1

Materials in Manufacturing

• Most engineering materials can be classified into one of four basic categories: 1. Metals2. Ceramics3. Polymers4. Composites

2

Engineering Materials

Bahan Coran :

Besi Cor

Baja

Paduan Tembaga

Logam Ringan

Paduan Lain

3

Penggolongan Bahan Coran

Coran besi cor

Coran baja

Coran paduan tembaga

Coran logam ringan

Coran paduan lain

Besi cor kelabuBesi cor mutu tinggiBesi cor kelabu paduanBesi cor bergrafit bulatBesi cor mampu tempaBesi cor dicil

Baja cor karbonBaja cor paduan

Brons/Perunggu (Cu,Sn)Kuningan (Cu,Zn)Kuningan tegangan tinggiLain-lain

Coran paduan aluminiumCoran paduan magnesium

Coran paduan sengCoran paduan nikelCoran paduan timbalCoran paduan tinLain-lain

Coran

4

Paduan besi yg mengandung karbon, silisium, mangan, posphor dan belerang

Struktur mikro besi cor ferit atau perlit dan serpih karbon bebas

Besi cor sebagai bahan baku produk akan diproses menjadi baja yang akan menghasilkan berbagai jenis baja.

BESI COR (Cast Iron)BESI COR (Cast Iron)

5

oo Besi Cor KelabuBesi Cor Kelabu

6

Kekuatan tarik : 10 – 30 kgf/mm2

Agak getas

Titik cair : 1200oC

Mampu cor sangat baik

Murah

Unsur penyusun besi cor kelabu : Fe + C + Silikon (Si).

Unsur Si (Silikon) untuk mengurai sementit menjadi Fe (ferit atau perlit) dan C (grafit).

7

Bentuk grafitnya berupa serpih fasa besi cor kelabu berupa ferit/perlit + grafit serpih dengan sifat : agak getas (krn ujung-ujung grafit berbentuk serpih tajam konsentrasi tegangan tinggi sehingga mudah patah.

Contoh penggunaan besi cor kelabu : konstruksi mesin jahit, blok mesin, lampu hias, mesin bubut, pagar, dll.

Keistimewaan besi cor kelabu terhadap baja yakni : mampu meredam getaran.

oo Besi Cor Kelabu PaduanBesi Cor Kelabu Paduan

8

Mengandung unsur2 paduan dan grafit (karbon bebas), mempunyai struktur yg stabil sifat2nya lebih baik

Unsur paduan yg ditambahkan : khrom, nikel, molibden, vanadium, titan, dsb ketahanan panas, ketahanan aus, ketahanan korosi dan mampu mesin baik sekali

Kekuatan tarik : 30 – 50 kgf/mm2

Mengandung lebih sedikit karbon dan silikon, ukuran grafit bebasnya agak kecil dibandingkan besi cor kelabu

oo Besi Cor Mutu TinggiBesi Cor Mutu Tinggi

9

oo Besi Cor Mampu TempaBesi Cor Mampu Tempa

Dibuat dari besi cor putih (Besi Tuang ini seluruh karbonnya berupa Sementit Fe3C, sehingga mempunyai sifat sangat keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri dari Karbidayang menyebabkan berwarna Putih) yg dilunakkan dalam sebuah tanur dalam waktu yg lama

Struktur sementit dari besi cor putih ferit atau perlit dan karbon yg tertemper mengendap

Besi cor putih sangat baik keuletan dan perpanjangannya dibandingkan besi cor kelabu

10

Besi Cor Mampu Tempa (lanjutan)Besi Cor Mampu Tempa (lanjutan)

11

Untuk membuat besi cor mampu tempa (malleable cast iron) dapat dibuat dengan memanaskan besi cor putih hingga mencapai suhu 700oC selama 30 jam agar sementit terturai menjadi Fe (ferit) dan C (grafit). Grafit yang dihasilkan berbentuk pipih. Contoh penggunaan besi cor mampu tempa pada spare part yang berukuran kecil-kecil.

Harga mahal karena proses pelunakan tidak cocok untuk coran yg tipis dan kecil (karena sebelum proses pelunakan keuletannya kurang)

Dibuat dengan cara mencampurkan magnesium, kalsium atau serium ke dalam cairan logam grafit bulat mengendap

Mempunyai kekuatan, keuletan, ketahanan aus dan ketahanan panas yg baik sekali dibanding dengan besi cor kelabu

Unsur penyusun besi cor bergrafit bulat yakni : Fe + C + Si + Mg / Ce.

Penambahan Mg atau Ce “melunakan” grafit menjadi bulat sehingga konsentrasi tegangan sedikit sekali (besi cor bersifat ulet). Contoh penggunaan besi cor bergrafit bulat pada kontruksi penjepit rel kereta api, batang torak kompresor, dll.

oo Besi Cor Grafit BulatBesi Cor Grafit Bulat

12

oo Besi Cor CilBesi Cor Cil

13

Mempunyai permukaan terdiri dari besi cor putih dan bagian dalamnya terdiri dari struktur dengan endapan grafit

Permukaannya mempunyai ketahanan aus yg baik dan bagian dalam mempunyai keuletan yg baik sbg bahan tahan aus

oo Coran Baja KarbonCoran Baja Karbon

Baja karbon rendah mengandung C < 0,20%, baja karbon menengah (0,20 – 0,50%C), dan baja karbon tinggi (C > 0,50%)

Kadar karbon yg rendah kekuatan rendah, perpanjangan yg tinggi dan harga bentur serta mampu las yg baik

BAJA CORBAJA COR

14

Coran Baja Karbon (lanjutan)Coran Baja Karbon (lanjutan)

15

Baja cor mempunyai struktur yg buruk dan getas apabila tidak dilakukan perlakuan panas. Dengan pelunakan atau penormalan menjadi ulet dan strukturnya halus

Titik cair sekitar 1500oC, mampu cor lebih buruk dibandingkan besi cor

Kekuatan tinggi dan harga rendah utk bagian2 mesin

Baja cor ditambah unsur2 paduan (mangan, khrom, molibden atau nikel) untuk memberikan sifat2 khusus dari baja paduan tersebut ketahanan aus, ketahanan asam dan korosi atau keuletan.

Contoh : baja cor tahan karat, baja cor tahan panas

oo Baja Cor PaduanBaja Cor Paduan

16

TEMBAGA (Copper)TEMBAGA (Copper)

17

Tembaga murni digunakan secara luas pada industriperlistrikan merupakan logam conduktor listrik yang baik (kendati tegangannya rendah)

Tembaga termasuk dalam golongan logam berat berat jenis 8,9 kg/dm3 dengan titik cair 1083oC.

Kekuatan tarik tembaga hingga 150 N/mm2 (bentuk tuangan) dapat ditingkatkan hingga 390 N/mm2 (melalui proses pengerjaan dingin).

TEMBAGA (Copper) lanjutanTEMBAGA (Copper) lanjutan

18

Tembaga jenis tuangan angka kekerasanya hanya mencapai 45 HB dapat ditingkatkan menjadi 90 HB melalui pengerjaan dingin.

Tembaga mempunyai sifat tahan terhadap korosi atmospheric serta berbagai media korosi lainnya.

Pada jenis tertentu tembaga dipadukan dengan seng merupakan paduan tembaga seng Kuningan

(Brass), atau dicampur timah (Tin) Perunggu(Bronze).

Perunggu paduan antara tembaga dan timah

Perunggu yg sering digunakan : mengandung <15% timah

Titik cair : sekitar 1000oC

Mampu cor baik seperti halnya besi cor

oo Perunggu (Brons)Perunggu (Brons)

19

Ketahanan korosi dan ketahanan aus baik sekali dapat dipakai untuk bagian2 mesin

Harga 5 – 10 kali lipat harga besi cor kelabu bagian khusus mesin yg mempunyai sifat luar biasa

Perunggu phospor sifat ketahanan aus diperbaiki dengan penambahan phosphor, perunggu timbal cocok untuk logam bantalan dengan menambahkan timbal.

Perunggu (Brons) LanjutanPerunggu (Brons) Lanjutan

20

oo Kuningan (Brass)Kuningan (Brass)

21

Kuningan paduan tembaga dan seng

Kuningan adalah paduan Tembaga dengan lebih dari 50 % Zn (seng) kadang-kadang ditambah dengan Timah putih (Tin) dan Timah Hitam (Lead) serta Alumunium dan Silicon.

Kuningan tegangan tinggi paduan mengandung tembaga, aluminium, besi, mangan, nikel dsb memperbaiki sifat mekanis

Kuningan (Brass)(lanjuta)Kuningan (Brass)(lanjuta)

22

Kuningan aluminium(Aluminium Brasses) paduan tembaga, aluminium dsb ketahanan aus dan korosi baik sekali

Komposisi Kuningan aluminium :76 % Copper, 22 % Seng dan 2 % Alumunium

Pemakaian sebagai bahan pembuatan “MarineCondenser tubes” (sifatnya tahan terhadap korosi tinggi)

Coran paduan ringan Coran paduan ringan :

Coran paduan aluminium, coran paduan magnesium, dsb

Aluminium murni Aluminium murni :

Sifat mampu cor dan sifat mekanis yg jelek diperbaiki dengan menambahkan tembaga, silisium, magnesium, mangan, nikel dsb.

CORAN PADUAN RINGANCORAN PADUAN RINGAN

23

24

Secara komersial Aluminium diperoleh dalam keadaan murni hingga 99,9 % atau terendah 99 % memiliki kekuatan tarik 60 N/mm2 dan dapat ditingkatkan hingga 140 N/mm2 melalui proses pengerjaan dingin.

Berat jenis Aluminium rendah hanya 2,702 Kg/dm3.

Sifat ketahanan korosi atmospheric yang tinggi dan sifat thermal dan electrical conductivity yang baik .

25

• Ringan dan merupakan penghantar panas yg baik sekali (Al-Si, Al-Cu-Si dan Al-Si-Mg banyak dipergunakan untuk bagian2 mesin, Al-Cu-Ni-Mg dan Al-Si-CuNi-Mg untuk bagian mesin yg tahan panas, dan Al-Mg untuk bagian tahan korosi

• Paduan Alumunium (Aluminium Alloy) digunakan sebagai peralatan aircraft, automobiles serta peralatan teknik secara luas karena sifatnya yang kuat dan ringan.

Coran paduan aluminium Coran paduan aluminium :

26

• Aluminium juga digunakan secara luas sebagai bahan peralatan dapur serta berbagai pembungkus yang tahan panas.

Magnesium : Magnesium :

• Magnesium ialah logam yang berwarna putih perak dan sangat mengkilap dengan titik cair 651oC .LLebih ringan daripada logam umumnya, sebab berat jenisnya sekitar 1,8

Magnesium : (lanjutan)Magnesium : (lanjutan)

27

• Magnesium dapat digunakan sebagai bahan paduan ringan, sifat dan karakteristiknya sama dengan Aluminium biasanya aluminium, mangan, beriliumdsb ditambahkan sbg unsur2 paduan

• Perbedaan titik cairnya sangat kecil tetapi sedikit berbeda dengan Aluminium terutama pada permukaannya yang mudah keropos bila terjadi oxidasi dengan udara.

Magnesium : (lanjutan)Magnesium : (lanjutan)

28

• Oxid film yang melapisi permukaan Magnesium hanya cukup melindunginya dari pengaruh udara kering, sedangkan udara lembab dengan kandungan unsur garam kekuatan oxid dari Magnesium akan menurun.

• Oleh karena itu perlindungan dengan cat atau lac (pernis) merupakan metoda dalam melindungi Magnesium dari pengaruh korosi kelembaban udara.

Magnesium (lanjutan)Magnesium (lanjutan)

29

• Magnesium memiliki kekuatan tarik hingga 110 N/mm2 dan dapat ditingkatkan melalui proses pembentukan hingga 200 N/mm2.

• Magnesium memilki sifat yang lembut walaupun dengan elastisitas yang rendah.

Paduan seng (Paduan seng (yg mengandung sedikit Al) utk pengecoran cetak

Logam monel Logam monel paduan nikel yg mengandung tembaga

Paduan timbal Paduan timbal paduan antara timbal, tembaga dan timah

Logam bantalan paduan timbal, tembaga dan stibium atau dipakai juga paduan timah, tembaga dan stibium

30

CORAN PADUAN RINGAN (lanjutan)CORAN PADUAN RINGAN (lanjutan)

SIFAT DAN BAHAN YG COCOK UNTUK CORAN

KekuatanBaja cor, Besi cor mutu tinggi, Besicor bergrafit bulat, Besi cor mampu tempa

Tahan bantingKeuletan

Baja cor, Besi cor bergrafit bulat, Besi cor mampu tempa

Mudah dibuat Besi cor kelabu, coran brons, coran paduan Al (Al-Si-Cu, Al-Si-Mg)

31

Ringan Coran paduan Al, Coran paduan Mg

Konduktivitas termaldan

listrik yang baikCoran tembaga murni

Tahan ausCoran Ni-Cr, Baja coran Mn tinggi, Besi cor bergrafit bulat, Besi cor mutu tinggi, Coran paduan tembaga

32

Tahan korosi Hasteloy, Coran paduan tembaga

Air segar dan

air asinCoran paduan tembaga

Asam nitratCoran baja tahan karat, Besi cor Cr tinggi, Besi cor Sitinggi

Asam khlorida

Asam sulfat

Oksida danTemperatur

tinggi

Besi cor Si tinggi, Coran paduan tembaga (kecuali kuningan), Baja cor tahan asam, Besi cor Ni-resis

Besi cor Cr tinggi, Baja cor Cr-Ni tinggi, baja tahan karat

AlkaliBaja cor karbon rendah, Coran paduan tembaga, Baja cor tahan karat, Besi cor kelabu33

Tahan Panas

Coran paduan Al

1000 – 1200oC Baja cor tahan panas

700 – 800oCCoran baja tahan karat, Baja cor Al, Baja cor Cr tinggi, Besi cor Cr-Ni

500 – 600oC Baja cor paduan rendah, Besi cor paduan rendah

400oCBaja cor karbon, Baja cor Mn tinggi

350oCBesi cor mutu tinggi, Besi cor bergrafit bulat, Besi cor mampu tempa250 – 300oC

Besi cor kelabu, Coran paduan tembaga

200 – 250oC

Coran paduan tembaga100 – 200oC

34

35

Diagram Titik CairBeberapa JenisLogam