMUNIUM DAN PADUANNYA

Aluminium adalah logam yang ringan dengan berat jenis 2.7 gram/cm3 setelah Magnesium dan Berilium atau sekitar 1/3 dari berat jenis besi maupun tembaga. Konduktifitas listriknya 60 % lebih dari tembaga sehingga juga digunakan untuk peralatan listrik. Selain itu juga memiliki sifat penghantar panas, memiliki sifat pantul sinar yang baik sehingga digunakan pula pada komponen mesin, alat penukar panas, cermin pantul, komponen industri kimia dll.

Aluminium merupakan logam yang reaktif sehingga mudah teroksidasi dengan oksigen membentuk lapisan aluminium oksida, alumina (Al2O3) dan membuatnya tahan korosi yang baik. Namun bila kadar Fe, Cu dan Ni ditambahkan akan menurunkan sifat tahan korosi karena kadar aluminanya menurun. Penambahkan Mg, Mn tidak mempengaruhi sifat tahan korosinya.

Aluminium bersifat ulet, mudah dimesin dan dibentuk dengan kekuatan tarik untuk aluminium murni sekitar 4~5 kgf/mm2. Bila diproses penguatan regangan seperti dirol dingin kekuatan bisa mencapai ± 15 kgf/mm2.

KARAKTERISTIK ALUMUNIUM

Macam-Macam Alumunium dan

Paduannya

  Paduan aluminium seri 2000, biasanya terkenal dengan sebutan duraluminium atau super duraluminium. Kandungan Si yang lebih banyak pada A2014 dibandingkan A2017 membuat A2014 dapat ditingkatkan kekuatannya dengan melakukan perlakuan panas pendinginan cepat (quenching) lalu dipanaskan lagi ditemperatur di bawah suhu rekristalisasi dan didinginkan dalam udara (tempering).

Kandungan Cu dan Mg yang rendah pada A2117 membuat lebih tidak keras sehingga digunakan untuk bahan rivet. Kandungan Ni yang ditambahkan pada A2018 meningkatkan kekuatan tahan panasnya sehingga digunakan untuk komponen tahan panas dengan daerah panas penggunaan antara 200~250°C.

1.Paduan Al-Cu

Merupakan paduan aluminum seri 3000. Penambahan Mn sekitar 1.2% pada A3003 meningkatkan kekuatan 10% dari pada aluminium murni dengan sifat tahan korosi dan sifat mampu mesin yang sama dengan aluminium murni .Digunakan untuk peralatan dapur, panel.

2.Paduan Al-Mn

Merupakan paduan aluminium seri 5000 A5005 yang memiliki Mg yang rendah digunakan untuk aksesoris.Sedangkan paduan yang memiliki Mg antara 2 ~ 5% digunakan untuk material konstruksi seperti A5052, A5056, A5083. Untuk meningkatkan kekuatan terhadap korosi tegangan (stress-corrosion), Mn dan Cr ditambahkan.

3.Paduan Al-Mg

4.Paduan Al-Mg-SiMerupakan paduan aluminium seri 6000. Memiliki sifat tahan korosi dan kekuatan yang tinggi.

Contoh: A6061 digunakan untuk material konstruksi dan A6063 untuk bingkai arsitektur

5.Paduan Al-Zn-MgMerupakan paduan aluminium seri 7000.

Contoh: A7075 memiliki kekuatan yang tinggi sehingga banyak digunakan untuk material konstruksi pesawat terbang.

Macam-Macam Paduan Alumunium Coran1. Paduan Al-Cu Tuang/Cor. Mengandung Cu 4~5% dengan sifat dimesin yang baik namun memiliki sifat cor yang kurang baik. Untuk komponen mobil, komponen hidrolis untuk pesawat terbang2. Paduan Al-Si Tuang Mengandung Si 10~13% dan biasa disebut Silumin. Digunakan untuk penutup kotak.Penambahan Si 17 ~25% meningkatkan kekuatan suhu tinggi dengan koefisien mulur panas yang kecil, sehingga digunakan untuk silinder, piston dll.3. Paduan Al-Cu-Ni-Mg Tuang Mengandung Ni 2%, Mg 1.5%.Memiliki kekuatan suhu tinggi yang baik, serta koefisien mulur panas yang kecil sehingga digunakan untuk silinder head, mesin disel, piston dan sejenisnya.

Magnesium dan PaduannyaMagnesium adalah logam ringan dan banyak digunakan

untuk aplikasi yang membutuhkan massa jenis yang ringan. Magnesium adalah unsur kedelapan yang paling berlimpah dan merupakan sekitar 2% dari berat kerak bumi dan merupakan unsur yang paling banyak ketiga terlarut dalam air laut. Magnesium sangat melimpah di alam dan ditemukan dalam bentuk mineral penting didalam bebatuan , seperti dolomit, magnetit, dan olivin. Ini juga ditemukan dalam air laut, air asin bawah tanah dan lapisan asin. Ini adalah logam struktural ketiga yang paling melimpah di kerak bumi, hanya dilampaui oleh aluminium dan besi. Amerika Serikat secara umum menjadi pemasok utama dunia logam ini. Amerika Serikat memasok 45% dari produksi dunia, bahkan pada tahun 1995 Dolomit dan magnesit ditambang sampai sebatas 10 juta ton per tahun, di negara-negara seperti Cina, Turki, Korea Utara, Slowakia, Austria, Rusia dan Yunani. Aplikasi senyawa Magnesium digunakan sebagai bahan tahan api dalam lapisan dapur api untuk menghasilkan logam (besi dan baja, logam nonferrous), kaca, dan semen.

Dengan kepadatan hanya dua pertiga dari aluminium, magnesium memiliki banyak aplikasi dalam kasus di mana berat yang ringan sangat penting, yaitu dalam konstruksi pesawat terbang dan rudal. Ia juga memiliki banyak kegunaan kimia dan sifat metalurgi yang baik, sehingga membuatnya sesuai untuk berbagai aplikasi non-struktural lainnya. Magnesium banyak digunakan dalam industri dan pertanian. Kegunaan lain meliputi: penghapusan bentuk belerang besi dan baja, pelat photoengraved dalam industri percetakan, mengurangi agen untuk produksi uranium murni dan logam lainnya dari garamnya, fotografi senter, flare, dan kembang api.

Karakteristik :- Memiliki struktur HCP (Hexagonal Closed Packed)- Densitas/massa jenis=1.74 gram /cm3. (paling ringan dalam logam aplikasi)- Titik cair: 651°C- Memiliki harga yang lebih mahal daripada aluminium- Sulit dicor atau dituang karena dalam kondisi cair akan terbakar di udara oleh sebab itu perlu ditutup dengan flux selama pengecoran.- Dalam material teknik merupakan logam paling tidak stabil yang mana mudah terkorosi oleh air terutama bila bersama dengan Fe, Cu, Ni. - Banyak digunakan untuk peralatan pesawat terbang dan peralatan penanganan material.

Klasifikasi Magnesium Paduan

a) Magnesium paduan tempa (Wrought Alloys)  Magnesium paduan tempa dikelompokkan menurut kadar serta jenis unsur paduannya yaitu :  1) Magnesium dengan 1,5 % Manganese 2) Paduan dengan Aluminium , Seng sert Manganese  3) Paduan dengan Zirconium (paduan jenis ini mengandung kadar Seng yang tinggi sehingga dapat dilakukan proses perlakuan panas. 4) Paduan dengan Seng, Zirconium dan Thorium (Creep resisting-Alloys

b) Magnesium paduan Cor (Cast Alloys)  

Paduan ini dapat dikelompokan kedalam : 1. Paduan dengan Aluminium, Zincum dan Manganese, paduan cor ini merupakan paduan yang yang bersifat "heat tretable - Alloys".  2. Paduan dengan Zirconium, Zincum dan Thorium, paduan dengan unsur Zirconium dan Thorium merupakan paduan cor yang bersifat heat treatable dan creep resisiting.  3. Paduan dengan Zirconium dengan Rare earth metal serta Silver merupakan paduan Cor yang dapat di-heat treatment 4. Paduan dengan Zirconium, beberapa dari paduan Cor ini dapat di-heat treatment.

Secara umum :-berat jenis titanium (Ti) dan paduannya kurang lebih 60% dari berat baja-kekuatan titanium hampir sama dengan kekuatan baja-titanium hampir sama dengan kekuatan baja-banyak dipakai pada bagaian pesawat terbang dan kontruksi luar angkasa-tahan korosi sehingga banyak digunakan untuk komponen mesin dan alat kimia

Titanium dan Paduannya

Klasifikasi Titanium

-Dalam keadaan murni adalah logam lunak namun bila dicampur dengan unsur Ni,O dan C menjadi lebih kuat dan getas

-Pada temperatur yang tinggi afinitas terhadap gas sangat tinggi, sehingga dalam pembuatannya dilakukan pada tempat hampa atau dalam gas mulia.

Paduan Titanium

Ti5.5Al3.5Sn3Zr1NbDikenal sebagai timetal 829Dirancang untuk digunakan dalam mesin turbin gas

Ti-5553Ti-5AL-5V-5Mo-3CrDigunakan dalam komponen struktural boeing

Nikel dan Paduannya Nikel adalah suatu logam yang penting

dikarenakan sifatnya yang tahan karat dan tahan oksidasi di temperature tinggi.Karakteristik :- Memiliki struktur FCC (Face Center Cubic)- Densitas/massa jenis=8.9 gram /cm3.- Titik cair: 1453°C- Memiliki harga yang relatif mahal ($7/lb)-Tahan korosi dalam air maupun air laut

1. Nikel komersial dan Paduan Monel (Monel Alloys)

- Nikel murni komersial banyak digunakan untuk peralatan listrik dan elektronika karena kekuatannya dan konduktifitas listriknya yang baik serta tahan korosi untuk peralatan pemrosesan makanan.

- Nikel dan tembaga dapat memadu dengan sempurna satu sama lain dengan berbagai komposisi.

- Nikel yang dipadu dengan 32% Cu menghasilkan Monel 400 yang memiliki kekuatan yang tinggi, kemampuan las dan ketahanan korosi yang sangat baik di berbagai lingkungan.

2. Super paduan berbasis Nikel (Nickel-base superalloys)

- Memiliki komposisi 50~60% Ni, 15 ~ 20% Cr, 15~20% Co.

- Banyak digunakan untuk komponen turbin gas yang mana harus mampu bekerja pada suhu tinggi dan kondisi dengan kondisi oksidasi yang tinggi

- Penambahan sedikit aluminium (1~4%) dan titanium (2~4%) dapat meningkatkan kekuatan dengan melalui peresapannya.

- Inconel (Ni-Cr-Fe alloys) memiliki kekuatan tahan panas, tahan korosi.