7. Logam Nonferrous
-
Upload
besty-afrah-hasyati -
Category
Documents
-
view
266 -
download
8
description
Transcript of 7. Logam Nonferrous
Ir. Nyoman Udhi, MSi 1
LOGAM NONFERROUS
Literatur :
J. F. Shackelford, Materials Science for Engineer, 3rd Edition, Macmilian Publishing Company, New York USA, 1992, Chapter7Pat. L. Mangonon, The Principles of Materials Selection for Engineering Design, 1 st Edition, Prentice-Hall Inc., New Jersey USA, 1999, Chapter 12
MODUL 7
Ir. Nyoman Udhi, MSi2
TUJUAN PEMBELAJARAN Pada akhir pertemuan ini diharapkan mahasiswa dapat :
• Menjelaskan keunggulan - keunggulan logam non-ferrous.
• Mengidentifikasi beberapa jenis logam non-ferrous serta paduan-paduannya.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 3
KEUNGGULAN LOGAM NONFERROUS • tahan korosi,
• mudah difabrikasi,
• penghantar listrik dan panas yang baik,
• berwarna,
• beberapa logam non-ferrous mempunyai strength to weight
ratio lebih baik daripada baja (misalnya : aluminium).
Ir. Nyoman Udhi, MSi4
TEMBAGA DAN PADUANNYA Warna : merah Berat Jenis : 8,65 (baja 7,8) Titik Lebur : 1083oC (baja 1535oC)
Sifat-sifat :Tanpa paduan :
• daya hantar listrik dan panas baik,• keuletan tinggi,• ketahanan terhadap korosi baik.
Dengan paduan: sama dengan tanpa paduan, tetapi dengan tingkat yang berbeda :
• daya hantar listrik dan panas menurun,• keuletan menurun, tetapi kekuatan dan kekerasan-nya keuletan menurun, tetapi kekuatan dan kekerasan-nya
lebih baik,lebih baik,• ketahanan terhadap korosi menurun.ketahanan terhadap korosi menurun.
Ir. Nyoman Udhi, MSi5
Tembaga PaduanTembaga murni jarang digunakan, kecuali untuk alat-alat listrik atau pesawat penukar panas. Tembaga biasanya digunakan dalam bentuk paduan.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 6
KuninganDiagram fase Cu-Zn dapat dilihat dalam gambar di bawah ini.
• Larutan padat dapat melarutkan Zn hampir 39 % pada suhu 450oC dan sedikit menurun pada suhu yang lebih rendah;
• Larutan padat dapat memiliki ketangguhan paling baik pada kom-posisi 70Cu-30Zn;
• Dengan kadar Zn yang lebih tinggi akan tampak adanya struktur baru yaitu yang mengalami ordering menjadi ’;
• Fase ’ ini lebih keras dan getas sehingga sulit dide-formasi dingin (cold work).
Ir. Nyoman Udhi, MSi 7
Jenis Kuningan
Menurut strukturnya kuningan dapat dikelompokkan menjadi
:
(1)(1)--Brass : % Zn < 36
• ketahan terhadap korosi cukup baik,ketahan terhadap korosi cukup baik,
• mudah dideformasi dingin.mudah dideformasi dingin.
Sifat :
(2)(2)--Brass : 38 < % Zn < 46
lebih keras dan getas dibandingkan dengan lebih keras dan getas dibandingkan dengan – –
brass brass sehingga sulit dideformasi dingin.sehingga sulit dideformasi dingin.
Sifat :
Ir. Nyoman Udhi, MSi 8
(1) (1) --Brass
--brass dapat dikelompokkan menjadi :
(a) (a) RedRed --Brass : 5 < % Zn < 20
keuletan cukup tinggi,
ketahanan korosi lebih baik daripada yellow
-brass,
kecendrungan terjadinya seasen cracking
tidak ada,
lebih sulit dimachining dibandingkan dengan
yellow -brass,
lebih mahal dibandingkan dengan yellow -
brass.
Sifat :
Ir. Nyoman Udhi, MSi 9
(b) (b) YellowYellow --Brass : 20 < % Zn < 36
memiliki kombinasi kekuatan dan keule-tan
yang lebih baik dibandingkan dengan red -
brass,
ketahanan korosinya kurang baik diban-
dingkan dengan red -brass,
kecendrungan terjadinya seasen cracking
besar,
dapat dikerjakan dengan pengerjaan dingin
(cold work).
Sifat :
Ir. Nyoman Udhi, MSi 10
Jenis red -brass dan penggunaannya :
5 – 20 % ZnGilding metal Commercial bronze
Red brass Low brass
5 % Zn 10 % Zn
15 % Zn 20 % Zn
Biasanya dipoles halus dan dilapis
emas
Penggunaan :- coin- medalion- emblem- plaket
Berwarna mirip perunggu
mudah dicold work maupun
dihot work
Penggunaan :- sekrup- keling- benda tempaan
Mempunyai sifat tahan korosi yang terbaik,
tahan terhadap air sadah
Penggunaan :- pipa-pipa radiator- kondensor- dll.
Biasanya dikerjakan
dengan proses deep drawing
Penggunaan :- hiasan- alat musik- pipa fleksibel
Ir. Nyoman Udhi, MSi 11
Jenis yellow -brass dan penggunaannya:
20 – 36 % ZnCartridge brass Yellow brass
Admiralty metal Aluminium brass
30 % Zn 35 % Zn
71Cu -28 Zn-1Sn 76Cu -22 Zn-2Al
Memiliki keuletan yang sangat tinggi
cocok dikerjakan dengan cold
work
Penggunaan :- tangki kend.- tab. flashlight- fitting lampu- peluru
Memiliki kekuatan dan
sifat tahan korosi lebih baik
daripada cartrige &
yallow brass
Penggunaan :- pipa kondensor- heat exchanger
Memiliki keuletan yang sangat tinggi
cocok dikerjakan dengan cold
work
Penggunaan :- tangki kend.- tab. flashlight- fitting lampu- peluru
Sifat tahan korosinya lebih baik daripada
admiralty metal
Penggunaan :- pipa kondensor- heat exchanger
Ir. Nyoman Udhi, MSi 12
(2) (2) --Brass
mengandung 38 – 46% Zn;
terdiri dari 2 fase dan ’;
’ lebih keras dan getas sehingga sulit dicold work;
bila dipanaskan hingga mencapai fase tunggal ,
akan berubah menjadi sangat plastik, sehingga
mudah dihot work.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 13
Jenis -brass dan penggunaannya:
36 – 46 % ZnMuntz metal Free cutting brass
60Cu-40Zn 61,5Cu–35,5Zn–3Pb
Memiliki kekuatan tinggi dan sangat baik
di hot work
Penggunaan :- condensor head & tube- valve
Dengan menambahkan
Pb machin-ability lebih baik
Penggunaan :- condensor head & tube- valve
Naval brass Manganese brass60Cu–39,25Zn–0,75Sn 58,5Cu–39Zn–1.4Fe–1Sn–0,1Mn
Penggunaan :- pelat kondensor- poros propeller
Memiliki machinability, kekuatan, sifat tahan aus yang
sangat baik
Penggunaan :- pelat kopling- poros- batang katup- pompa
Dengan menambahkan
Sn tahan korosinya lebih
baik
Ir. Nyoman Udhi, MSi 14
Perunggu ((bronze))
• Pada mulanya yang dinamakan perunggu hanyalah
paduan tembaga dengan timah putih, tetapi sekarang
pengertian bronze mencakup juga paduan tembaga
dengan unsur-unsur yang lain;
• Bronze Bronze pada dasarnya adalah paduan tembaga dengan pada dasarnya adalah paduan tembaga dengan
unsur paduan utama : timah putih (unsur paduan utama : timah putih (tintin), aluminium, silikon, ), aluminium, silikon,
dan berilium (dan berilium (berilylliumberilyllium););
• Biasanya juga mengandung sedikit fospor, timah hitam, Biasanya juga mengandung sedikit fospor, timah hitam,
seng, atau nikel;seng, atau nikel;
• Bronze Bronze biasanya dianggap lebih tinggi kelasnya daripada biasanya dianggap lebih tinggi kelasnya daripada
brassbrass, sehingga ada beberapa kuningan yang baik diberi , sehingga ada beberapa kuningan yang baik diberi
nama nama bronzebronze..
Ir. Nyoman Udhi, MSi 15
Jenis perunggu :
(1)(1) Tin Bronze ; unsur paduan utama Sn (1 - 11%), dan pada penuangannya selalu ditambahkan fospor (0,01 - 0,5%) sebagai deoxydiser sehingga jenis perunggu ini sering dinamakan phosphor bronze.
• kekuatan dan ketangguhan tinggi,• tahan korosi,• bebas dari kemungkinan terjadinya seasen cracking,• koefisien gesekan rendah.
Sifat-sifat :
Penggunaan :
• diafragma,• bantalan luncur,• pelat kopling• pegas, dll.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 16
(2) Silicon Bronze ; biasanya kadar silikonnya tidak lebih dari 5%.
• menjadi keras bila mengalami pengerjaan dingin (work-hardenable),
• kekuatannya paling tinggi diantara bronze yang work-hardenable,
• sifat mekaniknya setara dengan baja lunak (mild steel),• ketahanan terhadap korosinya setara dengan tembaga.
Sifat-sifat :
Penggunaan :
• tangki,• bejana tekan,• marine construction,• pipa tekan hidrolik.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 17
(3) Aluminium Bronze ; biasanya mengandung 4 -11% Al, paduan yang mengandung lebih dari 7,5 % Al struktur-nya berfase tunggal, larutan padat .
• memiliki sifat coldworking yang baik,• sifat tahan korosi terhadap air dan atmosfir cukup baik.
Sifat-sifat :
Penggunaan :
• pipa kondensor,• mur-baut,• bejana tahan korosi.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 18
(4) Beryllium Bronze ; dengan unsur paduan utama berelium (Be) sekitar 2%.
• memiliki kekuatan yang baik,• ketahanan creep tinggi.
Sifat-sifat :
Penggunaan :
• untuk membuat benda yang membutuhkan formablity yang tinggi.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 19
ALUMINIUM DAN PADUANNYA
Sifat-sifat :
• tahan korosi,• penghantar listrik dan panas yang baik,• ringan dengan berat jenis 2,7 (baja 7,8),• kekuatan rendah, tetapi strength to weight ratio nya lebih
tinggi daripada baja.
Penggunaan :
• pesawat terbang, • kabel listrik, dan• alat-alat transportasi yang lain.
Banyak digunakan untuk konstruksi yang harus ringan, seperti :
Ir. Nyoman Udhi, MSi 20
Aluminium PaduanDalam keadaan murni aluminium terlalu lunak, teruta-ma kekakuannya sangat rendah untuk dapat digunakan pada berbagai keperluan teknik.
Dengan pemaduan sifat ini dapat diperbaiki, tetapi seringkali sifat tahan korosinya dan keuletannya berkurang.
Paduan aluminium dapat digolongkan menjadi :
• Aluminium wrought alloy ; berupa barang setengah jadi misalnya batang, plat, bentuk profil, dan lain-lain;
• Aluminium casting alloy ; berupa produk aluminium hasil pengecoran.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 21
Klasifikasi Aluminium wrought alloy :• Aluminium wrought alloy dapat diklasifikasikan menurut
komposisi kimianya;• Tiap-tiap jenis paduan diberi kode dengan 4 digit (angka);• Digit pertama menunjukkan jenis paduan aluminium
berkaitan dengan kemurnian aluminium atau jenis unsur paduan utama;
• Digit kedua menunjukkan modifikasi dari paduan orisinil atau batas impuritas, digit 0 untuk orisinil dan digit 1 sampai dengan 9 untuk modifikasi;
• Pada seri 1xxx (lihat tabel berikut), seri aluminium dengan kemurnian 99 %, digit ketiga dan keempat menunjukkan angka desimal dari kemurnian alumi-nium (sebagai contoh, paduan aluminium 1060, adalah aluminium murni, dengan tingkat kemurnian 99,60 %);
• Pada seri yang lain, seri 2xxx sampai 8xxx, digit ketiga dan keempat tidak banyak berarti, hanya untuk membedakan paduan yang satu dengan paduan yang lainnya pada seri itu saja.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 22
Kodefikasi Aluminium wrought alloy :
Major alloying element
Aluminium, 99%, and greater
Copper
Manganese
Silicon
Magnesium
Magnesium and silicon
Zinc
Other elements
1XXX
2XXX
3XXX
4XXX
5XXX
6XXX
7XXX
8XXX
Ir. Nyoman Udhi, MSi 23
Sifat mekanik dari kebanyakan paduan aluminium tidak saja dipengaruhi oleh komposisi kimianya, tetapi juga oleh tingkat deformasi dan heat treatment pada proses fabrikasinya. Untuk memberikan gambaran tentang sifat mekanik ini, dibelakang angka kode paduan juga dibubuhkan huruf yang menandai kondisinya :
Code ConditionF
O
H
W
T
as fabricated
annealed, recrystallized
strain hardened
solution heat treatment
thermally treated
Ir. Nyoman Udhi, MSi 24
Pengerasan dengan heat treatment :Untuk menjelaskan mekanisme terjadinya pengerasan ini perlu diperhatikan diagram fase Al-Cu berikut ini :
• Makin rendah temperatur makin banyak CuAlMakin rendah temperatur makin banyak CuAl2 yang keluar; yang keluar;
• Suatu paduan dengan 4% Cu mulai membeku di titik 1 dengan mem-bentuk dendrit larutan padat ;
• Pada titik 2 seluruhnya sudah membeku menjadi larutan padat dengan 4 %Cu;
• Pada titik 3 kelarutan tembaga
dalam alumini-um mencapai batas jenuhnya, bila temperatur ditu-runkan akan ada Cu yang keluar dari larutan padat , berupa CuAl2.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 25
• Dalam gambar mikrostruktur as-cast partikel CuAl2 tersebar di dalam matriks ;
• Dengan pemanasan kembali sampai di atas garis solvus (titik 3) semua tembaga larut kembali di dalam ;
• Dengan pendinginan cepat tembaga tidak sempat keluar dari , pada temperatur kamar struktur masih tetap berupa fase tunggal larutan padat ;
• Dalam kondisi ini larutan padat super saturated karena mengandung solute yang melampaui batas jenuhnya, tetapi sifatnya masih belum berubah, masih tetap lunak dan ulet;
• Setelah beberapa saat larutan super saturated ini akan mengalami perubahan, kekerasan dan kekuatan ber-tambah, tetapi struktur tidak tampak mengalami perubahan;
• Penguatan ini terjadi karena timbulnya partikel-partikel CuAl2 yang berpresipitasi di dalam kristal ;
Ir. Nyoman Udhi, MSi 26
• Presipitat ini sangat kecil, tidak tampak di mikroskop, dan akan menyebabkan terjadinya tegangan pada lattice kristal disekitar presipitat ini;
• Karena presipitat ini tersebar merata diseluruh lattice kristal, maka dapat dikatakan seluruh lattice menjadi tegang, dan ini mengakibatkan kekuatan dan kekera-san menjadi tinggi;
• Pengerasan seperti ini dinamakan age hardening atau precipitation hardening;
• Aging dapat dilakukan dengan membiarkan larutan lewat jenuh itu pada temperatur kamar selama beberapa waktu, dinamakan natural aging;
• Aging juga dapat dilakukan dengan memanaskan kembali larutan lewat jenuh itu ke suatu temperatur di bawah garis solvus, dan dibiarkan pada temperatur tersebut selama beberapa saat, dinamakan artificial aging;
Ir. Nyoman Udhi, MSi 27
• Bila temperatur aging terlalu tinggi dan/atau aging time terlalu lama, maka partikel yang terjadi akan terlalu besar (sudah mikroskopik) sehingga efek penguatannya akan menurun bahkan hilang sama sekali;
• Kondisi ini dinamakan over aged.
Pengaruh aging temperature dan aging time terhadap sifat mekanik :
• Dengan aging temperature yang tinggi paduan cepat menjadi over aged;
• Dengan aging temperature yang tinggi dapat dicapai kekuatan yang lebih tinggi;
• Dengan aging temperature yang rendah dapat dicapai kekuatan lebih rendah, tetapi lebih stabil.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 28
SENG DAN PADUANNYA :
• warna : putih kebiruan• kekuatan : rendah• titik lebur : 420oC (baja 1535oC)• pada temperatur tinggi kekuatan dan keuletannya
berkurang,• pada temperatur rendah menjadi getas,• mudah mengalami creep.
Sifat-sifat seng :
Pernggunaan :
• untuk melapisi baja agar terhindar dari korosi (disebut galvanizing),
• sebagai unsur paduan utama pada kuningan (brass)
Ir. Nyoman Udhi, MSi 29
NIKEL DAN PADUANNYA :
• warna : putih perak• berat jenis : 8,5 (hampir sama dengan tembaga)• tahan korosi/oksidasi.
Sifat-sifat nikel :
Pernggunaan :
• sebagai unsur paduan pada baja tahan karat (stainless steel),
• penambahan nikel pada baja biasanya dimaksudkan untuk memperbaiki kekuatan (tanpa mengurangi keuletan), memperbaiki sifat tahan korosi, tahan panas, dan memperbaiki hardenablity,
• untuk pelapisan pada logam lain untuk memberi perlindungan terhadap korosi dan warna yang menarik.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 30
Jenis paduan nikel :• monel,• nichrome,
Monel, merupakan paduan nikel yang paling banyak digunakan, terdiri dari 67% Ni dan 28% Cu dan beberapa logam yang lain seperti besi, mangan, dan silikon.
Sifat-sifatnya :
• kekuatan dan keuletannya baik,• tahan terhadap korosi, tahan oksidasi sampai temperatur
750oC,• tahan temperatur tinggi,• agak sulit dimachining, tetapi dengan menambahkan
sedikit belerang machineabilitynya meningkat,• dengan menambahkan 3-4% silikon, castability dapat
diperbaiki.
• inconell,• hasten alloy, dll.
Ir. Nyoman Udhi, MSi 31
Hastelloy adalah paduan nikel dengan berbagai logam lain, seperti : nikel-molibden-besi
• Nikel-molibden-besi (hastelloy A dan B), tahan terhadap korosi beberapa asam kuat, HCl, phosphoric acid dan asam yang non-oxydizing;
• nikel-chrom-molibden-besi (hastelloy C dan X), tahan terhadap asam kuat, HCl, phosphoric acid dan asam yang oxydizing seperti nitric, chromic, sulphuric acid, dan tahan temperatur tinggi, digunakan untuk komponen pompa dan katup, nozzle, komponen mesin jet, dll.