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.


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).


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.


Tembaga PaduanTembaga murni jarang digunakan, kecuali untuk alat-alat listrik atau pesawat penukar panas. Tembaga biasanya digunakan dalam bentuk paduan.


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).


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 :


(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 :


(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 :


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


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


(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.


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


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..


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.


(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.


(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.


(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.


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 :


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.


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.


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


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


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.


• 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 ;


• 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;


• 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.


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)


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.


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.


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.

7. logam nonferrous

Documents

materials science for

coin medalion emblem

formasi dingin cold

pengerjaan dingin cold

zn 20keuletan cukup

kuningandiagram fase

sulit dideformasi dingin

macmilian publishing