Minggu, 14 November 2010

Macam-macam Paduan dari logam non-Ferro (Non- Ferrous Alloys)


1. Tembaga dan paduannya

Tembaga digunakan secara luas sebagai salah satu bahan teknik, baik dalam keadaan murni maupun paduan. Tembaga memiliki kekuatan tarik hingga 150 N/mm2 dalam bentuk tembaga tuangan dan dapat ditingkatkan hingga 390 N/mm2 melalui proses pengerjaan dingin dan untuk jenis tuangan aangka kekerasanya hanya mencapai 45 HB namun dapat ditingkatkan menjadi 90 HB melalui pengerjaan dingin, dimana dengan proses pengerjaan dingin ini akan mereduksi keuletan, walaupun demikian keuletannya dapat ditingkatkan melalui proses annealing (lihat proses perlakuan panas) dapat menurunkan angka kekerasan serta tegangannya atau yang disebut proses “temperature” dimana dapat dicapai melalui pengendalian jarak pengerjaan setelah annealing.

Tembaga memiliki sifat thermal dan electrical conduktifitas nomor dua setelah Silver. Tembaga yang digunakan sebagai penghantar listrik banyak digunakan dalam keadaan tingkat kemurnian yang tinggi hingga 99,9 %. Sifat lain dari tembaga ialah sifat ketahanannya terhadap korosi atmospheric serta berbagai serangan media korosi lainnya. Tembaga sangat mudah disambung melalui proses penyoderan, Brazing serta pengelasan. Tembaga termasuk dalam golongan logam berat dimana memiliki berat jenis 8,9 kg/m3 dengan titik cair 10830C.

Pembuatan tembaga

Unsur dasar tembaga diperoleh dalam bentuk bijih tembaga dengan kadar yang rendah dengan rata-rata kurang dari 4%. Proses pemecahan dan pembubukan dilakukan untuk memisahkan unsur tembaga dari butiran-butiran pengikat melalui pengapungan serta untuk menghilangkan butiran-butiran yang tidak berguna. Butiran-butiran yang mengandung unsur tembaga dipanasakan didalam dapur pemanas untuk melepaskan ikatannya dengan unsur batuan serta persenyawaan dengan unsur sulphide besi. Unsur ini kemudian diolah didalam converter untuk pemisahan besi dan sulphur.

Proses pemurnian api (Fire-refining)

Dari proses tersebut diatas akan dihasilkan tembaga untuk dilakukan proses pemurnian api (Fire-refining) dimana tembaga yang dalalm keadaan tidak murni dicairkan dan dilakukan proses oksidasi untuk melepaskan berbagai unsur lainnya yang terkandung didalam Tembaga tersebut.

Selanjutnya dengan menggunakan batang kayu yang ditekankan kedalam larutan untuk menggerakkan oxygen oleh pembakaran dan selanjutnya dituangkan kedalam cetakan dan menghasilkan tembaga dalam bentuk batangan.

Electrolytic refining

Electrolytic refining yaitu proses pemurnian dengan cara elektrolit yang akan menghasilkan tembaga murni, prosesnya ialah tembaga yang berbentuk batangan yakni tembaga yang akan dimurnikan berfungsi sebagai anoda digantungkan didalam cairan panas asam sulphuric dan

cooper sulphate dan dihubungkan melalui plat tembaga murni sebagai katoda, dengan demikian unsur tembaga ini akan mngendap pada cathode dan unsur-unsur lainnya akan mengendap pada kubangan dari larutan elektrolite.

Kadar Tembaga

Kadar Tembaga ialah derajat kemurnian tembaga yang berhubungan dengan proses pembuatan serta fungsi pemakaiannya, yang meliputi :

Cathode Copper

Kadar Tembaga diperoleh dari proses electrolisa (electrolytic refining) yang digunakan sebagai raw material untuk penghantar arus listrik serta tembaga paduan dan bahan tuangan.

Electrolytic Tough High Conductivity Copper

Tembaga ini ialah dimana Cathode copper dicairkan dan dituangkan kedalam cetakan dengan bentuk yang sesuai dengan kebutuhan pekerjaan, kadar oxygen atau Pitch harus dikendalikan secara hati-hati karena dapat mengakibatkan timbulnya efek yang merugikan terhadap sifat kemurniannya.

Fire refined Tough Pitch High Condictivity Copper

Conduktifitas Tembaga ini lebih baik dari pada electrolytic Tough Pitch Copper, akan tetapi tingkat kemurniannya lebih rendah dimana sebagian kecil dari unsur-unsur lain tidak sapat dihilangkan melaluiproses ini.

Ordinary Tough Pitch Copper

Tembaga dari jenis ini tidak termasuk dalam spesifikasi conductif, dimana masih mengandung oxygen serta berbagai unsur lainnya, akan tetapi secara umum pemakaiannya masih memuaskan.

Oxigen-Free High Conductivity Copper (OFHC)

Tembaga ini diperoleh dari proses pencairan ulang dari Cathode Tembaga yang kemudian dituangkan sebagai cara untuk menghindari penyerapan oxygen. Tembaga dari jenis ini sanghat cocok digunakan sebagai bahan pengelasan nyala, brazing, impact extrusion dan lain-lain.

Arsenical Copper

Arsenic digunakan sebagai unsur tambahan pada tembaga dimana dengan penambahan unsur Arsenic diatas 0,5 % dapat meningkatkan kekuatan tarik dari Tembaga tersebut dan memungkinkan untuk digunakan pada Temperatur hingga 3000 C tanpa terjadi penurunan tegangannya. Demikian pula ketahanan terhadap serangan korosi atmospheric dapat meningkat akan tetapi konduktifitas Thermal dan Konduktifitas listriknya menurun.

Proses pembentukan dan pemesinan pada Tembaga

Proses pembentukan benda-benda kerja dari bahan tembaga mealui proses pemesinan dilakukan dengan memberikan kecepatan potong yang tinmggi namun dengan pemotongan yang rendah (low depth of Cut). Proses pembentukan lainnya tembaga ini ialah melalui pengerjaan panas misalnya hot rolling, extrusion dan forging pada temperature tinggi antara 8000 C hingga 9000C. Pembentukan dengan pengerjaan dingin (Cold Working) juga dapat dilakukan secara sederhana namun apabila ukurannya melebihiukuran yang dikehendaki maka terlebih dahulu harus dilunakan (Annealing) pada Temperatur pemanasan 5000C. Kecepatan pendinginannya memang tidak kritis namun Quenching dengan air dapat melenyapkan kotoran dan terak serta mempermudah dalam pembersihan.

a. Tembaga Paduan (Copper base Alloy)

Tembaga Paduan (Copper base Alloy) paling banyak digunakan sebagai bahan teknik karena memiliki berbagai keuntungan, antara lain :

1) Memiliki sifat mekanik yang baik, sifat electrical dan thermal conductivity yang tinggi serta tahan terhadap korosi dan ketahanan aus.

2) Mudah dibentuk melalui pemesinan.

3) Mudah dibentuk melalui pengerjaan panas (Hot working) dan pengerjaan dingin (Cold Working)

4) Mudah disambung melalui penyolderan, brazing dan welding.

5) Mudah dipoles atau diplating jika dikehendaki

6) Pressing dan forging Temperatur lebih rendah dibanding dengan pemakaian bahan logam Ferro.

Tembaga Paduan (Copper Alloy) dapat dikelompokan menjadi :

1) Tembaga paduan rendah yang termasuk dalam kelompok ini ialah Silver-Copper, Cadmium-Copper, Tellurium-Copper, Berylium- Copper dan Paduan Copper-Nickel-Silicon.

2) Tembaga Paduan dengan kadar tinggi, yaitu Brass dan Bronze.

b. Tembaga paduan dengan kadar rendah

1) Silver-Copper ; Temperatur pelunakan dari tembaga jenis ini dapat ditingkatkan dari 2000 hingga 3500 melalui penambahan unsur Nickel hingga 0,08 %. Tembaga ini akan menjadi lebih keras dengan tegangan yang tidak dapat direduksi oleh temperature penyolderan, penimahan (Tining) atau proses lain yang menggunakan temperature rendah. Unsur Silver dengan kadar rendah ini hanya sedikit sekali terjadi efek penyimpangan dan tergantung pada nilai konduktifitas dari tembaga itu sendiri,. Silver-Copper digunakan sebagai bagian dari Comutator

komponen Radiator serta berbagai penerapan yang memerlukan kekerasan dan tegangan stabil tanpa dipengaruhi oleh panas akibat pemanasan selama proses pnyambungan. Silver juga memiliki sifat creep resistance pada tembaga karena softening Temperatur.

2) Cadmium-Copper; kadar Cadmium sebesar 1 % pada Tembaga akan meningkatkan softening Temperatur, demikian pula ketahanan, tegangan dan keuletan serta kelelahannya akan meningkat. Cadmium-Copper digunakan dalam konduktor untuk memperpanjang garis rentang overhead kabel hantaran arus listrik serta untuk ketahanan pada elektroda las (welding electrodes) Sifat lembut dari kabel yang terbuat dari Cadmium-Copper banyak digunakan dalam electrical wiring dari pesawat terbang karena sifatnya yang flexible serta tahan terhadap getaran. Kadar Cadmium yang rendah hanya akan terjadi kerusakan memanajang namun tergantung pada konduktifitas tembaga itu sendiri.

3) Chromium-Copper, unsur Chromium hingga 0,5 % pada Tembaga akan memperkecil pengaruh konduktifitasnya, namun kekerasan serta tegangannya akan meningkat serta akan

menerima reaksi perlakuan panas.Analisis terhadap diagram keseimbangan paduan antara Chromium dengan-Tembaga memberikan indikasi bahwa hanya sedikit saja kuantitas chromium yang dapt bercampur dalam larutan pada (Solid solution). Larutan padat dari Chroimum akan meningkat sesuai dengan peningkatan temperaturnya dan semua unsur Chromium akan masuk didalam larutan padat pada Temperatur 10000C. Jika paduan ini di-Quenching dari temperatur ini maka akan terjadi “Solution treated” sehingga semua sisa chromium akan tetap berada didalam larutan padat dan menghasilkan paduan yang ulet dan liat. Proses pengendapan (precipitation treatment) dilakukan untuk memperbaiki keseimbangan serta perbaikan sifat mekaniknya, yaitu dengan memberikan pemanasan ulang dengan temperature hingga 5000C dengan waktu (Holding time) selama 2 jam dan kemudian didinginkan.

4) Tellurium-Copper, unsur Tellurium pada Tembaga hingga sebesar 0,5 % akan menghasilkan paduan tembaga yang dapat dibentuk dengan baik melalui proses pemesinan. Tellurium tidak dapat larut didalam Tembaga namunakan menyebar seluruhnya ketika paduan itu dilebur dan tersisa didalam bentuk partikel-partikel halus dimana paduan dalam keadaan padat, dengan demikian maka akan diperoleh Paduan tembaga yang dapat dengan mudah dibentuk melalui pemesinan dan menghasilkan chip yang mudah terlepas.

5) Beryium-Copper Berylium digunakan sebagai unsur paduan pada Tembaga jika kekuatannya lebih penting dari pada konduktifitasnya. Hasil analisis terhadap diagram keseimbangan paduan Tembaga Berylium memberikan indikasi bahwa hanya sedikit unsur Berylium yang yang masuk kedalam larutan padat dari Tembaga dan sisa Berylium akan tersusun dengan unsur Tembaga hingga mencapai Temperatur ruangan dalam bentuk ? .

Larutan padat dari Berylium didalam Tembaga akan mengembang oleh pemanasan yang cukupuntuk membuat paduan tersebut merespon pengendapan oleh perlakuan panas, prosesnya dilakukan dengan memberikan pamanasan hingga 8000C kemudian di-Quenching diikuti oleh pemanasan hingga 3200C yang pendinginan untuk melunakan dan meningkatkan keuletannya serta memperbaiki strukturnya. Paduan Tembaga-Berylium sangat penting dan banyak digunakan dalam berbagaindustri dimana merupakan paduan yang kuat dank eras dengan kadar Brylium hingga 2% serta Paduan Tembaga dengan 4% Berylium dan 2,6 % Cobalt.

Paduan Tembaga-Berylium digunakan sebagai gelombang diapragme, Flexible Blower, pipa Bourdon, Cold Chisel, Hacksaw Blades dimana percikan apinya dapat menimbulkan ledakan.

6) Copper-Nickel-Silicon Alloys, Jika Nickel dan Silocon dalam perbandingan 4 : 1, yaitu 4 bagian Nickel dan 1 bagian Silicon dipadukan di dalam Copper (Tembaga) pada Temperatur tinggi maka

akan terbentuk sebuah unsur yang disebut Nickel Silicide (Ni2Si) dan pada Temperatur rendah paduan ini akan sesuai unutk pengendapan dalam perlakuan panas, dimana proses pelarutan akan diperoleh dalam proses Quenching dari Temperatur 7000C dan akan diperoleh sifat paduan Tembaga yang lunak dan ulet, kemudian dilanjutkan dengan memberikan pemanasan pada Temperatur 4500C maka akan meningkatkan kekerasan serta tegangan dari paduan Tembaga tersebut.

Prosentase kadar Nickel dan Silicon ini disesuaikan dengan kebutuhan dari sifat yang dihasilkannya, biasanya diberikan antara 1 % hingga 3 % . Paduan Tembaga ini akan memiliki sifat Thermal dan electrical Conductivity yang baik dan tahan terhadap pembentukan kulit dan oxidasi serta dapat mempertahankan sifat mekaniknya pada Temperatur tinggi dalam jangka waktu yang lama.

c. Tembaga Paduan tinggi

1) Kuningan (Brasses)

Kuningan adalah paduan Tembaga dengan lebih dari 50 % Zincum (seng) kadang-kadang ditambah dengan Timah putih (Tin) dan Timah Hitam (Lead) serta Alumunium dan Silicon. Analisis terhadap diagram keseimbangan dari paduan Copper-Zinc (Tembaga-Seng) memperlihatkan bahwa paduan Tembaga Seng, kadar Seng diatas 37 % dapat diterima dalam

Tembaga dan akan membentuk larutan padat yang disebut (?). Proses larutan Seng didalam Tembaga tidak berkembang oleh perubahan Temperatur, dengan demikian Kuningan bukan paduan yang terbentuk oleh pengendapan. Kuningan dengan kandungan seng diatas 37 % disebut “? Brasses” yang merupakan paduan mampu pengerjaan dingin karena terbentuk dari struktur larutan padat. Paduan Tembaga Kuningan yang disebut ? Brasses ini berkembang oleh pengembangan dalam dari unsur yang pada kahirnya akan menyebabkan distorsi dari kisi tembaga (“Tembaga lattice”). Phase dimana terbentuknya pecahan merah (hot short) oleh karena itu kuningan ini tidak cocok untuk pengerjaan panas. Jika kadar Seng pada paduan Tembaga melebihi 37 % maka kan terjadi phase kedua yaitu “phase-?”, berada bersama dengan phase ? dan paduan ini disebut ? + ? Brasses” dengan keuletan seimbang pada temperature ruangan sebab keuletan dari dari kristal ? mengganti kerapuhan dari kristal ?.

Kuningan dari jenis ini memiliki sifat mampu pengerjaan panas (Hot working Brasses), hal ini disebabkan karena atom ? berserakan pada temperature tinggi dan akan membentuk keuletan pada phase ? dan pada saat yang bersamaan kristal ? akan menjadi rapuh pada Temperatur tinggi dan larut kedalam phase ? sehingga paduan akan bersifat ulet pada Temperaatur yang lebih tinggi. Kuningan dengan kadar Seng 45 % komposisinya terdiri atas kristal secara menyeluruh dengan sifat yang sangat rapuh pada temperature ruangan (room temperature), hal ini terlihat pada diagram keseimbangan Tembaga-Seng dimana titik cair dari dari Seng paduan tinggi lebih rendah dari pada Kuningan dengan kadar Seng rendah, oleh karena itu Seng dengan paduan tinggi ini digunakan sebagai “Brazing spelter” karena titik cairnya yang rendah tersebut namun sambungan tidak menjadi rapuh karena selama operasi penyambungan kadar Senga akan turun melalui proses penguapan dan sebagian akan menyebar kedalam Kuningan pada sambungan tersebut.

d. Brasses mampu pengerjaan dingin (Cold working ? Brasses)

Proses pengerjaan diawali dengan proses perlakuan panas yakni proses yang disebut “Stress relief Annealing treatment” (lihat Bab proses perlakuan Panas), yakni pemanasan dengan temperature 2500C untuk menghindari keretakan (Season Cracking), yakni keretakan diantara batas kristal yang sering terjadi pada setiap akhir pengerjaan. Bbeberapa hal penting dari Kuningan jenis ini antara lain :

1. Cap-Copper ; yaitu Copper dioxide dengan kadar Seng hingga 3 % memiliki sifat yang lunak dan ulet serta konduktifitas yang tinggi. Cap-Copper merupakan penamaan yang diberikan sesuai dengan fungsi pemakaiannya yang paling penting sebagai bahan container dari Priming Caps pada Amunisi.

2. Gilding-Brass ; yaitu jenis Kuningan yang mengandung 10 % Seng dan melalui pengerjaan berat yang memungkinkan tidak akan terjadi “season crack” disbanding dengan Kuningan berkadar Seng tinggi. Kuningan ini digunakan dalam pembuatan pframe “Permata” serta berbagai fungsi dekoratif.

3. Catride Brass ; Kuningan ini memiliki kadar Seng hingga 30 % , sesuai dengan namanya Kuningan ini digunakan sebagai bahan pembuatan Catride dan shell case . Kuningan ini memiliki sifat yang cukup ulet untuk jenis Kuningan yang mampu pengerjaan dingin serta memiliki kekuatan tarik yang baik.

4. Standard Brasses ; kendati sedikit lebih ulet dari Catride Brasses, Kuningan ini relative lebih murah karena kadar Tembaganya juga lebih rendah, demikian pula pada tingkat kekerasannya yang lebih rendah dibanding dengan kuningan Sejenisnya Untuk pembentukannya diperlukan pelunakan untuk menghindari distorsi pengerjaan dingin.

5. Bases Brass ; Kuningan ini memiliki kandungan Seng antara 36 % hingga 38 % dengan sedikit unsur dariu phase ?, merupakan bahan baku produk dengan harga yang relative murah dan sesuai untuk pengerjaan tekan, kekuatannya tidak terjamin, Kuningan ini disebut sebagai kuningan umum atau “Common Brasses”.

6. Admiralty Brasses ; ialah Kuningan dari jenis “Catride Brasses” yang ditambah dengan unsur Timah hingga 1 % untuk memberikan sifat ketahanannya terhadap berbagai bentuk korosi. Kuningan ini digunakan sebagai bahan pembuatan condenser serta komponenkomponen dengan pendinginan air.

7. Alumunium Brasses ; Kuningan ini komposisinya terdiri atas Kuningan dengan 76 % Copper, 22 % Seng dan 2 % Alumunium, pemakaian yang sangat penting sebagai bahan pembuatan “Marine Condenser tubes” karena sifatnya yang tahan terhadap korosi tinggi.

8. Clock Brass and Engraving Brass ; yakni Bases Brass atau Standard Brasses yang ditambah dengan 1 % Timah hitam (lead) yang memberikan sifat mampu mesin (machinability) terhadap

Kuningan jenis ini. Timah Hitam (lead) tidak larut didalam kuningan dalam keadaan cair, partikel-partikel halus yang tersisa seluruhnya akan terlepas menjadi chips selama pemotongan serta akan membantu proses pelumasan baik selama proses pemotongan maupun pelayanan pelumasan komponen dalam perakitan pada posisi yang sulit dijangkau.

9. Hot-working (? + ?) Brass ; yang termasuk dalam kelompok kuningan ini juga adalah “Muntz-metal” ditambahkan sedikit unsur yang akan menambah kekuatan tarik dari Kuningan ini.

10. Muntz-Metal ; Muntz-metal ini disebut sebagai “Logam Kuning” (Yellow metals) dibentuk melalui pengerjaan dingin dengan prinsip kelurusan digunakan sebagai plat yang diroll panas atau dalam bentuk batangan yang dilanjutkan dengan penempaan (Forging) atau extrusion. Muntz-metal digunakan sebagai bahan untuk pembentukan dengan pengecoran atau sebagai bahan paduan dalam pengecoran baja.

11. Leaded 60 : 40 Brass ; atau disebut juga Turning Brass, Kuningan ini mengandungunsur lead sebesar 0,5 % hingga 3,5 % pada Munzt-metal untuk memberikan sifat mampu mesin (Machinability) dan unsur lead pada Kuningan tidak mereduksi kekuatan tariknya kendati akan menurunkan keuletan serta nilai Impactnya. Pembentukan dengan Forging akan menurunkan kadar lead pada Kiningan ini.

12. Naval Brass ; ialah Muntz-metal yang ditambah dengan 1 % Timah putih (Tin) dengan demikina kuningan ini akan sangat tahan terhadap korosi serta peningkatan kekuatannya. Pembentukannya sangat baik dengan berbagai metoda pengecoran, pengerolan panas dan tempa (forging).

13. Naval Brass dengan kandungan Timah hitam (lead) 0,5 sampai 2,0 % juga akan meningkatkan sifat mampu mesin akan tetapi akan sedikit mengikat dalam proses penempaan (forging)

14. High Tensile Brass ; Kuningan ini mengandung unsur paduan hingg 7 % yang tediri atas unsur Manganese, Iron,, Nickel, Timah putih dan Aluminium yang ditambahkan pada Muntz metal dengan tujuan peningkatan kualitas sifat mekaniknya, dengan dmikian akan diperoleh kuningan jenis khusus yang memiliki kekuatan tarik yang tinggi.

e. Bronzes and Gunmetal

1. Bronzes and Gunmetals

Bronzes and Gunmetals ialah paduan tembaga dengan timah putih (Tin) serta unsur-unsur tambahan dengan sedikit kuatitas yang terdiri atas Timah hitam (lead). Untuk semua paduan Tembaga dengan Timah hitam ini disebut “Bronzes” dan paduan Tembaga dengan timah putih disebut “Tin-Bronzes”, sedangkan Bronzes dengan penambahan unsur Seng disebut “Gunmetals”. Bronzes sangat mudah dibentuk dengan pengecoran dan memiliki sifat tahan terhadap korosi dengan sifat yang paling penting ialah memiliki sifat ketahanan aus.

2. Tin Bronzes and Gunmetals

Analisis terhadap diagram keseimbangan Copper-Tin mengindikasikan bahwa Paduan Tembaga dengan kandungan Timah putih (Tin) hingga 14 % dikelompokan kedalam paduan dengan larutan padat (solid solution), dan jika paduan ini didinginkan dengan sangat lambat sifat larutan akan menurun, hal ini terlihat yang diindikasikan dengan garis putus-putus (dashed) pada diagram tersebut. Jadi partikel yang keras dan rapuh (phase ? ) akan berada dalam larutan padat (solid solution), hal ini hanya akan terjadi didalam praktiknya, dimana pada hasil pengecoran paduan mengandung kadar Timah Putih diatas 10 %. Tetapi pahse ? dapat terurai dengan kelebihan timah dan masuk kedalam larutan padat jika paduan ini diberi perlakuan panas (Annealing) pada temperature 3000C dengan holding time hingga 1000 jam. Paduan Tembaga dengan kandungan kadar Timah antara 14 dan 32 % strukturnya akan terdiri atas phase ? dan phase ? sifatnya akan menjadi lunak dengan sifat kombinasi antara keras dan ulet. Bahan paduan ini merupakan bahan paduan yang baik karena memiliki titik cair yang rendah.

Pada diagram tersebut juga memperlihatkan bahwa Bronze ini memiliki derajat pemadatan yang besar (terindikasi pada jarak antara garis solidus dengan garis liquidus) dimana paduan ini cenderung membentuk inti pada stuktur hasil pengecoran, Inti paduan akan terbentuk jika setiap butiran tersususn pada titik cair yang tinggi dan dibagian luarnya sangat kaya dengan susunan butiran yang memiliki titik cair rendah, namun demikian komposisi dari masing-masing butiran ini dapat diseragamkan melalui proses perlakukan panas (Annealing). Tin-Bronze dibedakan menjadi 2 macam yaitu Wrough- Bronzes dan Cast Bronzes.

Wrough-Bronzes

Wrough-Bronzes ; atau disebut Perunggu tempa atau ? Bronzes yakni Bronze yang mengandung kadar Timah putih diatas 8 %, pembentukannya dapt dilakukan dengan proses rolling secara dingin atau direntang. Bronzes ini dapat memegas selama proses pengerjan dingin (cold working process), oleh karena itu sebelum proses pembentukan harus dilakukan proses Annealing dengan temperature annealing 7000C . Bronzes ini memiliki sifat ketahanan korosi yang baik.

Bronzes dengan kadar Phosphor hingga 0,3 % digunakan sebagai bahan pembuat “Wrought Phosphor Bronzes” yakni sebagai bahan pagas, seperti pegas-pegas pada electrical contact serta berbagai instrument pemegang pada coil.

Casting-Bronzes

Casting-Bronzes ( ? + ? Bronzes) Mengandung kadar Timah putih antara 10 hingga 18 % dengan penambahan berbagai unsur akan diperoleh struktur yang kompleks. Casting Phosphorus Bronzes merupakan bahan paling penting sebagai bahan baku pengecoran, dimana mengandung 10 % kadar Timah Putih (tin) serta unsur phosphor sebesar 0,05 %. Bronze ini sangat baik digunakan sebagai bahan bantalan dengan beban berat (heavy duty) dan kadar Phosphornya dapat ditingkatkan hingga 0,5 % walauypun dengan kehilangan sedikit sifat keuletannya. Bell-metals ; yakni bahan yang terbentuk dari hasil pengecoran pada Bronzes dengan kandungan Timah putih hingga 20 % dengan demikian akan menghasilakn efek suara jika dipukul. Speculum metal ; ialah Bronze yang mengandung 30 % sampai 40 % Timah Putih, Bronze ini sangat rapuh namun dapat dipoles sehingga sering digunakan sebagai bahan cermin, kisi pantul cahaya serta berbagai kebutuhan peralatan optic juga sebagai bahan pelapis. Leaded Bronzes ialah Tin-Bronze yang mengandung unsur timah hitam sebagai unsur yang dapat mengakibatkan bahan memiliki sifat mampu mesin (machinability). Kandungan lead pada Leaded Bronze hingga 5 % dan Leaded Bronze yang memiliki kandungan timah hitam hingga 10 % dapat meningkatkan sifat luncur sehingga banyak digunakan sebagai bantalan.

Gunmetal ialah Bronzes tuangan dengan komposisi unsur seng untuk memberikan sifat mampu cor yang lebih baik. Admiralty Gunmetels Komposisinya terdiri atas 88 % Copper dan 10 % Timah putih (tin) dan 2 % Sengan digunakan dalam pembuatan komponen kapal laut, seperti Valve-valve dan berbagai paralatan Mesin uap. Leaded Gunmetels ialah Bronzes dengan kandungan unsur lead diatas 5 % untuk meningkatkan sifat mampu Cor (Castingability) dan mampu mesin (Machinability). Nickel Bronzes ialah Bronze dengan penambahan sedikit unsur Nickel kedalam Tin-Bronzes dengan tujuan untuk memperbaikai sifat mekanik dari bronze tersebut, disamping itu juga dapat memperbaiki sifat mampu cor. Unsur Nickel pada Bronze ini akan bersenyawa dengan seng sehingga akan menghasilkan paduan yang keras yang disebut “Nickel Gunmetals”.

Paduan dengan kadar Nickel yang tinggi dapat akan tergambarkan pada diagram keseimbangan karena, proses pelarutan akan terjadi jika dapat dilakukan pelarutan melalui proses pengecoran.

Pemanasan dengan Temperatur 7600C yang diikuti dengan Quenching dan dilanjutkan dengan pemanasan pada temperature 3000C setiap jam tegangan dan kekerasannya akan meningkat.

Nickel Bronzes memiliki sifat ketahanan aus dan korosi serta dapat mempertahankan kekerasannya pada berbagai perubahan Temperatur.

Nickel Bronzes digunakan sebagai bahan dalam pembuatan Valve serta berbagai komponen boiler feef water. Aluminium Bronzes kadar Tembaga yang lebih besar diberikan pada saat akhir pencampuran Copper-Aluminium. Dari diagram keseimbangan dapat terindikasi bahwa kadar Aluminium yang lebih tinggi dari 9,4 % akan masuk kedalam larutan padat (Solid Solution) tidak akan meningkat dengan penambahan derajat pemanasan akan tetapi malah akan turun jika Temperatur melebihi 5650C. Jika kadar Aluminium lebih besar dari 7,5 % dan Temperatur pemanasannya melebihi 5650C akan memunculkan phase kedua yang disebut Phase ? dan ketika kadar Aluminium melebihi 9,4 % dengan pendinginan lambat , maka akan terbentuk larutan padat (Solid Solution) yakni phase ? + ? . Jika paduan ini didinginkan sedikit lebih lambat seperti dilakukannya pengetokan pada cetakan (Mould) maka akan memperlambat pemadatan pada perhentian dari phase ? tidak akan terjadi dan akan menghasilkan struktur “tua” , namun jika diberi penambahan sedikit unsur besi maka akan memperlambat perhentian phase ? dengan memperoleh hasil yang sama. Pada diagram keseimbangan ini juga (Gambar 1.11) mengindikasikan temperature dimana perhentian phase ? tergantung ada kadar Aluminium dan menjangkau nilai minimum apabila kadar Aluminium mencapai 11,8 %.

Bagian dari diagram keseimbangan dari paduan Copper- Aluminium mirip dengan diagram Besi Carbon (FeC), dan paduan dengan kadar Aluminium yang tinggi dapat di-quenching dengan menghasilkan struktur yang mirip dengan Martensite (lihat heat treatment) dengan sifat yang sangat keras dan rapuh juga mirip dengan sifat baja. Paduan ini juga dapat di Temper jika diperlukan sifat medium. ?-Aluminium Bronzes ; Paduan dari jenis ini biasanya mengandung kadar Aluminium antara 4% dan 7% serta dapat di-annealing untuk mendapatkan sifat yang lunak dan ulet dan akan mengeras dan menegang stelah proses pengerjaan dingin. Duplex Aluminium Bronzes Paduan ini mengandung kadar Alumunium antara 9 % sampai 10 % dengan 2 % Besi untuk menghambat perhentian phase ?.

Paduan pada kelompok ini digunakan secara khusus dalam pengecoran dengan cetakan pasir (Lihat Sand Casting) atau grafity die-Casting serta tidak sesuai untuk Pressure die Casting karena memiliki derajat pemadatan yang kecil. Duplex Aluminium Bronzes digunakan sebagai bahan cor untuk pembuatan rumah pompa, bagian-bagian Valve, roda gigi dan rack. Secara umum Aluminium Bronzes memiliki sifat sifat tahan korosi dimana terdapatnya lapisan film Alumina yang terbentuk dibagian permukaan karena adanya unsur Aluminium serta dapat mempertahankan sifat mekaniknya pada temperature tinggi.

f. Paduan Tembaga-Nickel

Paduan Tembaga-Nickel ialah logam yang merupakan paduan dari dua unsur yakni unsur Tembaga (copper) dengan Nickel. Logam paduan ini dibedakan menjadi dua macam yaitu :

1. Cupro-Nickel Yaitu logam dengan unsur yang terdiri atas Copper dan Nickel

2. Nickel Silver yakni paduan antara Tembaga (Copper), Nickel dan Zinc (seng).

Cupro-Nickel :

Diagram keseimbangan dari paduan Cooper-Nickel (Gambar 1.12), mengindikasikan bahwa paduan ini akan membentuk larutan padat (Solid Solution) dalam semua perbandingan untuk semua paduan dan menghasilkan bahan yang sesuai untuk pengerjaan panas maupun dingin. Unsur Nickel yang terdapat pada paduan ini biasanya antara 15 sampai 680 , kekuatan tarik, keuletan dan kekerasanya berkembang sesuai dengan kadar unsur dari Nickel tersebut. Paduan dengan kadar Nickel sampai 20 % adalah yang paling baik dalam kelompok ini untuk pengerjaan dingin keras, dan paduan dengan kadar Nickel sampai 25 % biasanya digunakan dalam pembuatan Coin pada “British Silver”. Sebagai logam penting dari jenis paduan ini ialah yang disebut “Monel” yakni paduan dengan unsur Nickel hingga 68 % sebuah paduan yang sangat tahan terhadap korosi dan dapat mempertahankan sifatnya pada temperature tinggi, sehingga Monel banyak digunakan pada Turbin Uap.

Nickel – Silver

Nickel – Silver sebenarnya tidak mengandung unsur Silver, penamaan ini dikarenakan penampilan dari paduan ini menyerupai silver. Komposisinya terdiri atas Copper, Nickel dan Seng (Zinc). Semua paduan dari jenis ini dapat dikerjakan atau dibentuk dengan pengejaan dingin (cold working), akan tetapi dengan meminimalkan tingkat kemurniannya paduan ini juga memungkinkan untuk pengerjaan panas (hot working). Nickel Silver mengandung kadar Tembaga antara 55 % sampai 68 % dan paduan dengan kadar Nickel antara 10 % hingga 30 % banyak digunakan dalam pembuatan sendok dan garpu. Paduan yang dibuat dalam bentuk plat dengan type EPNS sebagai derajat kesatu dengan kadar Nickel 18 % digunakan sebagai bahan pegas pada kontaktor peralatan listrik.

g. Copper Alloy Containing Silicon

Copper Alloy Containing Silicon paduan tembaga dengan penambahan sedikit unsur Silicon untuk meningkatkan tegangan serta ketahanannya terhadap serangan korosi, dan hal ini pula yang menjadikan Tembaga mudah untuk dilakukan penyambungan melalui pengelasan, dimana dioxidasi dalam pengelasan dalam proses pencairan logam ini akan tercapai dengan adanya unsur Silikon tersebut. Paduan Tembaga dengan kadar Silicon sampai maximum 3 % masih dapat ditempa (Forging), namun jika lebih besar dari 5 % merupakan Bronze tuangan (Casting Bronzes).

Copper Alloy Containing Manganese

Copper Alloy Containing Manganese; unsur Manganese digunakan dalam paduan dengan unsur Aluminium atau Nickel pada Tembaga, dimana akan memberikan sifat listrik yang sangat spesifik. Bahan ini sangat mudah untuk dibentuk hingga bentuk-bentuk yang sangat rumit dibanding dengan pemakaian baja. Paduan ini juga memiliki ketahanan korosi yang sangat baik .

h. Aluminium dan Paduannya

Aluminium merupakan salah satu bahan teknik yang penting dari jenis logam Non-ferro karena secara umum Aluminium memiliki sifat yang dapat memenuhi syarat dari berbagai sifat produk

komponen atau peralatan teknik. Yang sangat spesifik dari sifat Aluminium ialah berat jenisnya yang rendah yakni hanya 2,702 Kg/dm3, memiliki sifat ketahanan yang tinggi terhadap pengaruh korosi atmospheric serta sifat yang lain dan yang sangat penting dari Aluminium ini ialah sifat thermal dan electrical conductivity yang ditandai dengan lapisan yang mengkilat jika dipoles serta cepatnya perambatan panas pada Aluminium ini. Aluminium diketemukan tahun 1827 oleh Federick Wohler seorang ahli kimia Jerman. Aluminium terdapat pada permukaan bumi dalam bentuk senyawa kimia yang disebut Bauxite yang merupakan bijih Aluminium dengan komposisi yang terdiri atas tanah tawas, Oxide Aluminium, Oxide besi dan Asam Silikat.

Selanjutnya Bauxite ditemukan diberbagai Negara di Eropa seperti Francis, Itali dan Negara-negara Balkan serta Rusia, Hongaria, Afrika, Amerika, Asia dan Australia. Secara komersial Aluminium diperoleh dalam keadaan murni hingga 99,9 % atau terendah 99 % memiliki kekuatan tarik 60 N/mm2 dan dapat ditingkatkan melalui proses pengerjaan dingin hingga 140

N/mm2 serta akan meningkat lagi tergantung panjangnya proses pengerjaan tersebut. Sifat korosi Atmospheric terjadi pada Aluminium ialah dimana disebabkan oleh proses persenyawaan Aluminium dengan udara yang mengakibatkan terbentuknya lapisan film setebal kurang lebih

13 X 10-6 mm. Yang bersifat adhesive pada permukaannya sehingga melindunginya dari pengaruh udara berikutnya. Untuk memperoleh sifat yang lain dari Aluminium dapat dilakukan dengan proses pencampuran atau paduan dengan unsur-unsur logam lainnya, seperti Copper (Tembaga), Manganese, Magnesium, Zincum, Nickel, Silicon dan lain-lain sehingga memenuhi sifat bahan yang dikehendaki.

1. Dasar-dasar paduan Alumunium

Paduan Aluminium dapat dikelompokan kedalam dua kelompok menurut sifat pengerjaannya, yaitu :

a. Aluminium paduan tempa (wrought Aluminium Alloy)

b. Aluminium paduan Tuangan (Cast Aluminium Alloy).

2. Aluminium paduan tempa (wrought Aluminium Alloy)

Aluminium paduan tempa (wrought Aluminium Alloy) ini diproses melalui pengolahan tempa atau extrusi, pengolahan yang menghasilkan bahan-bahan setengah jadi seperti plat, pipa kabel, batangan bulat atau bersegi dan lain-lain. Paduan Aluminium ini juga dikelompokkan menurut sifat reaksi perlakuan panasnya (lihat diagram paduan Aluminium).

3. Pekerjaan pengerasan pada Paduan Aluminium

Paduan Aluminium ini sebenarnya tidak terlalu merespon terhadap reaksi perlakuan panas, akan tetapi derajat yang disebut “Temper” dapat kita peroleh melalui pengendalian rentang pengerjaan dingin yang dicapai setelah pelunakan akhir, namun demikian kekuatan tariknya tidak akan diperoleh bila ukuran yang dikehendaki telah tercapai kecuali dengan undersized. Prinsipprinsip pengerasan pada Paduan Aluminium ini dapat diuraikan sebagai berikut :

a. Paduan Aluminium dengan total unsur paduan hingga 1 % yang terdiri atas Silicon, besi Manganese dan Seng sesuai dengan sifat yang dikehendaki, kekuatan tarik maximum dapat dicapai melalui proses tempa (Forging) atau berbagai metoda pengerjaan dingin dan tingkat keuletannya dapat diperoleh melalui penambahan jumlah atau jenis bahan paduan sekalipun

hal ini relative mahal.

b. Paduan Aluminium dengan total unsur paduan hingga 2,4 % termasuk 1,2 % Manganese.

c. Paduan Aluminium dengan berbagai unsur paduan serta kadar yang bervariasi hingga diatas 7 % sesuai dengan kebutuhan. Berbagai jenis alumunium paduan sebagaimana disebutkan merupakan struktur larutan padat dengan sedikit larutan dua phase. Diagram keseimbangan (Gambar 1.14) yang diperlihatkan berikut ini merupakan bentuk keseimbangan untuk paduan Aluminium- Magnesium dimana diagram ini memperlihatkan bahwa unsur Magnesium larut didalam Aluminium yang meningkat sesuai dengan meningkatnya Temperatur pemanasan. Paduan ini bukan merupakan masalah utama karena melalui proses paduan ini hanya akan meningkatkan sedikit tegangan namun merata. Struktur dengan larutan padat (Solid Solution) ini memiliki sifat yang lunak tetapi sangat tahan terhadap korosi.

4. Paduan Aluminium mampu perlakuan panas (heat treatable wrought Aluminium Alloy)

Sifat mampu perlakuan panas pada paduan Aluminium ini akan memberikan peluang terhadap bahan ini untuk diberikan peningkatan tegangannya melalui proses perlakuan panas. Tentang prinsip-prinsip perlakuan panas dapat dilihat pada Bab tentang Heat treatment yakni Pengendalian sifat mekanik logam melalui proses perlakuan panas. Proses perlakuan panas pada Aluminium paduan ini dapat dianggap sebagai : Unsur paduan pada Aluminium dengan kadar Tembaga hingga 4 % dengan campuran CuAl2 merupakan paduan dengan dengan medium hardening. Unsur paduan pada Aluminium dengan total paduan hingga 2 % yang etrdiri atas Silicon dan Magnesium, MG2Si merupakan medium hardening.

Variasi unsur paduan pada Aluminium yang terdiri atas Tembaga, Silocon sebagai media hardening. Sifat heatreatable (mampu perlakuan panas) dari paduan Aluminium ini jatuh dalam dua kelompok yakni terjadinya pengerasan secara spontan setelah pembentukan larutan, sedangkan yang lainnya memerlukan proses lanjutan, yakni proses perlakuan panas yang disebut sebagai “precipitation treatment” dengan tujuan untuk memperbaiki sifatnya. Dalam proses ini diperlukan berbagai unsur tambahan seperti unsur yang bersifat meningkatkan kekerasan, ketegangan, misalnya besi dan Seng. Jika Paduan Aluminium ini akan digunakan pada temperature tinggi maka diperlukan unsur Nickel.

Paduan Aluminium tuangan (Cast Aluminium Alloys)

Jika diperlukan Aluminium Paduan dengan sifat keuletan yang tinggi serta sifat ketahanan terhadap korosi yang tinggi pula maka pada Aluminium yang memiliki kemurnian komersial ditambahkan unsur-unsuar Silicon dan Magnesium, dengan demikian juga akan diperoleh Aluminium paduan yang keras dan kuat dengan paduan yang kompleks. Berdasarkan diagram keseimbangan (Gambar1.15) berikut dimana kita memerlukan keadaan paduan yang sangat cair

dengan kadar Silicon yang lebih besar dari 5 % , dengan demikian berdasarkan diagram tersebut yang mengindikasikanterjadinya komposisi Eutectic berada pada kadar Silicon sebesar 11,6 %, dengan demikian Aluminium paduan ini cocok dibentuk melalui pengecoran dengan cetakan pasir, Grafity die Casting, pressure die Casting dengan cold chamber die Casting. Aluminium paduan dari kelompok ini termasuk dalam kelompok Aluminium paduan yang mampu perlakuan panas untuk meningkatkan kekuatan dan tegangannya.

“As-Cast” Aluminium Alloys

Terdapat 3 kelompok utama dari “As-Cast” Aluminium Alloys ini yaitu :

1) Aluminium paduan dengan kadar 9% sampai 13 % Silicon, Aluminium paduan ini dapat dibentuk melalui pengecoran dengan metoda Die-Casting.

2) Alumunium Paduan dengan komposisi yang terdiri atas 1,6 % Copper dan 10 % Silicon dapat dibentuk dengan penuangan melalui metode pressure die Casting.

3) Aluminium Paduan dengan kadar 4,5 %Magnesium; dan 0,5 % Manganese, kendati paduan ini hanya memiliki tegangan menengah namun memiliki sifat ketahanan korosi yang baik.

4) Aluminium Paduan ini dapat dibentuk melalui pengecoran dengan proses pencetakan pasir (Sand-Casting) dan Grafity Die Casting.

5. Sifat mampu pemanasan pada Tuangan Aluminium paduan

Dengan penambahan unsur paduan pada Aluminium Paduan seperti unsur Silicon dan berbagai unsur lainnya sudah cukup memberikan fungsi pengerasan. Angka terbesar dari bahan-bahan

paduan pada Aluminium Paduan diperoleh dari unsur Tembaga (Cu) dengan kadar hingga 4 % yang ditambah dengan sedikit unsur Nickel hingga 3 % yang akan menghasilkan media pengerasan dari campuran Ni Al3.

Perlakuan panas pada Aluminium paduan

Peningkatan Tegangan dengan perlakuan panas

Aluminium Paduan yang memiliki komposisi yang sesuai untuk ditingkatkan kekuatannya, perlakuan panas akan mencairkan bahan ini yang diikuti oleh proses pengendapan (precipitation). Untuk keadaan ini respon bahan terhadap reaksi pemanasan akan ditandai dengan adanya batas larutan padat (Solid solution) didalam larutan tersebut hingga mencapai temperature ruangan yang meningkat sesuai perubahan temperature itu sendiri. Prilaku Tembaga serta cara pemaduannya dengan Aluminium dapat digambarkan dalam diagram keseimbangan (Gambar 1.16) berikut. Dengan hanya 0,2 % Tembaga pada ALuminium akan menghasilkan campuran antar logam Cu Al2.

Larutan padat (solid Solution) dari Tembaga pada Aluminium meningkat sesuai dengan peningkatan Temperaturnya menjangkau maximum hingga 5,7 % pada Temperatur 584 %, akan tetapi jika kandungan unsur Tembaga kurang dari 5,7 % maka seluruhnya akan masuk kedalam larutan padat (solid solution), bila diberikan pemanasan dengan temperature yang cukup tinggi.

Jika Paduan telah berada dalam keseimbangan melalui proses pendinginan, misalnya setelah penuangan, kelebihan unsur tembaga secara berangsur-angsur akan mengendap dari larutan padat kedalam bentuk campuran yang sangat keras dan rapuh Cu Al2 yang berkumpul didalam batas butiran.

Sumber :

Sudjana, Hardí, 2008, Teknik Pengecoran Jilid 1 untuk SMK, Jakarta : Pusat perbukuan Departemen Pendidikan Nasional, h. 26 – 52.

1 komentar:

Unknown mengatakan...

terimakasih atas informasi yang dijabarkan, sangat membantu dalam menyelesaikan tugas perkuliahan saya, tapi sayangnya gambar2 yg ada pada artikel tidak terbaca, bisakah saudara mengirim file artikel ini ke email saya?

Posting Komentar

Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon Favorites More

 
Design by Free WordPress Themes | Bloggerized by Lasantha - Premium Blogger Themes | Powerade Coupons