Modul Pengetahuan Bahan Logam PDF [PDF]

Citation preview

POLITEKNIK INDUSTRI LOGAM MOROWALI



T.02



Modul Teori PENGETAHUAN BAHAN LOGAM, NON LOGAM FERRO, NON FERRO



PBH



Disusun oleh : DARMA FIRMANSYAH U, SST., MT. ACHMAD SAMBAS, ST., MT.



POLITEKNIK INDUSTRI LOGAM MOROWALI 2018



KATA PENGANTAR



Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah swt atas segala limpahan rahmat dan hidayahNya sehingga penulis dapat menyelesaikan sesuai rencana pembuatan modul bahan ajar mata kuliah Pengetahuan Bahan.



Modul ini disusun sebagai pedoman pelaksanaan kegiatan kuliah mata kuliah Pengetahuan Bahan pada Program Studi Teknik Kimia Mineral D3 Politeknik Industri Logam Morowali. Penulis sangat mengaharapkan kritik dan saran terhadap modul ini untuk dasar perbaikan dan penyempurnaan lebih lanjut. Harapan penulis modul ini dapat bermanfaat dan dimanfaatkan bagi kita semua. Amin.



Bandung , Agustus 2015



Penyusun



1



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR................................................................................................ DAFTAR ISI...............................................................................................................



1 2



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Klasifikasi Material .............................................................................................. 1.2 Sifat Material .......................................................................................................



3 5



BAB II STRUKTUR ATOM DAN IKATAN ANTAR ATOM 2.1 Struktur Atom........................................................................................................ 2.2 Jenis Ikatan Atom dan Molekul.............................................................................



7 7



BAB III STRUKTUR DAN GEOMETRI KRISTAL 3.1 Ruang Latis Kristal Dan Unit Sel .......................................................................... 3.2 Sistem Kristal dan Latis Bravais............................................................................ 3.3 Prinsip Struktur Kristal Logam ............................................................................. 3.4 Posisi Atom Dalam Unit Sel Kubus ...................................................................... 3.5 Penentuan Arah Dalam Unit Sel Satuan ................................................................ 3.6 Indeks Miller .........................................................................................................



10 10 12 15 16 17



BAB IV PENGUJIAN BAHAN 4.1 Tujuan Pengujian Bahan ....................................................................................... 4.2 Klasifikasi Pengujian Bahan ................................................................................. 4.3 Pengujian Kekerasan ............................................................................................. 4.4 Pengujian Tarik ..................................................................................................... 4.5 Pengujian Tidak Merusak (Non Destructive Testing) ...........................................



20 20 20 24 25



BAB V BESI COR 5.1 Besi Cor Kelabu ................................................................................................... 5.2 Besi Cor Noduler ................................................................................................. 5.3 Besi Cor Mampu Tempa ...................................................................................... 5.4 Besi Cor Dicil ...................................................................................................... 5.5 Besi Cor Khusus/Paduan .......................................................................................................



30 32 32 33 34



BAB VI BAJA ............................................................................................................



36



BAB VII LOGAM BUKAN BESI ............................................................................



50



DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................



72



2



BAB I PENDAHULUAN



Material dapat didefinisikan sebagai substansi yang dibuat atau diramu. Sehubungan dengan pengetahuan material, ada yang disebut materials science dan materials engineering. Materials science menitikberatkan kepada pengetahuan dasar tentang struktur internal, sifat dan pemrosesan material, sedangkan materials engineering menitikberatkan pada masalah penggunaan dari prinsip dan pengetahuan terapan tentang material sehingga material dapat diubah menjadi produk yang dibutuhkan oleh manusia. Penggunaan kombinasi pengetahuan material, yaitu materials science dan materials engineering memungkinkan untuk mengubah material menjadi produk yang dibutuhkan oleh manusia. Skema hubungannya dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Materials science



Materials science and engineering



Materials engineering



Pengetahuan dasar material



Hasil pengetahuan tentang struktur, sifat, pemrosesan dan performance dari material



Pengetahuan terapan material



Gambar 1.1 Spektrum pengetahuan material



1.1 Klasifikasi Material Material dapat dikelompokan menjadi tiga kelompok utama (lihat gambar 1.2), yaitu logam, polimer(plastik) dan bahan keramik. Disamping ketiga kelompok utama tersebut, ada dua kelompok bahan yang juga sering digunakan, yaitu bahan komposit dan bahan elektronik. MATERIAL



LOGAM



POLIMER



KERAMIK



KOMPOSIT BAHAN ELEKTRONIK



FERRO



BESI



NON FERRO



BAJA



LOGAM BERAT



LOGAM RINGAN



Gambar 1.2 Klasifikasi material



3



Logam merupakan paduan dari unsur-unsur logam dan kadang mengandung unsur-unsur bukan logam. Contoh unsur logam adalah : besi, tembaga, nikel, titanium dan lain-lain. Unsur bukan logam yang terkandung seperti karbon, nitrogen dan oksigen. Salah satu ciri logam adalah memiliki struktur kristal, artinya atom-atomnya tersusun secara teratur. Logam secara umum memiliki konduktivitas panas dan listrik yang baik.



Kebanyakan logam



memiliki kekuatan dan keuletan yang baik dalam temperatur kamar, dan beberapa juga memiliki kekuatan yang baik pada temperatur tinggi.



Logam dan paduannya secara umum dibagi atas dua kelompok, yaitu :  Logam besi (ferro) dan paduannya, dimana mengandung kebanyakan unsur besi. Contoh baja dan besi cor. Logam besi terbagi menjadi dua kelompok, besi dan baja. Besi dan baja dibedakan pada kandungan karbonnya, besi mengandung karbon lebih besar dari 2 % ; baja mengandung karbon lebih kecil dari 2 %.  Logam bukan besi (non ferro), dimana tidak mengandung unsur besi atau mengandung unsur besi, namun sedikit. Contoh aluminium, tembaga, seng, titanium dan nikel. Logam bukan besi terbagi menjadi dua kelompok, logam berat dan logam ringan. Keduanya dibedakan pada berat jenisnya, logam berat mempunyai berat jenis lebih besar dari 4,5 gr/cm3 ; logam ringan mempunyai berat jenis hingga 4,5 gr/cm3.



Polimer (plastik) biasanya terdiri dari unsur organik (mengandung karbon) dengan rantai atau jaringan molekul yang panjang. Umumnya polimer tidak memiliki unsur kristalin, tetapi ada beberapa jenis memiliki campuran kristal dan bukan kristal. Kekuatan dan keuletan polimer sangat bervariasi. Secara alami struktur internal polimer memiliki konduktivitas yang buruk. Beberapa jenis material ini sangat bagus berfungsi sebagai isolator. Secara umum bahan polimer memiliki densitas yang rendah dan temperatur perubahan sifat (melunak atau dekomposisi) yang rendah.



Bahan keramik merupakan bahan anorganik yang terdiri dari unsur logam dan bukan logam yang terikat secara kimiawi. Bahan keramik dapat berbentuk kristalin, bukan kristalin atau gabungan keduanya.



Kebanyakan bahan keramik memiliki kekerasan yang tinggi dan



ketahanan terhadap temperatur tinggi, tetapi cenderung getas.



4



Bahan komposit merupakan bahan campuran dari dua atau lebih bahan-bahan. Kebanyakan jenis komposit terdiri dari pengisi atau bahan penguat dan resin pengikat yang sesuai untuk menghasilkan karakteristik dan sifat-sifat yang dinginkan. Biasanya, antar komponen tidak saling menyatu dan secara fisik dapat dilihat batas antar muka diantara komponenkomponenya.



Jenis-jenis komposit beragam, bisa berbentuk fiber-matriks atau partikel-



matriks.



Bahan elektronik bukan merupakan jenis bahan yang sering digunakan tetapi merupakan jenis bahan yang sangat penting untuk rekayasa teknologi lanjutan. Bahan elektronik yang sangat penting adalah silikon murni yang dimodifikasi dalam berbagai cara untuk mengubah karakteristik elektriknya.



1.2 Sifat Material Sifat-sifat material penting untuk dipahami agar kita bisa memilih jenis material yang cocok untuk suatu konstruksi atau bagian alat/mesin.



Sifat-sifat material dikelompokan dalam empat kelompok, yaitu : 1. Sifat fisik 2. Sifat mekanik 3. Sifat teknik



Sifat Fisik Sifat fisik adalah sifat yang dimiliki oleh semua material yang ada secara alami. Sifat fisik material meliputi : berat jenis, titik lebur, kemampuan menghantarkan panas dan listrik.



Sifat Mekanik Sifat mekanik material menunjukan kelakuan dan kemampuan material untuk menerima beban mekanik.



Sifat mekanik material meliputi : kekuatan, kekerasan, elastisitas,



pemuluran dan lain-lain. Kekuatan suatu material pada umumnya berpedoman pada kekuatan tariknya. Kekuatan tarik, batas elastisitas dan pemuluran maksimal bisa didapatkan dari pengujian tarik. Kekerasan suatu material bisa diartikan sebagai ketahanan suatu material terhadap penetrasi benda padat lainnya.



5



Sifat Teknik Sifat teknik material menunjukan kelakuan material pada saat pengerjaan.



Sifat teknik



material meliputi : mampu tempa, mampu tarik, ulet, mampu dikerjakan dengan permesinan, mampu las, mampu cor, mampu sinter dan lain-lain.



6



BAB II STRUKTUR ATOM DAN IKATAN ANTAR ATOM



2.1 Struktur Atom Atom merupakan struktur dasar dari seluruh bahan-bahan teknik. Atom terdiri dari tiga partikel sub-atom dasar : proton, neutron dan elektron. Model sederhana atom terdiri dari nukleus yang sangat kecil dengan diameter 10-14 m dan dikelilingi oleh awan elektron yang sangat tipis dengan densitas yang bervariasi sehingga diameter atom ada dalam orde 10 -10 m. Nukleus terdiri dari proton dan neutron dan sebagian besar masa atom berada di nukleus. Proton memiliki massa 1.673 x 10-24 gr dan muatan satuan + 1.602 x 10-19 coulomb. Neutron lebih berat dengan masa 1.675 x 10-24 gr dan muatan satuan tidak ada. Elektron memiliki masa relatif kecil 9.109 x 10-28 gr dan muatan satuan -1.602 x 10-19 coulomb (muatan sama namun berbeda tanda dengan proton). Tabel 2.1 Masa dan muatan Proton, Neutron dan Electron



2.2 Jenis Ikatan Atom dan Molekul Ikatan kimia antar atom dapat terjadi apabila ada pengurangan energi potensial atom sampai pada status harus berikatan. Sehingga atom dalam status harus berikatan memiliki kestabilan energi yang lebih baik dibanding tidak berikatan. Secara umum ikatan kimia atom dapat dibagi menjadi dua kelompok: ikatan primer atau ikatan kuat dan ikatan sekunder atau ikatan lemah.



Ikatan Primer Atom Ikatan primer atom dengan gaya interatomik yang besar dapat dibagi menjadi tiga kelompok:  Ikatan ion: dengan gaya interatomik yang besar dibentuk oleh transfer elektron dari atom ke atom menghasilkan ion-ion yang mengikat atom-atom dengan gaya coulomb (interaksi antara muatan negatif dan positif ion-ion). Ikatan ion memiliki ikatan nondirectional yang kuat.



7



Gambar 2.1 Ikatan ion senyawa NaCl  Ikatan kovalen: dengan gaya interatomik yang besar dibentuk oleh penggunaan elektron secara bersamaan antar atom. Ikatan terbentuk dengan lokalisasi directional.



Gambar 2.2 Ikatan kovalen ion hidrogen  Ikatan logam: dengan gaya interatomik yang besr dengan penggunaan elektron secara bersamaan dengan kecenderungan de-lokalisasi untuk membentuk ikatan non-directional yang kuat.



Gambar 2.3 Ilustrasi ikatan logam 8



Ikatan Sekunder Atom  Ikatan polar permanen: ikatan molekul yang relatif lemah terbentuk antar molekul yang memiliki kutub (polar) yang permanen.  Ikatan polar berfluktuasi: ikatan yang sangat lemah karena adanya fluktuasi sehingga densitas elektron berubah secara kontinyu.



Gambar 2.4 Ilustrasi ikatan sekunder antar dua dipol



9



BAB III STRUKTUR DAN GEOMETRI KRISTAL



3.1 Ruang Latis Kristal Dan Unit Sel Struktur fisik bahan padat tergantung dari susunan atom-atom, ion-ion atau molekul yang membangun gaya ikatan anatar mereka.



Apabila atom-atom atau ion-ion bahan padat



tersebut tersusun secara teratur dan berulang secara 3 dimensi, bentuk tersebut disebut struktur kristal. Contoh bahan kristalin adalah logam, paduan dan beberapa bahan keramik.



Susunan kristal bahan padat dapat digambarkan dengan meletakan atom pada posisi perpotongan garis-garis jaringan kristal dalam 3 dimensi. Pola jaringan garis tersebut disebut ruang latis kristal dan dapat digambarkan dengan susunan kristal berulang dan sama. Setiap ruang latis yang sama dan berulang dengan susunan atom tetap disebut sel satuan.



Gambar 3.1 Ruang latis kristal pada kristal padat yang ideal (kiri) dan sel satuan menunjukan konstanta latis (kanan)



3.2 Sistem Kristal dan Latis Bravais Dengan penentuan panjang sumbu dan sudut perpotongan sel satuan dari berbagai macam jenis kristal dapat ditentukan. Ada tujuh sel satuan dasar. Dari tujuh sistem kristal ada 14 variasi sel satuan standar. Pada dasarnya ada 4 jenis kelompok kristal dengan bentuk dasar sederhana, yaitu: simple, body-centered, face-centered dan base-centered.



10



Gambar 3.2 14 buah sel satuan sistem bravais. Tiap bola menggambarkan titik posisi atom dapat berlokasi di dalam ruang, di permukaan atau di sudut.



11



Tabel 3.1 Hubungan parameter latis



3.3 Prinsip Struktur Kristal Logam Kebanyakan unsur logam memiliki kristal dengan susunan atom padat: body centered cubic (BCC), face centered cubic (FCC) dan hexagonal close packed (HCP). Sebuah sel satuan memiliki ukuran yang sangat kecil sebagai gambaran panjang sisi sebuah kristal kubus besi 12



pada temperatur kamar adalah 0.287 x 10-9 m atau 0.287 nm. Misal banyak sel satuan besi disusun teratur maka dalam 1 mm panjang terdapat: 1



0.287



1



10



/



= 3.48 10



Gambar 3.3 Susunan atom yang membentuk unit sel. (a) FCC, (b) CPH dan (c) BCC.



Body Centered Cubic (BCC) Sebuah atom yang digambarkan sebagai bola padat berada pada tengah sel satuan dan dikelilingi oleh 8 atom lainnya. Dengan pola itu BCC memiliki angka koordinasi 8. Satu unit sel kristal BCC terdiri dari 2 buah atom yaitu 1/8 x 8 + 1. Atom-atom dalam unit sel BCC kontak satu sama lain pada diagonal tengah kubusnya, maka dapat diperhitungkan hubungan radius dengan panjang sisi kubus yaitu: √3 = 4



=



4



√3



Apabila satu unit sel BCC dianggap bulat maka dapat dihitung tingkat kepadatan atom per unit sel (atomic packing factor) dengan persamaan: = 13



dengan persamaan ini maka APF BCC dihitung sebesar 68 % bagian dari atom dan 32 % adalah daerah kosong. BCC tidak termasuk kristal yang close-packed. Beberapa unsur memiliki bentuk kristal BCC pada temperatur kamar antara lain besi, chrom, tungsten, molybden dan vanadium.



Gambar 3.4 Sel satuan BCC



Face Centered Cubic (FCC) Unit sel kristal FCC terdiri dari satu titik pusat atom di masing-masing sudut kubus dan satu di setiap tengah muka kubus. Apabila dihitung maka APF FCC 74 %, ini menunjukan bahwa FCC memiliki sifat lebih close packed dibanding BCC. Satu unit sel FCC terdiri dari 4 atom dengan perhitungan 1/8 x + 8 + 1/2 x 4. Atom-atom FCC berkontak pada diagonal sisi muka kubu, maka perumusan hubungan radius dengan panjang kisi kubus adalah: √2 = 4



=



4



√2



Gambar 3.5 Sel satuan FCC Beberapa unsur dengan bentuk kristal FCC antara lain alumunium, tembaga, timah, nikel dan besi pada temperatur 912 °C s.d 1394 °C.



14



Hexagonal Close Packed (HCP) Bentuk kristal ketiga yang umum ditemui pada logam adalah HCP. Logam tidak mengkristal dengan bentuk kristal hexagonal yang sederhana karena nilai APF yang terlalu rendah. Atom-atom dapat membuat kondisi energi yang lebih rendah dan lebih stabil dengan membentuk formasi struktur HCP. APF HCP 74 % sama dengan FCC. Pada kristal FCC dan HCP setiap atom dikelilingi oleh 12 buah atom. Sebuah unit sel HCP terdiri dari 6 buah atom dengan perhitungan 3 + 12 x 1/6. Rasio dari tinggi prisma hexagonal dengan panjang sisi basal (dasar) disebut rasio c/a. Rasio tersebut menunjukan tingkat kepadatan atom bila dihitung dengan asumsi bentuk atom bulat dan seragam maka nilai idealnya adalah 1.633. Beberapa jenis logam dengan struktur kristal HCP antara lain cadmium dan seng memiliki c/a yang lebih tinggi dibanding ideal.



Logam lain seperti magnesium, cobalt, zirconium,



titanium dan berrylium memiliki c/a lebih rendah.



Gambar 3.6 Sel satuan HCP



3.4 Posisi Atom Dalam Unit Sel Kubus Untuk memposisikan atom pada unit sel kubus, digunakan sumbu x, y dan z.



Pada



kristalografi nilai positif sumbu x adalah pada arah keluar kertas. Posisi y di sebelah kanan dan positif z ke arah atas. Nilai negatif pada arah berlawanan. Posisi atom pada unit sel ditempatkan dengan menggunakan unit jarak sepanjang sumbu x, y dan z. Sebagai contoh posisi masing-masing atom pada kedelapan sudutnya adalah sebagai berikut:



15



Gambar 3.7 (a) Sumbu x,y dan z untuk posisi atom pada sel satuan kubus (b) Posisi atom pada sel satuan BCC Pusat atom BCC memiliki nilai koordinat (1/2, 1/2, 1/2). Untuk penyederhanaan kadang hanya dua posisi atom yang disebut yaitu (0, 0, 0) dan (1/2, 1/2, 1/2). Posisi atom-atom lainnya pada unit sel BCC dianggap sudah dipahami. Dengan cara yang sama dapat ditentukan posisi atom pada FCC.



3.5 Penentuan Arah Dalam Unit Sel Satuan Sering dibutuhkan referensi untuk menentukan arah spesifik pada kristal. Hal ini penting bagi logam dan paduan yang memiliki variasi sifat berkaitan dengan orientasi kristalografi. Untuk kristal kubus arah merupakan komponen vektor ditentukan sepanjang tiap sumbu koordinat dan dikurangi sampai bilangan terkecil.



Sebagai contoh seperti yang digambarkan berikut, posisi koordinat untuk arah vektor OR pada gambar yang muncul dari permukaan kubus adalah (1,0,0) maka indeks arah untuk arah vektor OM adalah (1, 1/2,0) karena nilai harus integer (bulat) maka masing-maing komponen arah dikalikan 2 menjadi [210]. Posisi koordinat vektor ON adalah (-1,-1,0) arah negatif ditulis dengan menambah bar di atas indeks angkanya [ī, ī,0].



16



Gambar 3.8 Beberapa arah dalam sel satuan kubus



Arah-arah dapat disebut sama secara kristal apabila jarak atom untuk masing-masing komponen arah sama. Sebagai contoh arah-arah sudut kubus berikut adalah sama: [100], [010], [001], [0, ī,0], [0,0, ī], [ī,0,0] ≡



Gambar 3.9 Arah vektor dalam sel satuan kubus



3.6 Indeks Miller Kadang dibutuhkan acuan untuk menentukan posisi permukaan latis atom-atom pada struktur kristal. Notasi Miller digunakan untuk menentukan posisi tersebut. Indeks Miller untuk 17



bidang kristal didefinisikan: jarak bidang kristal dari titik 0 ditentukan dengan berbanding terbalik (tanpa ada unsur pecahan) untuk masing-masing sumbu x,y dan z yang tidak paralel pada unit sel kubus.



Cara menentukan indeks Miller sebagai berikut:  Pilih bidang yang tidak memotong titik pusat sumbu (0,0,0)  Tentukan titik jarak perpotongan bidang dengan sumbu x,y dan z. Nilainya bisa berbentuk pecahan  Bentuk nilai terbaliknya  Hilangkan bentuk pecahan dengan mengalikan dan hasilnya merupakan nilai terkecil yang bulat.



Seperti terlihat di gambar 3. bidang kristal memiliki perpotongan 1,∞,∞ dengan sumbu x,y dan z. Ambil kebalikannya yaitu 1/1=1, 1/∞=0, 1/∞=0, maka indeks Millernya menjadi (1,0,0). Contoh lain untuk jarak dengan nilai pecahan misalnya 1/3, 2/3, 1, maka nilai kebalikannya adalah 3,3/2,1. Pecahan tidak diperbolehkan maka semua nilai dikali dengan 2, hasilnya indeks Miller (6,3,2).



Gambar 3.10 Indeks Miller untuk beberapa bidang kristal yang penting (a). (100) (b). (110) (c). (111)



18



Gambar 3.11 Bidang kristal kubus (632) yang memiliki perpotongan dalam pecahan



19



BAB IV PENGUJIAN BAHAN



4.1 Tujuan Pengujian Bahan Tujuan dilakukannya pengujian bahan adalah : 1. Untuk mengetahui sifat-sifat dari sebuah bahan uji secara terukur 2. Untuk mengendalikan kualitas bahan 3. Hasil pengujian, dapat digunakan sebagai dasar perhitungan dalam perancangan suatu konstruksi



4.2 Klasifikasi Pengujian Bahan Pengujian bahan dikelompokan dalam dua kelompok, yaitu : 1. Pengujian merusak (Destructive testing) 2. Pengujian tidak merusak (Non destructive testing)



Pengujian merusak adalah pengujian yang akan merusak benda uji. Yang termasuk kedalam kelompok pengujian ini adalah :  Pengujian kekerasan  Pengujian tarik Pengujian tidak merusak adalah pengujian yang tidak akan merusak benda uji.



Yang



termasuk kedalam kelompok pengujian ini adalah :  Visual inspection  Dye penetrant 4.3 Pengujian Kekerasan Kekerasan adalah kemampuan material menahan deformasi plastik akibat penetrasi, pengujian kekerasan mengacu kepada kemampuan terhadap bengkok, mampu gores, mampu abrasif dan kemampuan terhadap pemotongan. Pengujian kekerasan mengunakan indenter kecil yang diberikan gaya tertentu sesuai dengan penggunaanya. Hasil dari jejak penekanan berupa kedalaman atau luas menunjukan harga kekerasan material tersebut. Material yang lunak akan menunjukan hasil penetrasi yang dalam atau luas penetrasinya besar.



20



Pengujian kekerasan Makro (Rockwell dan Brinell) adalah pengujian yang sering digunakan didalam industri hal ini dikarenakan: 1.



Pengujian kekerasan Makro paling mudah digunakan dan tidak memerlukan keahlian operator yang tinggi.



2.



Harga kekerasan dapat diketahui dengan cepat dengan persiapan sample yang minim.



3.



Untuk pengujian Rockwell tidak diperlukan kaca pembesar, harga kekerasan dapat langsung diketahui dengan membaca skala kekerasan yang ada pada alat.



4.



Dapat menggunakan gaya dan diameter indenter yang berbeda-beda, harga kekerasan juga menunjukan kekuatan uji tarik dari sebagian besar material metal dan material paduan termasuk material bearing lunak dan baja keras.



Terdapat dua macam metode yang sering digunakan untuk pengukuran kekerasan makro yaitu Rockwell dan Brinell. Pengujian Rockwell berbeda dengan pengujian Brinell, dimana pengukuran kekerasan dari Brinell berupa luas tembereng penetrasi sedangkan Rockwell berdasarkan kedalaman penetrasi yang mengunakan gaya konstan. Benda uji yang mempunyai ukuran yang besar dapat menggunakan Brinell atau Rockwell. Untuk benda uji yang tipis lebih baik menggunakan pengujian kekerasan Superficial Rockwell dimana memerlukan gaya yang lebih kecil sehingga dihasilkan penetrasi yang kecil juga.



4.3.1 Pengujian Kekerasan Brinell Pengujian kekerasan Brinell menggunakan gaya yang konstan biasanya 500-3000 kg untuk penggunaan indenter baja yang dikeraskan (D = 10 mm) pada permukaan benda kerja datar. Gaya 500 kg biasanya digunakan pada material nonferro seperti Tembaga dan Almunium paduan, gaya 3000 kg biasa digunakan untuk pengujian material logam keras seperti baja dan besi cor. Penahanan gaya tersebut selama 10-15 detik untuk besi dan baja, sedangkan 30 detik untuk logam lunak, waktu ini tersebut diperlukan untuk terjadinya deformasi plastis. Setelah itu ukur diameter penekanan yang terjadi.



Kekerasan Brinell setelah itu dapat dihitung dengan mengukur diameter penetrasi. Harga kekerasan Brinell adalah besar gaya yang digunakan dibagi luas tembereng penetrasi.



21



HB = 2F/(πD(D – (D2-d2)1/2))



Dimana :



F = Gaya yang dipergunakan (Kg) D = Diameter Bola baja / indenter (mm) d = Diameter hasil penetrasi (mm)



Untuk material yang mempunyai nilai kekerasan tinggi tidak dapat di uji oleh metode Brinell dengan indenter bola baja yang dikeraskan karena bola baja akan dapat mengalami deformasi plastik. Untuk material tersebut maka dianjurkan mengunakan indenter Tungsten carbide (dapat menguji kekerasan 444 HB sampai 627 HB). Untuk menghasilkan harga kekerasan yang akurat diperlukan permukaan yang mulus (dimachining, diampelas atau dipoles).



Yang perlu diperhatikan dalam pengujian kekerasan brinell adalah: 1.



Tidak dapat mengguji benda uji yang mempunyai permukaan radius kurang dari 1 inchi.



2.



Permukaan benda uji harus sebidang jika tidak sebidang maka bidang yang satu dengan yang lainya tidak lebih dari 2.



3.



Pengujian dilakukan pada batas temperatur 0 dan 40 C jika diperlukan dilakukan pengujian dibawah temperatur yang terkendali maka dilakukan pada temperature 20 ± 2 C dan 27 ± 2 C pada daerah Tropis.



4.



Selama penekanan bola ke permukaan benda uji tidak boleh terjadi beban kejut dan getaran sampai gaya yang ditentukan tercapai.



5.



Untuk mendapatkan hasil yang mewakilkan maka permukaan benda uji harus mulus dan tidak terdapat karat atau material asing (oli,kotoran).



6.



Benda uji diletakan pada landasan yang stabil.



7.



Ketebalan benda uji minimal 8X kedalaman hasil penetrasi untuk menghindari deformasi terjadi dibelakang benda uji. Kedalaman penetrasi h 



F D  HB



8.



Jarak sumbu lingkaran 2 buah hasil penekanan minimal 2.d.



9.



Diameter hasil penekanan tidak lebih kecil dari 0,2 D dan lebih besar dari 0,7 D atau 0,24D 140 HB < 35 HB 35 s/d 200 HB > 200 HB



7.



< 55 HB



8.



Besi Tuang Kelabu



Logam ringan dan paduan



9. 10.



Konstanta Pembebanan ( C )



55 s/d 130 HB > 130 HB



Timah, seng



30 10 30 5 10 30 2,5 5 10 30 10 30 1 1,25



Pengujian kekerasan Brinell mempunyai 3 macam batasan-batasan yang prinsipil antara lain: 1. Ukuran dan bentuk benda uji harus mampu menyesuaikan dengan indenter yang relatif besar. 2. Dikarenakan menggunakan indenter yang relatif besar, benda uji tidak dapat lagi digunakan setelah pengujian. 3. Batas harga kekerasan 11 HB (dengan Gaya 500 Kg) – 627 (dengan Gaya 3000 Kg). 4.3.2 Pengujian Kekerasan Rockwell Pengujian kekerasan Rockwell berdasarkan harga kedalaman penetrasi yang dihasilkan dari gaya yang utama (major) sedangkan gaya luar yang sebelumnya digunakan disebut gaya minor gambar 1 & 2. Penggunaan gaya minor untuk mengurangi penggaruh dari material yang kasar serta material asing yang berada pada permukaan benda uji.



23



Gaya minor digunakan pertama dan menjadi basic/dasar pengujian atau posisi yang stabil untuk melakukan pengujian. Setelah itu dilakukan pemberian gaya utama (major). Selama pengujian benda uji tidak boleh bergerak, setelah itu gaya utama di hilangkan dan dial gage pada alat akan menunjukan harga kekerasan dari Rockwell. Seluruh operasi pengujian memerlukan waktu 5-30 detik.



Nilai-nilai kekerasan dari pengujian ini tergantung dari kedalaman yang dihasilkan gaya minor dan major. Indenter kerucut intan yang bersudut 120 dengan radius ujung 0,2 mm digunakan untuk material baja keras dan baja Karbida. Sedangkan indenter bola baja diameter 1/16, 1/8 , 1/4 dan 1/2 inch biasanya digunakan untuk menguji material seperti baja lunak, tembaga paduan, almunium paduan dan bearing metal. Tujuan dan jenis pengunaan indenter tertera dalam tabel di bawah. Penggunaan gaya minor selalu 10 kg pada semua jenis pengujian Rockwell.



Tabel 4.2 Daftar hubungan beban dan macam material Material Paduan logam bukan besi (tembaga, aluminium, dll.) Logam yang dikeraskan Logam yang sudah dikeraskan (pengerasan keseluruhan) Logam yang sudah dikeraskan permukaan / tipis



Beban (Kg) 1 – 10 20 – 30 30 – 100 1 - 30



4.4 Pengujian Tarik Pengujian tarik yaitu pengujian yang dilakukan pada material dengan memberikan gaya penarikan dengan kecepatan konstan yang lambat (quasi statik) sampai material putus. Melalui uji tarik dapat dilihat perilaku elastik dan plastik material. Data yang dapat diambil dari hasil pengujian tarik antara lain :  Kuat tarik (tensile strength) [u]  Batas luluh (yield point) [y]  Perpanjangan (elongation) [e]  Reduksi penampang [A]  Modulus elastisitas [E]



Dari hasil pengujian akan didapatkan kurva gaya-perpanjangan. Dari kurva tersebut dapat diolah menjadi kurva tegangan-regangan teknik mengacu pada dimensi awal spesimen. 24



Selanjutnya dapat diolah menjadi kurva tegangan-regangan sebenarnya dengan memasukan nilai dimensi spesimen sebenarnya pada saat ditarik/ mengalami deformasi.  u



y



e



Gambar 4.1 Kurva Tegangan-Regangan Teknik



Fenomena deformasi yang dapat dilihat selama pengujian tarik antara lain :  elastisitas  fenomena luluh  plastisitas  necking  bidang patah



4.5 Pengujian Tidak Merusak (Non Destructive Testing) Non Destructive Testing (NDT) merupakan suatu cara yang didasarkan pada penerapan prinsip-prinsip fisika yang dilakukan untuk menentukan karakteristik material, komponen atau sistem serta untuk mendeteksi dan menilai cacat tanpa merusak kegunaan material, komponen atau sistem tersebut.



Metoda NDT terdiri dari metoda sederhana hingga metoda yang kompleks. inspection merupakan metoda yang paling sederhana.



Visual



Cacat permukaan yang tidak



kelihatan oleh mata dapat dideteksi dengan metoda penetrant atau magnetic.



Jika



ditemukan cacat permukaan yang cukup serius, kadang dilakukan pengujian lanjut untuk menguji bagian dalamnya dengan metoda lain seperti ultrasonics atau radiography. Metoda



25



NDT yang prinsip terdiri dari Visual atau Optical inspection, Dye penetrant testing, Magnetic particle testing, Eddy Current testing, Radiographic testing dan ultrasonic testing.



4.5.1 Visual Inspection Visual inspection merupakan metoda yang paling sering digunakan diantara seluruh NDT. Metodanya sederhana, mudah untuk diterapkan, cepat dilakukan dan biasanya biayanya rendah. Meskipun suatu komponen akan diperiksa dengan menggunakan metoda NDT yang lain, sebelumnya visual inspection tetap seharusnya dilakukan.



Prosedur dasar yang digunakan dalam visual NDT melibatkan illuminasi spesimen uji dengan cahaya, biasanya di daerah yang terlihat.



Spesimen kemudian diuji dengan mata atau



peralatan yang sensitif terhadap cahaya seperti photocells. Peralatan yang dibutuhkan untuk visual inspection biasanya sangat sederhana, tetapi iluminasi yang cukup sangat penting. Permukaan spesimen harus dbersihkan sebelum diperiksa.



Mata Alat NDT yang paling bernilai adalah mata. Mata mempunyai persepsi visual yang baik. Sensitivitas mata manusia bervariasi untuk cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda. Di bawah kondisi normal, mata paling sensitif terhadap cahaya kuninghijau, yang mempunyai panjang gelombang 5560 Å. Mata manusia akan memberikan penglihatan yang memuaskan pada kondisi dengan rentang yang lebar.



Untuk visual inspection, cahaya yang cukup sekitar 800-1000lux merupakan hal yang penting. Durasi waktu kerja pemeriksa yang diijinkan adalah tidak lebih dari 2 jam secara terus menerus untuk menghindari kesalahan yang akan menurunkan keakuratan penglihatan.



Alat optik yang digunakan untuk Visual Inspection Penggunaan peralatan optik dalam visual inspection adalah menguntungkan dan dianjurkan untuk mendeteksi cacat yang tidak dapat dideteksi dengan mata tanpa alat bantu dan memungkinkan untuk memeriksa daerah yang tidak dapat diakses oleh penglihatan mata tanpa alat bantu. Dalam pelaksanaan pemeriksaan, sangat penting untuk mengetahui jenis cacat yang mungkin terjadi dan daerah terjadinya cacat.



26



Alat optik yang biasanya digunakan adalah mikroskop, boroskop, endoskop, fleksiskop, teleskop dan holografi.



4.5.2 Dye Penetrant Testing Pengujian dengan dye penetrant adalah salah satu jenis pengujian non destructive yang dapat menentukan lokasi dan jenis diskontinu yang terjadi pada permukaan suatu benda.



Pengujian penetrant berdasarkan prinsip kapilaritas. Kapilaritas atau pergerakan kapiler merupakan aksi dari permukaan yang diberi cairan, dimana cairan tersebut berhubungan dengan sebuah benda, yang dinaikan atau diturunkan. Cairan penetrant pada pengujian non destructive mempunyai tekanan yang rendah dan kapilaritas yang tinggi yang retak. Apabila keretakan itu kecil atau lebar, karena adanya patahan atau lubang gas, kapilaritas membantu penetrasinya. Ketika dibentangkan merupakan bagian kasar yang alami, seperti sebuah bintik yang menyebabkan cairan dapat terperangkap ketika ditumpahkan ke benda uji



Pada pengujian penetrant, cairan penetrant akan masuk kedalam rongga atau cacat pada benda yang akan di uji, sedangkan developer, blotting agent akan menarik kembali penetrant yang telah masuk kedalam rongga cacat sehingga pada permukaan benda akan terdapat indikasi cacat yang dapat dilihat dengan mata atau dengan alat bantu berupa cahaya.



Gambar 4.2 Pengujian Dye Penetrant Secara Umum



Jenis penetrant terbagi 2 yaitu : a. Berdasarkan jenis dye  Visible dye: menggunakan penetrant yang pada saat pengindifikasian cacat dapat dilihat langsung oleh mata, biasanya berwarna merah  Fluorescent dye menggunakan penetrant yang mengandung cairan flourescent, yang bila pengindentifikasian cacat dilihat dengan menggunakan alat bantu berupa cahaya dan biasanya dilakukan dalam ruangan gelap.  Dual sensitivity penetrant merupakan gabungan dari dua jenis penetrant diatas, dimana dengan penetrant ini dapat mengindikasi cacat baik secara langsung dengan mata atau 27



dengan alat bantu yaitu cahaya. Melihat langsung dengan mata biasanya untuk cacat yang besar, sedangkan untuk cacat -yang kecil atau halus dilihat dengan bantuan cahaya.



b. Berdasarkan proses penyingkiran penetrant  Proses water washable: penetrant dapat dihilangkan langsung dengan cara dicuci dengan air.  Proses Post emulsified: penetrant dapat dicuci dengan air, tapi sebelum dicuci dengan air, penetrant harus diberikan emulsifier.  Proses solvent removed: larutan penetrant dicuci dengan suatu larutan tertentu. Prosedur pengujian secara umum Pada dasarnya sama pada semua pengujian penetrant, prosedur pengujian tersebut dibagi menjadi dalam 6 langkah utama, yaitu



a



d



b



e



c



f



1.



Permukaan benda uji dibersihkan terlebih dahulu dan kemudian dikeringkan.



2.



Penetrant disemprotkan ke permukaan benda uji dan diperlukan waktu bagi penetrant untuk meresap kedalam celah (dwell time).



3.



Bekas penetrant yang ada di permukaan dibersihkan tanpa mengeluarkan penetrant dari celah-celah keretakan.



28



4.



Developer diberikan untuk membantu dalam mengangkat penetrant terangkat ke atas permukaan.



5.



Pada permukaan benda uji akan terlihat hasil pengujian yang terbentuk pada lapisan permukaan developer.



6.



Permukaan benda uji dibersihkan kembali dari sisa-sisa developer dan jejak penetrant.



Tanda keretakan Developer akan mengangkat penetrant dari keretakan dan penetrant akan muncul pada permukaan benda uji sebagai tanda. Ukuran tanda itu, disebabkan oleh difusi penetrant didalam developer, yang biasanya lebih besar dari keretakan tersebut.



Indikasi cacat dengan dye penetrant ada 3 jenis yaitu :



• Garis kontinu yang mengindikasikan retak. • Garis terputus adalah Indikasi retak yang tertutup oleh proses pengerjaan sekunder (forging,machining).



• Lubang bulat halus adalah indikasi porositas, pinholes, gas holes.



a. garis kontinu



b. garis terputus



c. lubang halus



timbulnya cacat/retak dapat disebabkan oleh beberapa hal antara lain:



• Pelat hasil forming: retak dapat timbul karena tebal material tidak sanggup mengakomondasikan beban yang diberikan contoh: Fatigue cracks (retak lelah) Quench cracks (retak kecepatan pendinginan), Grinding cracks (retak pengerindaan), Overload and impact fractures.



• Produk cor, retak yang muncul disekitar lubang diakibatkan oleh perbedaan ketebalan dan kecepatan pembekuan.



Keberhasilan pengujian Keberhasilan yang sempurna dari pengujian penetrant tergantung dari kejelasan tanda keretakan, yang dapat dilihat langsung atau dengan bantuan cahaya. 29



BAB V BESI COR



Seperti halnya pada baja, bahwa besi cor adalah paduan antara besi dengan kandungan karbon (C), Silisium (Si), Mangan (Mn), phosfor (P), dan Belerang (S), termasuk kandungan lain yang terdapat didalamnya.



Besi cor mempunyai kandungan karbon lebih besar dari baja, yaitu berkisar antara 2,0 – 5,6 % C tergantung bentuk struktur yang terjadi ataupun struktur yang dikehendaki.



Penggolongan besi cor telah terbagi menurut jenisnya, yaitu antara lain : - Besi cor kelabu - Besi cor nodular/besi cor bergrafit bulat - Besi cor mampu tempa/besi cor temper - Besi cor dicil



Secara umum, kesemuanya itu adalah besi cor dasar tanpa paduan atau tambahan. Untuk itu, menurut kebutuhan atau tuntutan suatu sifat-sifat yang dikehendaki dalam penggunaannya benda-benda coran tersebut, maka dapat pula kita berikan unsur-unsur paduan ataupun bahan tambahan.



5.1 Besi Cor Kelabu Singkatan Berat jenis Titik cair Temperatur cor Kekuatan tarik Kemuluran Penyusutan



: : : : : : :



GG (DIN) / FC (JIS) 7,25 kg/dm3 1150 ... 1250 C 1350 C 100 ... 390 N/mm2 Hampir tidak ada 1 % (0,6-1,3 %)



Pembuatannya Besi cor kelabu ini dalam industri pengecoran logam, umumnya akan menggunakan tanur kupola dan oven elektris, misalnya : tanur induksi, tanur busur api, dan sebagainya. Selain itu juga dapat kita kenal dengan tanur putar (Tromol oven), yang sudah dipakai oleh beberapa industri pengecoran logam di Indonesia.



30



Mengenai bahan-bahan yang dilebur, antara lain : besi kasar (Pig iron), besi cor rongsokan, skrap baja, sisa-sisa coran atau benda-benda coran yang rusak. Untuk besi cor kelabu paduan dapat ditambahkan unsur-unsur paduan dan bahan tambahan, tergantung dari sifat-sifat yang diinginkan menurut kebutuhan.



Cetakan benda coran umumnya menggunakan cetakan pasir dan atau cetakan tetap.



Sifat-sifatnya Besi cor kelabu bergrafit lunak dan struktur patahannya berwarna kelabu, mempunyai sifat licin dan mudah untuk dikerjakan dalam permesinan. Dengan kandungan karbon yang tinggi antara 2,6-3,6 % C, merendahkan titik cairnya dan kemampuan tuangnya baik sekali. Kulit permukaannya relatif keras, karena bagian kulit luar terjadi pendinginan yang cepat (cementit), tapi bagian dalamnya lunak. Bentuk dan jumlah grafitnya akan mempengaruhi besar dan kecilnya kekuatan tarik dari benda coran tersebut.



Besi cor kelabu memiliki bentuk struktur grafitnya berbentuk serpihan, dengan demikian sifatnyapun rapuh.



Kenggunaannya Karena besi cor kelabu mudah dikerjakan dalam permesinan, maka bahan ini digunakan untuk bagian-bagian permesinan, misalnya : rumah-rumah, mesin, pipa-pipa atau pipa penghubung.



Standarisasi Besi cor kelabu mempunyai standar yang pada umumnya dihubungkan dengan kekuata tariknya. Seperti contoh : GG 15. GG artinya besi cor kelabu, bergrafit serpih (lamelar) dengan kekuatan tariknya minimum 150 N/mm2 (DIN. Begitu juga masih banyak standarstandar lain dari negara-negara produsennya, seperti JIS, BS, AWS-ASTM, dan sebagainya, yang mana memiliki ciri tanda ataupun kode sendiri, tapi maksudnya sama.



Untuk besi cor kelabu dalam standar terdapat beberapa macam, yaitu : GG 15, GG 20, GG 25, GG 30, GG 35, dan yang tertinggi GG 40. Untuk hal-hal yang khusus, mungkin dengan paduan atau keinginan, misalnya GG 22, GG 26, GG 28, dan seterusnya.



31



5.2 Besi Cor Noduler Singkatan Berat jenis Titik cair Kekuatan tarik Kemuluran Penyusutan



: : : : : :



GGG (DIN) 7,2 Kg/dm3 1400 C 400 ... 800 N/mm2 15 ... 2 % 0 ... 2 %



Pembuatanya Kita ambil cairan besi cor, dimasukan kedalam ladel, kemudian kita berikan magnesium dalam bentuk paduan nikel-magnesium atau paduan besi-nikel-magnesium, maka akan membentuk kandungan grafit berbentuk bulat.



Sifat-sifatnya Besi cor bergrafit bulat memiliki kekuatan takik atau kemampuan takiknya, yaitu kebalikannya besi cor bergrafit serpih (lamelar). Selain itu besi cor ini memiliki kemuluran dan kekuatan tariknya baik, tahan geseknya tinggi serta licin.



Dengan perlakuan annealing, kemulurannya meningkat, begitu juga dengan quench-temper (martempering), atau perbaikan struktur, kekuatan tariknya dapat mencapai 1000 N/mm2. Sifat-sifat lainnya besi cor bergrafit bulat ini sangat tahan terhadap pukulan dan baik untuk pengerjaan permesinan. Setelah itu dapat juga dilakukan pengerasan sebagian pada bagian yang diinginkan yaitu dengan flame hardening. Bahan ini tahan kimia dan tahan panas.



Penggunaannya Besi cor bergrafit bulat cocok digunakan untuk poros engkol, roda gigi, rumah tranmisi roda gigi, rol, penyambung pipa, tungku pada industri kimia.



Untuk bagian-bagian kendaraan, misalnya : bagian kemudi, as belakang, kopling, pompa atau turbin.



5.3 Besi Cor Mampu Tempa Besi cor mampu tempa, pembuatannya menggunakan bahan baku pig iron putih atau kelabu termasuk bahan tambahannya, yang kemudian dicairkan pada kupola atau oven industri.



32



Kalau kita patahkan sebelum mendapat perlakuan tempering, besi cor mampu tempa ini strukturnya berwarna putih.



Setelah pengecoran, benda cor ini akan mendapat proses perlakuan panas, yaitu : tempering dalam waktu cukup lama. Untuk mendapat sifat malleablenya. Dan menurut jenisnya, besi cor mampu tempa ini terbagi dalam dua jenis, yaitu hitam dan putih. Singkatan Berat jenis Titik cair Kekuatan tarik Kemuluran Penyusutan



: GTS (DIN) Hitam GTS (DIN) Putih : 7,4 Kg/dm3 : 1300 C : 340-640 N/mm2 untuk yang Hitam 340-690 N/mm2 untuk yang Putih : 15 ... 2 % untuk GTS Hitam 12 ... 2 % untuk GTW Putih : 1 ... 2 % untuk GTS Hitam 0 ... 1,5 % untuk GTW Putih



Sifat dan penggunaan besi tuang mampu tempa Hitam dan Putih Benda cor mampu tempa mudah dikerjakan dalam permesinan, maksudnya dalam pemotongan pada permesinan mendapatkan tatal yang baik sekali. Selain itu, mampu dilas, patri, dikeraskan ataupun perbaikan struktur (martempering). Kemampuan las tanpa pemanasan awal hanya baik pada besi cor mampu tempa putih.



Dalam penggunaannya, umumnya untuk benda cor yang menuntut keuletan, misalnya : tuas, kunci pas, fittings (penghubung pipa), plat kopling, dan roda gigi.



5.4 Besi Cor Dicil Singkatan Berat jenis Titik cair Kekerasan Kemuluran



: : : : :



GH (DIN) 7,25 Kg/dm3 1150 ... 1250 C 350 ... 650 HB hampir tidak ada



Pada waktu terjadi pembekuan dari besi cor cair, karbonnya tidak dapat memisahkan diri sebagai grafit, melainkan bersama-sama dengan besi membentuk struktur keras, yaitu sementit. Sementit terbentuk karena pendinginan yang mendadak yaitu dengan memberikan cil dan kandungan Si yang rendah atau kandungan mangan dengan peningkatan yang sesuai.



33



Pada pembuatannya, besi cor dicil yaitu penuangannya dalam cetakan logam atau dicil dan juga misalnya dilindungi dengan blok baja atau grafit. Dapat juga dengan cetakan pasir yang basah, sehingga mendapat pendinginan yang cepat pada permukaan benda coran tersebut dan hasilnya keras juga tahan gesekan/licin, begitu juga untuk bendabenda coran yang mernpunyai tebal dinding tipis.



Dengan demikian, kalau kita menginginkan semuanya keras, maka kita harus mengurangi kandungan silisiumnya atau menambah mangan sampai silisiumnya bereaksi berlebihan. Dan kalau kita menginginkan hanya sebagian yang keras yaitu kulitnya saja dan bagian tengahnya tetap lunak seperti digunakan untuk katup dorong dan batang pengarah pada mesin bubut, maka kita menggunakan cara dengan memberikan cil.



Sifat-sifat besi cor dicil, yaitu tahan akan gesekan. Oleh karena itu bahan tersebut hanya mampu dikerjakan dengan gerinda atau alat-alat potong permesinan yang keras, seperti keramik oksid.



Penggunaannya, biasa digunakan sebagai bahan mesin pemecah batu, mesin-mesin giling, pena pengarah, mesin-mesin kertas, dan mesin-mesin karet atau juga mesinmesin percetakan.



5.5 Besi Cor Khusus/Paduan Semua jenis besi cor dapat dibuat bermacam-macam tujuan dan sifat-sifat yang diinginkan, seperti : tahan panas, tahan karat, ukuran, menerima beban temperatur mendadak, tahan akan asam-basa dan sifat-sifat lain. Untuk itu kita berikan unsur-unsur paduan yang akan memberikan sifat-sifat tersebut. Unsur-unsur yang banyak digunakan, misalnya : nikel, chrom, silisium, mangan, dan tembaga.



Contoh besi cor paduan : besi cor austenit atau besi cor tahan karat. Benda kerja dengan besi cor austenit atau tahan karat, yaitu memiliki kandungan nikel sampai 35% lainnya terdiri dari unsur-unsur paduan : mangan, tembaga, chrom Bentuk grafitnya bisa serpih atau bulat (globular). Contoh : GGL-NiMn 13.7; GGG-NiMn 13.7 dengan 13% Ni dan 7% Mn.



34



Penggunaannya, besi cor austenit yang tahan karatnya tinggi dan tahan panas, sering digunakan untuk : rumah, cerobong asap, kotak heat treatment, knalpot, dan sebagainya sesuai dengan sifatnya.



35



BAB VI BAJA



Yang dimaksud dengan baja yaitu perpaduan antara besi (Fe) dan karbon (C), dimana kadar atau konsentrasi kandungan karbonnya adalah ≤ 2 %.



Dalam penggunaannya menurut kebutuhannya dan juga menurut sifat-sifat yang diinginkan. Untuk itu, bahan baja akan dibedakan sebagai berikut, antara lain : -



Baja bukan paduan dan



-



Baja paduan.



Baja Bukan Paduan Yang dimaksud dengan baja bukan paduan yaitu baja karbon yang mana baja karbon ini tidak hanya mengandung karbon (C), akan tetapi mengandung juga unsur-unsur yang termasuk didalamnya, antara lain : Silisium (Si), Mangan (Mn), Phospor (P), dan belerang atau Sulfur (S). Juga termasuk didalamnya, yaitu : Nitrogen (N), Hidrogen (H), dan Oksigen (O).



Kandungan-kandungan tersebut di atas mempunyai batasan konsentrasi atau kadar tertentu. Besarnya konsentrasi dan atau kadar unsur-unsur tersebut dinyatakan dalam persen (%), dengan jumlah yang paling ideal, tergantung dari kebutuhan atau sifat-sifat yang kita inginkan menurut kebutuhan. Untuk itu, unsur-unsur kandungan tersebut kita sebut sebagai unsur-unsur pengantar.



Baja Paduan Baja paduan yaitu dari baja bukan paduan atau baja karbon ditambah dengan unsur-unsur paduan.



Baja paduan juga akan dibagi-bagi lagi menurut golongannya, yang tergantung pula dari jumlah atau besarnya konsentrasi paduan dalam persentasenya, yaitu antara lain : -



baja paduan rendah,



-



baja paduan tinggi, dan



-



baja paduan khusus.



36



Baja paduan rendah artinya konsentrasi paduannya < 5% dari unsur-unsur paduan yang terpenting. Begitu pula untuk baja paduan tinggi berarti konsentrasi paduannya > 5% dari unsur-unsur paduan yang terpenting.



Sedangkan baja paduan khusus artinya baja paduan rendah maupun baja paduan tinggi, masih ditambahkan dengan penambahan unsur-unsur paduan lainnya, yang akan memberikan sifatsifat khusus yang diinginkan.



Unsur Paduan Pengertian unsur paduan yaitu unsur-unsur atau elemen-elemen kimia, logam maupun bukan logam, yang mana unsur-unsur tersebut intinya dipadukan pada logam dasarnya dengan konsentrasi tertentu dalam persentasenya masing-masing, yang akan memberikan suatu sifatsifat yang diinginkan, tergantung kebutuhan dalam penggunaannya logam paduan atau logam paduan tersebut.



Selain itu, unsur-unsur paduan yang lazim digunakan dibedakan pula, yaitu unsur-unsur paduan untuk logam besi dan untuk logam bukan besi (non ferro).



Unsur-unsur paduan untuk logam besi, yang umum dipakai sebagai bahan paduan, antara lain: Karbon (C), Phospor (P), Belerang (S), Nitrogen (N), Hidrogen (H), Silisium (Si). Kesemuanya ini adalah unsur-unsur paduan bukan logam. Selain unsur-unsur tersebut masih ada lagi unsur-unsur paduan yang berupa logam, antara lain : Mangan (Mn), Nikel (Ni), Chrom (Cr), Vanadium (V), Molibdenum (Mo), Kobalt (Co), Wolfram (W). Selain itu masih banyak lagi unsur-unsur paduan lain, seperti halnya : Titan (Ti), Tembaga (Cu), Aluminium (Al), Magnesium (Mg), seng (Zn), Timah hitam (Pb), Timah putih (Sn), dan masih banyak lagi.



Catatan : Unsur-unsur paduan berupa logam dapat pula sebagai bahan dasar logamnya. Biasanya pada logam bukan besi (non ferro).



37



Tabel 6.1 Pengaruh unsur paduan pada Baja Unsur Karbon



Menambah C



Mengurangi



Kekuatan dan kekerasan (max Titik cair, pemuaian, mampu las dan pada C=0,9%) Kemampuan untuk tempa. dikeraskan.



Posphor



P



Keenceran, rapuh, dingin, tahan Kemuaian, tahan pukulan. panas.



Sulfur



S



Kekentalan, mampu potong, red Tahan pukulan. short.



Nitrogen



N



Kekuatan, kerapuhan.



Tahan lama (usia).



Hidrogen



H



Kerapuhan.



Mampi impact.



Silisium



Si



Elastis, kekuatan, tahan karat, Mampu las. pemisahan grafit pd besi tuang.



Mangan



Mn



Kekuatan, pengerasan total, tahan Mampu permesinan, pemisahan grafit pukulan, tahan aus.



Nikel



Ni



pada besi tuang.



Kekuatan, keuletan, tahan karat, Tahan panas. pengerasan total, tahan listrik.



Chrom



Cr



Kekerasan, tahan panas, kekuatan, Pemuaian (sedikit). tahan aus dan karat.



Vanadium



V



Tahan lama, kekerasan, ulet, tahan Kepekaan terhadap suhu tinggi. panas.



Molibdan



Mo



Kekerasan, tahan lama dan panas.



Kobalt



Co



Kekerasan,



tahan



panas,



Pemuaian dan mampu tempa.



kt Ulet.



memotong. Wolfram



W



Kekerasan, kekuatan, tahan karat, Pemuaian (sedikit). tahan panas, kuat memotong.



JENIS DAN MACAM BAJA Baja juga akan kita golongkan dalam dua golongan besar, yaitu : - Baja bukan coran - Baja coran (Baja cor)



38



Menurut jenisnya baja bukan coran juga terbagi dalam dua jenis, yaitu bukan paduan atau tanpa paduan dan berpaduan.



Untuk itu, jenis-jenis tersebut kita uraikan lagi menurut



macam-macamnya beserta uraian akan sifat-sifatnya, penggunaannya dan standarisasinya dalam bentuk contoh-contoh baja.



Baja Bukan Coran Dan Bukan Paduan Karena sifat-sifat dan komposisi serta penggunaannya pun berbeda-beda juga bentuk standarnya, maka baja ini kita kelompokan terlebih dahulu menurut macam-macamnya, antara lain : - Baja dasar, - Baja kualitas tinggi (“High quality steel”), dan - Baja mulia (“High grade steel”).



Macam-macam Baja Dasar Macam-macam baja dasar, yaitu Engineering steel / machinery steel dan atau struktural steel. Secara umum baja ini kita kenal dengan sebutan “St”, kekuatan tariknya mempunyai satuan Kp/mm2 dan kemudian dalam pengujian mekaniknya yaitu pengujian kekuatan tariknya, akan diubah satuannya menjadi N/mm2 dengan mengalikan dengan nilai 9,81, yang berarti kekuatan tarik minimumnya dalam N/mm2. Sebagai contoh : St 44 artinya Baja dengan 44 x 9,81 N/mm2 = 431 N/mm2 dan dibulatkan menjadi 430 N/mm2 yaitu kekuatan tarik minimumnya 430 N/mm2.



Baja konstruksi umunya mempunyai kandungan karbon 0,06 sampai 0,2% (C).



Baja konstruksi dalam pasaran umumnya dibuat sebagai bahan setengah jadi : misalnya plat, batangan, dan profil dan terkadang digunakan untuk bagian-bagian mesin.



Sifat baja konstruksi ini kekuatan tariknya tinggi tergantung dari kadar karbonnya. Semakin tinggi kadar karbonnya semakin tinggi kekuatan tariknya, akan tetapi semakin rapuh. Sifat lainnya mempunyai mampu bengkok, liat, mampu juga untuk dilas dengan baik. Selain itu mampu untuk dibentuk dengan proses dingin (dirol, digilas, dan sebagainya).



Nama-nama umum dalam pasaran, antara lain : St 37, St 44, St 50, St 60, St 70. 39



Baja Kualitas Tinggi Yang dimaksud baja kualitas tinggi yaitu mempunyai ciri-ciri tersendiri, yaitu setelah baja ini berbentuk jadi atau dibentuk dalam permesinan, maka bahan baja tersebut atau benda kerjanya akan mendapatkan pengerjaan lanjut, yaitu proses perlakuan panas (“heat treatment process”).



Karena tanpa proses perlakuan panas, sifat atau fungsi serta tujuan yang



diinginkan tidak ada artinya, dalam arti kata benda tersebut tidak atau belum dapat digunakan. Untuk itu dalam standarisasi (sebagai contih dalam : DIN), juga diberi kode singkatan “C”, misalnya C 45, akan tetapi dalam arti kata bukan lagi membicarakan masalah kekuatan tarik melainkan bahwa C 45 adalah ciri atau kode untuk baja berkualitas tinggi dengan kadar karbon : 0,45%. Dengan demikian bahwa St dan C telah dibedakan bahwa angka-angka dibelakang St, akan menunjukan kekuatan tariknya dan angka-angka dibelakang C, menunjukan besar kandungan karbonnya, dimana besarnya kandungan C tersebut ketentuannya atau telah ditetapkan dengan dibagi 100 dan satuannya dalam prosen (%). Selain itu ciri lainnya yaitu baja kualitas tinggi, kandungan unsur-unsur atau komposisinya rendah.



Baja Mulia Baja mulia juga memiliki ciri atau tanda khusus, dalam standar DIN berkode singkatan “CK”, misalnya Ck 10 dan seterusnya : berarti Ck 10 adalah baja mulia dengan kadar karbon 0,1%.



Perbedaan lain yang mencolok bahwa baja mulia mempunyai kadar phospor (P) dan belerangnya (S) lebih rendah dibandingkan dengan baja kualitas tinggi.



Macam-macam Baja Menurut Bentuk Pembuatannya Dibagi dalam tiga bentuk, yaitu baja konstruksi, baja plat, dan baja peralatan (“tool steels”).



Baja Konstruksi (Construction steel) Baja otomat (“Free-cutting steel” atau “automatic screw steel”) yaitu terdiri dari baja bukan paduan dan atau berpaduan rendah dari pada baja kualitas tinggi yaitu dengan menaikan kadar belerangnya dan kadar phospornya. Pada umumnya bahan ini digunakan untuk bendabenda yang dikerjakan pada mesin bubut otomatis, yang harus mempunyai sifat pemotongan pda tatalnya, harus rapuh, dengan demikian tidak mengganggu pengerjaan permesinan.



40



Baja otomat dengan kandungan 0,07-0,65% C, 0,18-0,4% S, 0,6-1,5% Mn, 0,05-0,4% Si, dan kalau diinginkan kekhususan lebih baik lagi, untuk kemampuan potong tatalnya dan permukaan yang mengkilat dapat ditambah dengan 0,15-0,3%Pb.



Dengan demikian baja otomat tersebut dapat dilanjutkan proses pengerasan atau perbaikan struktur (“Heat treatment process”).



Baja Sisipan (Insert steel) Baja ini masih dalam golongan baja kualitas tinggi, contoh : C 10, C 10 Pb, dan atau dalam golongan baja mulia, contoh : Ck 10, Cq 10, Cm 15, dan yang termasuk logam mulia paduan, misalnya 13 NiC r6, 15 Cr 3 dimana jenis baja mulia ini mempunyai homogenitas struktur dan keadaan permukaannya baik. Kalau baja jenis ini kita kurangi kadar P dan S-nya maka baja tersebut termasuk atau menjadi baja kualitas tinggi.



Kalau kita melihat nama insert steel karena penggunaannya dan sifatnya, maka kita namakan demikian. Insert steel mempunyai sifat apabila kita gunakan sebagai bahan suatu benda atau alat-alat yang telah jadi, artinya telah melalui proses pengerjaan mesin hingga berbentuk barang jadi atau alat dan juga sudah selesai dalam proses heat treatment-nya, maka insert steel ini sifatnya leras, permukaannya tahan aus atau gesekan, dan bagian inti atau tengahnya ulet/liat. Selain itu juga dalam penggunaannya, kekuatan pakainya lama sekali (tahan lama).



Insert steel biasanya digunakan sebagai alat, seperti baut, pena, pasak, roda-roda rol, rodaroda gilas, roda-roda gigi, bubungan atau poros-poros, dan alat-alat lain yang mendapat tuntutan akan gesekan.



Catatan : Pengerasan permukaan dilakukan dengan pengarbonan permukaan (“carburising”). Dengan proses pengarbonan ini, permukaan benda kerja mendapat kandungan karbon hingga 0,6-0,9%, dan dapat mencapai kekerasan diatas 60 HRC dan bagian dalamnya tetap ulet atau liat. Kekuatan tariknya minimal antara 420-620 N/mm2 dan bila dengan paduan dapat mencapai 600-1450 N/mm2.



41



Baja Perlakuan Panas (Heattreatment steel) Baja ini mempunyai kandungan karbon (C) 0,2 dan 0.6%, jumlah kandungan tersebut mempunyai kemampuan mirip dengan insert steel dimana sifat dan penggunaannya juga mirip. Hanya saja baja ini mandapat proses pengerasan (“Hardening”) secara keseluruhan (seluruh body). Kemudian mendapat proses tempering untuk menambah sifat, lebih mampu mendapat pukulan (mampu impak) yang tinggi, juga dengan proses tempering akan meningkatkan kekuatan tarik yang tinggi. Dalam penggunaannya pun tentu akan digunakan untuk benda-benda yang mendapatkan beban dari sifat-sifat tersebut diatas, misaknya : roda exentrik, crankshaft, poros-poros kendaraan berat, dan sebagainya.



Baja ini juga termasuk baja kualitas tinggi, seperti : C 25, C 45Pb, dan jenis baja mulia misalnya Cq 45, Cm 60, atau baja mulia paduan misalnya 30 CrNiMo 8, 37 Cr 4.



Baja Nitrid (Nitride steel) Baja tersebut yaitu termasuk golongan logam mulia paduan, yang mempunyai kandungan antara lain : chrom, molibdenum, dan alumunium, seperti contoh : 31 CrMo 12 atau 34 CrAlNi 7.



Melihat dari namanya, baja ini akan mendapat proses nitriding yaitu pengerasan permukaan dengan memberikan nitrogen pada permukaannya untuk proses pengerasannya, akan membentuk metal nitride yang keras sekali.



Dalam penggunaannya, menurut sifatnya akan digunakan sebagi mal, alat ukur presisi seperti jangka sorong, mikrometer,dan lain sebagainya.



Baja Pegas (Spring steel) Baja per harus mempunyai sifat elastis yang tinggi juga kekuatan tariknya yang tinggi. Hal ini tidak hanya tergantung dari komposisinya saja, melainkan juga perlakuan panasnya dan sewaktu mendapat proses pengerjaan dinginnya. Baja per umumnya akan digunakan dalam mesin-mesin atau kendaraan. Pada baja bukan paduan umumnya menggunakan baja kualitas tinggi, seperti C 75 juga baja mulia seperti Ck 75, dan baja mulia paduan seperti Ck – 66 Si 7.



42



Baja Tahan Panas (Heatresistance steel) Baja tahan panas ini banyak digunakan pada instalasi-instalasi panas, reaktor, ketel uap, roket, transmisi roda gigi, dan turbin. Misalnya X 4 NiCrTi 25.15 yaitu digunakan untuk bagian turbin gas, yang mana kekuatannya mampu menerima beban panas hingga 700



0



C.



Atau untuk katup baja pada motor bakar kita gunakan baja X 45 CrNiW 18.9 sampai 700 0 C masih mempunyai kemampuan tahan gesekan dan tahan korosi, begitu juga kekuatan tariknya masih kira-kira 400 N/mm2. Masih ada lagi contoh, yaitu X 15 CrNiSi 25.20 digunakan pipa pelindung pada thermoelement atau kotak heat-treatment, yang mampu menahan panas hingga 1200 0C.



Baja Tahan Karat (Austenitic steel) Seperti contoh X 5 CrNi 8.9, Baja ini mampu menahan karat melawan kelembaban udara, air, dan umumnya asam dan basa.



Bahan ini banyak digunakan sebagai peralatan pada industri kimia, industri makanan dan minuman, pipa saluran, bagian-bagian mesin ataupun barang-barang seni. Mampu dikerjakan dalam permesinan, mampu dilas dengan baik juga dapat dipoles hingga mengkilat.



Baja Anti Magnetik (Antimagnetic steel) Bahan ini tidak begitu tahan karat dan mempunyai kandungan mangan yang besar, seperti contoh X 40 MnCr 18, kekuatan tariknya minimal 650-1000N/mm2 dan keregangannya 2050% dengan demikian bahan ini baik sekali dalam proses pengerjaan dingin.



Baja Bangunan Baja bangunan masih termasuk baja konstruksi, dalam penggunaannya diluar kebutuhan untuk permesinan atau peralatan. Misalnya : besi beton, kawat, profil-profil U.I.L.T pipa maupun plat pada umunya. Sifat-sifatnya tergantung kebutuhan dan yang diinginkan, yang mana hingga tuntutan yang tinggi. Bahan baja tersebut dalam pembuatannya pun karena sifat-sifat dan kebutuhan dalam penggunaannya, maka dibuat dari bahan-bahan baja dasar, baja kualitas tinggi maupun baja mulia.



43



Pada umumnya baja bangunan ini terbuat dari baja dasar dan baja kualitas tinggi tanpa paduan, kecuali dibutuhkan hal-hal yang menyangkut kekuatan tariknya secara khusus atau menurut permintaan.



Karena sifatnya gabungan antara baja dasar dan baja kualitas tinggi dalam membaca singkatannya sebagai berikut : misalnya St 50-2 yaitu kekuatan tariknya 490 N/mm2 dan kandungan karbonnya dibaca 0,2%, dan seterusnya. Selain itu dimukanya masih disebutkan bentuk profilnya, misal : U St 37-2 I St 44-2, L St 50-3, dan seterusnya.



Baja Pelat Baja plat memiliki beberapa macam, yaitu baja plat yang terhalus dan plat putih, halus, menengah dan kasar. Selain itu masih ada plat khusus untuk ketel. Plat ini selain terbuat dari baja dasar atau baja konstruksi, mengingat kebutuhan dalam permesinan juga terbuat dari insert steel, heat treatable steel, baja tahan karat dan plat-plat berpaduan lainnya.



Plat yang terhalus, dibuat dari baja lunak tanpa paduan dengan ketebalan dibawah 0,5 mm berbentuk lembaran-lembaran tipis, permukaannya biasanya dilapisi dengan Feet atau Lak sebagai pelindung korosi, oksidasi, dan sebagainya. Dan untuk plat putih dilapisi dengan Timah putih (Sn) pada seluruh permukaannya.



Plat halus mempunyai ketebalan seri yang berurutan, yaitu dari ketebalan 0,5 sampai dengan 3mm. Plat ini banyak dibutuhkan untuk spare part permesinan, konstruksi dengan pengerjaan press, misalnya : punch, deep drawing, forming, cuping, dan sebagainya, begitu juga dipakai pada industri karoseri kendaraan. Permukaannya juga dilapisi dengan Feet, Lak atau Timah putih.



Plat menengah atau kasar, seperti halnya plat-plat lain, akan tetapi untuk kebutuhan tertentu/khusus, dibuat juga dengan bahan insert steel dan heat treatable steel.



Plat ketel, dibuat secara khusus dan harus mempunyai kemampuan yang lebih dari plat-plat lain, yaitu dituntut untuk mampu menerima beban tekan dan panas, selain itu juga harus mampu dilas dengan baik. Tanda atau ciri untuk plat ketel menggunakan singkatan antara lain : HI, HII, HIII, HIV.



44



Baja ini terbuat dari baja lunak dan untuk benda-benda yang mendapat tuntutan tinggi kita gunakan baja paduan.



Baja Perkakas (Tool steel) Baja peralatan yaitu baja yang digunakan sebagai alat potong, misalnya : pahat/cutter permesinan, daun gergaji, pisau, pahat kayu, dan masih banyak lagi termasuk alat-alat tempa.



Baja peralatan ini sifatnya khusus, dimana menurut komposisinya terbagi dalam : baja tanpa paduan, baja paduan rendah maupun baja paduan tinggi tergantung dari kegunaannya. Bahan ini untuk pengerjaan akhir selalu dengan proses pengerasan (“hardening”) dan media pencelupan dalam pendinginan (“quenching”)nya yaitu pada air, oli ataupun udara (kompresi atau terbuka), yang mana dalam penggunaannya sebagai alat potong, dapat digunakan untuk memotong dalam kondisi dingin, panas maupun dengan kecepatan tinggi.



Kandungan karbonnya untuk baja peralatan tanpa paduan, berkisar antara 0,35-1,5% C dan untuk baja peralatan paduan, kadar karbonnya hingga mencapai 2,2% C.



Baja Perkakas Tanpa Paduan Kandungan karbon Temperatur pengerasan Temperatur pelunakan Temperatur pemotongan



: : : :



0,35 s.d 1,6 % 750 s.d 850 C 100 s.d 300 C s.d 200 C



Baja tersebut kandungan karbonnya dapat diatur menurut kebutuhannya. Semakin tinggi kandungan karbonnya semakin keras, akan tetapi selama penggunaan, kekerasannya pun dapat menurun, karena temperatur pemotongan.



Contoh : C 105 W1 , mempunyai kekerasan yang baik juga masih cukup liat. C 80 W2 , digunakan untuk alat potong sederhana misalnya pisau dapur. C 75 W3 , digunakan untuk pahat tangan dan palu. C 55 W5 , digunakan untuk gunting dan kapak.



45



Baja Perkakas Paduan Rendah Kandungan karbon Kandungan unsur paduan Temperatur pengerasan Temperatur pelunakan Temperatur pemotongan



: : : : :



0,2 s.d 1,5 % 4,5 gram/cm3 dan logam ringan mempunyai berat jenis  4,5 gram/cm3.



Sifat-sifat dan sebutan logam murni – Pada umumnya bahwa logam murni adalah lunak dan mempunyai kekuatan yang rendah. Semakin tinggi kadar kemurniannya, semakin tinggi pula titik cairnya / kemampuan menghantar listrik dan tahan korosi. – Untuk sebutannya suatu logam murni dalam suatu singkatan penyebutannya, ada kekhususan yaitu hanya berlaku untuk tembaga (Cu) dimana ditunjukan dengan kode huruf A sampai dengan huruf F. Misalnya ACu, ECu, dan sebagainya; dan cara menyebutkannya terbalik, maksudnya FCu misalnya, adalah lebih murni dibandingkan ACu. Lain halnya dengan logam berat lainnya, misalnya seng (Zn) dengan sotnon prosent dan singkatan kimianya disebutkan dibelakang, misalnya Zn 99,99 artinya kadar kemurnian seng tersebut yaitu 99,99%. Sebenarnya untuk tembaga (Cu), dengan menggunakan singkatan huruf tersebut, yaitu dengan huruf A sampai dengan F yang



mana hanya digunakan sebagai ukuran untuk kemampuannya



sebagai penghantar listrik. Untuk tembaga yang bebas oksigen, masih harus ditambahkan huruf S, misalnya SF-Cu, mempunyai kemurnian 99,9%. Kesemuanya ini menurut standar dalam (DIN).



Sifat-sifat dan penyebutannya untuk logam bukan besi paduan – Untuk memperbaiki sifat daripada logam-logam murni yaitu dengan memberikan suatu paduan tertentu, atau dapat juga diperoleh dari sifat yang sudah pasti dari logam murninya itu sendiri. – Melihat dari segi penggunaannya logam bukan besi paduan, dibagi dua cara pembuatan atau pengolahannya, yaitu coran dan bukan coran. Untuk yang coran memiliki keuntungan sifat coran dan dapat digunakan dalam pembuatan bermacam-



50



macam benda coran dan yang bukan coran dapat dibentuk secara dingin atau panas dan bebas dari tegangan yaitu dibentuk: batangan, plat, kawat, pipa, dan profil.



Kemudian paduan logam bukan besi ini, yaitu paduan yang diberikan pada logam dasarnya dengan kadar paduan yang tertinggi prosentasenya, dan untuk yang rendah dapat diabaikan atau hanya tertulis singkatan unsur kimianya dan diletakan paling belakang dan di muka angka.



Untuk tembaga (Cu) ada kekhususan atau perkecualian karena bisa sebagai logam dasarnya atau sebagai logam paduannya atau juga paduan antara dua logam dari logam paduan, misalnya tembaga timah putih (Cu-Sn) paduan atau tembaga-nikel-seng (Cu-NiZn) paduan dan seterusnya. Atau mempunyai nama yang sudah dikenal, seperti kuningan yaitu tembaga dengan seng + nikel, dan perunggu yaitu tembaga dengan timah putih berpaduan.



Penyebutan Logam Bukan Besi Untuk membaca suatu singkatan nama logam bukan besi yang berpaduan, masih terdapat huruf-huruf tambahan, yaitu singkatan dari jenis perbuatannya yang diletakan di muka singkatan unsur kimianya logam bukan besi.



Nama-nama dari singkatan tersebut dalam standar DIN, antara lain: G



berarti Tuangan.



GD



berarti Tuangan cetak tekan



GK



berarti Tuangan cetak grafitasi



GZ



berarti Tuangan cetak sentrifugal



GC



berarti Tuangan cetak kontinyu



GI



berarti Tuangan logam bantalan



L



berarti Tuangan logam solder/patri



Lg



berarti Tuangan logam bantalan luncur.



Kemudian dari jenis sifatnya, sama diletakan di muka singkatan unsur kimianya, yaitu : F



berarti mempunyai kemampuan uji tarik minimum.



-



khusus untuk logam ringan ada tambahan tanda dengan huruf kecil, antara lain;



Huruf-huruf di bawah ini untuk mengenal proses pembuatannya dan penggunaannya 51



A



berarti dikeraskan



Ka



berarti dikeraskan dengan cara dingin



Wd



berarti dikeraskan dengan cara panas



g



berarti anealing



W



berarti lunak



Wh



berarti dirol



Zh



berarti ditarik



LOGAM BERAT BUKAN BESI Yang disebut sebagai logam dasar dari logam berat antara lain : Tembaga (Cu) Nikel (Ni) Seng (Zn) Timah hitam (Pb) Timah putih (Sn) Antimon (Sb)



Selain itu, bahwa logam-logam dasar tersebut mempunyai paduan-paduannya yang sesuai menurut kebutuhan maupun sifat-sifat yang diinginkan.



Unsur Paduan Logam Berat Unsur-unsur paduan logam berat, masih dibagi lagi menurut sifatnya, yaitu sifat fisiknya antara lain Titik cairnya. – Unsur-unsur paduan yang titik cairnya tertinggi yaitu: Wolfram (W), Molibdenum (Mo) dan Tantal (Ta). – Unsur-unsur paduan yang titik cairnya tinggi, yaitu: Chrom (Cr), Mangan (Mn), Vanadium (V), dan Cobalt (Co). – Unsur-unsur paduan yang titik cairnya rendah, yaitu: Kadmium (Ca) dan Bismut (Bi).



Yang termasuk logam berat lainnya yaitu logam mulia, yaitu antara lain : – Argentum (Ag) – Emas (Au) – Platina (Pt)



52



TEMBAGA Berat jenisnya Titik cairnya Mampu tariknya Perpanjangan/regangan/ pemulurannya Penyusutan dingin



: 8,93 gram/cm3 : 1083 C : 200 – 360 N/mm2 : 35 – 50 % : 2%



Sifat tembaga Tembaga yang dikatakan murni sifatnya, yaitu lunak, liat, dan dapat diregangkan atau mulur. Selain itu juga kemampuannya sebagai penghantar panas dan penghantar listriknya tinggi, juga tahan korosi. Pada udara terbuka, tembaga membentuk lapisan pelindung berwarna hijau dari Cu karbonat yang dikenal dengan nama Patina. Tembaga bila berhubungan langsung dengan asam cuka, akan menjadi terusi yang beracun.



Kemampuan untuk dikerjakan Tembaga murni jelek untuk dicor, dimana dalam proses pengecoran, hasilnya Porus. Akan tetapi apabila diberikan suatu tambahan yaitu dengan jumlah kurang dari 1% bersama-sama akan memperbaiki sifat untuk mampu dicor. Tambahan-tambahan tersebut antara lain: seng, mangan, timah putih, timah hitam, magnesium, nikel, phospor, dan silisium.



Sebagai bahan setengah jadi, bahwa tembaga dapat dicor dalam suhu antara 800 - 900°C untuk dibuat blok, plat yang nantinya dilanjutkan proses rol atau ditekan untuk dibuat batangan, profil atau pipa, dan lain sebagainya. Dan untuk pengerjaan selanjutnya seperti proses dingin untuk dibuat atau dijadikan lembaran-lembaran tipis (foil) sampai ketebalan 0,01 mm dan dibuat kawat sampai diameter 0,02 mm, akan tetapi dengan cara tersebut, tembaga akan menjadi keras dan rapuh.



Karena sifat mampu bentuknya baik sekali, tembaga dibuat bermacam-macam kebutuhan barang-barang tempa maupun tekan (forming) . Melalui proses pelunakan ulang (soft anealing) pada temperatur antara 300 - 700 °C akan didapatkan sifat seperti semula dan harga/nilai keregangannya kembali meningkat. Dan proses terakhir pada quenching tidak akan kembali keras, melainkan menjadi bahan mampu tempa.



53



Untuk pengerjaan yang berhubungan dengan panas yang berulang-ulang atau untuk bagian yang dilas atau disolder, dapat menggunakan bermacam-macam bahan tembaga, misalnya dari tembaga jenis bebas O2 yaitu SB-Cu atau SD-Cu, bahan-bahan tersebut baik dan lunak. Dan untuk penyolderan keras maupun pengelasan tanpa gas lindung pun akan baik kemampuan lasnya.



Pada pengerjaan permesinan, misalnya : pembubutan, frais, bor atau shaping, dan sebagainya, bahwa tembaga murni mempunyai tatal atau cip yang terlalu liat dan padat, dan dapat merusak alat potongnya (cutter). Untuk itu pada alat potong untuk pengerjaan tembaga, diberikan sudut pemotongan khusus dan menggunakan minyak tanah atau oli bor emultion (dromus B) sebagai pelicin membantu pemotongan.



Penggunaannya Tembaga pada umumnya digunakan sebagai bahan kebutuhan perlistrikan, kawat tambahan solder, pipa-pipa pemanas atau pendingin, penutup atap, dan khususnya digunakan sebagai bahan paduan maupun logam paduan.



TEMBAGA-SENG-PADUAN (KUNINGAN) Sifat-sifatnya Logam berat ini sering sekali digunakan. Kuningan ini mempunyai kandungan tembaga, minimal 50%. Sisanya seng dan sedikit paduan lain, dengan paduan yang rendah, kuningan memiliki sifat sangat rapuh, dan secara teknis tidak akan berguna lagi. Untuk itu, kandungan seng dan unsur paduan lainnya,



tergantung



pula



pengerjaannya



dan



segala



kemungkinannya



dalam



penggunaannya. Ketahanan akan korosi terhadap kuningan ini mirip sekali dengan tembaga. Karena kuningan memiliki wajah yang indah apabila digosok, maka sering digunakan sebagai barang-barang dekoratif. Kuningan dibedakan antara kuningan coran berpaduan dan bukan coran.



Kuningan coran berpaduan Kuningan, baik sekali untuk dicor pada semua cara penuangan. Sifat mampu tariknya tergantung dari komposisi bahan, yaitu antara 200 - 800 N/mm2 dan batas keregangannya antara 35% - 4%. Kuningan coran, sangat baik pengerjaan 54



permesinannya. Pada paduan seng 35% (DIN : G-CuZn 35) apabila dicor dengan pasir cetak akan menghasilkan warna coklat keabu-abuan, lain halnya kalau menggunakan cetakan logam (cetakan tetap) akan berwarna logam terang/mengkilat pada permukaannya. Akan lebih baik lagi kalau ditambahkan aluminium dalam prosentase tertentu, bahwa hal ini akan memperbaiki sifatnya. Misalnya: GD-CuZn 40 Al (DIN).



Kuningan bukan coran berpaduan Pada umumnya kita melupakan bahwa coran cara tarik atau coran kontinyu dalam bentuk bulat silindris, empat persegi panjang, atau block, adalah kuningan tuang sebagai bahan baku ("raw material") untuk diproses selanjutnya sebagai bahan setengah jadi, melalui proses pengerolan panas maupun dingin, dijadikan plat, pita, pipa, profil, kawat, dan lain sebagainya atau bentuk-bentuk yang tidak beraturan seperti patung yang dibuat dengan penempaan ("forging"). Dengan memberikan unsur-unsur paduan pada bahan kuningan bukan coran, dan dilanjutkan dengan proses lanjut atau perlakuan panas, dapat merubah sifat-sifat yang bertujuan memperbaiki sifat-sifat yang diinginkan menurut kebutuhannya dalam penggunaan.



Catatan: Melalui proses pengerjaan dingin, kemampuan tarik dan kekerasannya meningkat, sementara keregangan patahnya berkurang.



Jadi dengan demikian, memungkinkan bahwa bahan-bahan setengah jadi, seperti : plat (sheet metal), batangan, pita, dan pipa ataupun profil dari bahan kuningan misalnya CuZn 37, dengan bermacam-macam variasi tingkat kekuatannya atau kekerasannya, dapat dibuat dengan proses pelunakan berulang-ulang, sehingga sifat keras dan kemampuan tarik yang meningkat akibat proses pengerjaan dingin dapat diatasi, karena sifat tersebut adalah rapuh yang tidak diinginkan pada kuningan secara umum. Untuk kuningan bukan coran berpaduan masih ada lagi paduan-paduan yang di berikan sebagai paduan tambahan, seperti aluminium, besi, nikel, mangan, timah putih, dan silisium. Hal ini untuk meningkatkan kekuatan tariknya dan memperbaiki sifat seperti tahan gesek/tahan aus dan tahan akan air laut.



55



Kemampuanuntuk dikerjakan Kuningan paduan dengan segala macam komposisi adalah baik untuk dituang maupun dibentuk dalam proses panas maupun proses dingin. Selain itu mampu dikerjakan pada permesinannya. Kemampuan bentuk yang terbaik untuk kuningan paduan ini yaitu pada paduan yang berkadar 30% seng, karena pada kondisi ini, menurut pengujiannya didapatkan bahwa batas patah atau regangan patahnya tertinggi. Selain itu kekerasan dan mampu tariknya masih dalam batas yang baik dan memenuhi syarat.



Dalam proses pembentukan secara dingin, kuningan paduan dapat diperlakukan dengan proses-proses sebagai berikut, yaitu : proses tarik, forming, ekstrusi dingin, tekan (coining), tempa dingin, bengkok, embosing, dirol, dan digilas. Untuk paduan atau komposisi berkadar lebih dari 37% seng, memperburuk proses pembentukan, karena regangan patahnya menurun dan kekerasan maupun kemampuan tariknya meningkat. Jadi tidak mungkin untuk dibentuk secara dingin. Untuk itu harus diberikan paduan timah hitam (Pb) sampai 3,5%, dengan demikian bahan ini sudah mampu dibentuk, termasuk baik sekali dikerjakan dalam proses permesinan, seperti dicontohkan CuZn 39 Pb 3 dan atau CuZn 40 Pb 2.



Penggunaannya Kuningan paduan banyak digunakan sebagai bahan bermacam-macam instrumen pada fine mechanic, industri jam, dan elektronik industri. Untuk bermacam-macam bantuan harus di tambahkan paduan-paduan seperti : silisium atau aluminium seperti CuZn 31 Si atau CuZn 40 Al2. Dalam industri perkapalan menggunakan CuZn 35 Ni dan CuZn 20 Al.



PERUNGGU PADUAN Perunggu paduan mengandung tembaga (Cu) antara 83% - 98% dan 2% - 15% timah putih dan masih ada lagi sedikit seng, timah hitam, dan nikel. Perunggu mempunyai sifat lebih tahan korosi dibandingkan dengan kuningan dan kemampuan tariknya tinggi, juga tahan keausannya pun tinggi.



56



Perunggu coran paduan Perunggu paduan baik untuk diproses dengan cara pengecoran, tahan akan air laut dan bermacam-macam penggunaan, misalnya sebagai bahan pelapis bantalan, karena perunggu mempunyai sifat licin dan tahan aus. Selain itu digunakan pula sebagai roda gigi cacing, mur eretan, dan sebagainya. Untuk bahan bantalan luncur dari G-CuSn 14, mampu mendapat beban berat tapi untuk putaran yang tidak begitu cepat. Benda coran dari perunggu, mudah untuk dikerjakan dalam permesinan.



Perunggu bukan coran berpaduan Sebagai bahan setengah jadi, perunggu ini dibuat plat, pita, kawat, pipa, dan batangan dalam pengerjaan dingin maupun pengerjaan panas. Melihat kekuatan tariknya dan peregangannya atau pemulurannya dapat dilakukan pembentukan secara dingin dan juga dapat diperlakukan proses pelunakan berulang-ulang dengan tidak merusak atau merubah sifatnya, untuk setiap segala tujuan dalam penggunaannya. Seperti dicontohkan : plat dari CuSn 6, sewaktu dilunakan. Kemampuan tariknya 350 s.d 410 N/mm2 dengan kemuluran pada 55%. Untuk perunggu yang keras yang dibuat plat dari masing-masing paduan, kemampuan tariknya bisa lebih dari 750 N/mm2 dengan kemulurannya hanya 5%.



Perunggu bukan tuangan biasa digunakan untuk pegas, membran, dan untuk landasan pegas pada industri alat-alat elektronik dan harus tahan korosi.



NIKEL (Ni) DAN PADUANNYA Berat jenis Titik cair Kekuatan tarik Pemadatan dingin Perpanjangan/regangan Penyusutan dingin



: 8,9 gr/cm3 : 1255 C : 400 – 500 N/mm2 : 700 – 800 N/mm2 : 50 – 40 % : 2%



Sifatnya Nikel berwarna putih perak, dan baik untuk dipoles. Kuat tariknya tinggi dan pemulurannya juga tinggi. Nikel pada suhu ± 365°C adalah ferro magnetis dan disamping itu bahwa nikel adalah tahan korosi. Hanya pada belerang, nikel akan termakan.



57



Kemampuan untuk dikerjakan Nikel baik sekali kemampuan untuk dibentuk secara dingin dan dapat diperlakukan pemadatan dingin (mampu ditekan), mampu dikerjakan pada permesinan dan dapat dilas seperti las lunak atau las keras.



Penggunaannya Nikel dapat digunakan sebagai lapisan pelindung (vernikel), sebagai paduan baja dan lainnya sebagai bahan paduan untuk peralatan kimia.



Nikel Paduan Nikel paduan rendah bukan coran, mengandung paduan tambahan paling besar 5%, seperti : mangan, aluminium, dan beryllium. Paduan NiMn 3 Al digunakan sebagai macam-macam elemen THermis, dan NiBe2 padat dan elastisitasnya tinggi, biasanya digunakan sebagai bahan pegas dan membran. Nikel paduan bukan tuangan dengan tembaga (Cu) dengan kandungan minimal 63% nikel, dan ± 30% tembaga dan lainnya adalah besi dan aluminium, memiliki sifat khusus, baik sekali menahan korosi. Oleh karena itu seperti contoh: NiCu 30 Fe (monel), dipergunakan sebagai peralatan dalam industri-industri kimia dan untuk benda-benda yang korosif.



Nikel Paduan dengan Besi Yaitu selain nikel dan besi masih ada tambahan tembaga, chrom, dan molibdenum. Digunakan sebagai alat-alat listrik seperti penguat magnet atau skaklar magnet (relay), bisa kita pilih bahan NiFe16CuCr. Paduan ini lebih banyak kandungan besinya daripada nikel, maka dikenal sebagai baja nikel. Baja nikel dengan 64% besi dan 36% nikel, sangat kecil sekali pemulurannya akibat panas dan buruk untuk sebagai penghantar listrik.



Nikel Paduan dengan Chrom dan Molybdenum Mempunyai kekuatan tarik sampai 900 N/mm2 dan regangan patahnya 20% sampai 30%. Sifatnya adalah tahan oksidasi dan tahan korosi. Salah satu contoh paduan NiMo 16 Cr dengan 58% nikel, 16% Molibdenum, 14% Chrom, 7% besi, dan 5% wolfram, 58



dapat digunakan untuk benda-benda yang digunakan dalam suatu kontak atau berhubungan langsung dengan asam.



SENG (Zn) DAN PADUANNYA Berat jenis Titik cair Kekuatan tarik keregangan/ kemulurannya



: 7,1 gram/cm3 : 419 C : 30 N/mm2 untuk tuangan 10 N/mm2 untuk pres-presan : pada suhu kamar 1% pada 90 – 160 C 25 %



Sifatnya Dalam keadaan murni, seng berwarna putih kebiru-biruan. Seng memiliki koefisien regangan atau kemuluran dikarenakan panas yang tertinggi dari segala logam padat lainnya. Pada udara lembab, permukaannya dilindungi oleh lapisan seng karbonat yang melekat kuat, sehingga mampu untuk menahan korosi. Akan tetapi ketahan terhadap korosi dengan asam dan garamnya rendah. Larutan seng beracun. Oleh karena itu dalam proses pelapisan seng (elektrolisa) harus dihindari dari bahan-bahan makanan.



Kemampuan untuk dikerjakan Pada temperatur 100°C - 150°C, bahan dari seng baik sekali untuk dibentuk, baik juga ditempa, dirol dan ditarik, dibuat kawat.



Penggunaannya Seng murni jarang sekali digunakan. Tapi banyak digunakan sebagai unsur paduan dan untuk pelapis logam lain agar tahan untuk menahan korosi. Umumnya untuk melapisi logam-logam besi; contoh: melapisi permukaan plat baja dengan proses elektrolisa.



Seng Paduan Seng paduan terdapat sebagai tambahan pada aluminium dan tembaga. Dalam pembuatan benda-benda coran dapat menggunakan cetakan pasir atau cetakan tetap, tapi khususnya untuk bermacam-macam tuangan tekan. Kekuatan tarik yang dihasilkan dengan sistem cetakan pasir, dapat mencapai sekitar 180 N/mm2 dan dengan sistem cetakan tetap, dapat mencapai sekitar 200 sampai 220 N/mm2 dan dengan sistem



59



tuangan tekan sampai 270 N/mm2. Seng tuang berpaduan, misalnya G-ZnAl 6 Cu 1, untuk pembuatannya dapat dilakukan dengan segala cara, juga untuk bantalan dan roda cacing, yang tidak banyak tuntutannya. Pada seng tuang tekan berpaduan, misalnya GZnAl 4 Cu 1, dapat dibuat benda-benda yang sangat presisi dengan ketepatan ukuran hingga ± 0,02 mm dan permukaannya baik sekali atau halus.



TIMAH HITAM (Pb) DAN PADUANNYA Berat jenis Titik cair Kekuatan tarik Regangan/pemuluran



: 11,3 gram/cm3 : 327°C : 15 ... 20 N / mm3 : 50 ... 30% di atas suhu 100°C akan rapuh.



Sifatnya Timah hitam berwarna abu-abu kebiru-biruan. Timah hitam adalah lunak dan sudah dapat mengalir apabila mendapatkan tekanan 200 bar saja. Tidak tahan asam, tapi tahan korosi dan pelindung yang terbaik untuk melawan sinar X dan pancaran radio aktif. Timah hitam sangat beracun, untuk itu dalam bekerja yang berhubungan dengan timah hitam, diharapkan agar berhati-hati dan perhatikan aturan keselamatan kerja.



Kemampuan untuk dikerjakan Timah hitam mudah dikerjakan, dituang atau dirol dengan ringan.



Penggunaannya Timah hitam banyak digunakan sebagai pelindung pancaran radio aktif, pelapisan plat baja, penahan asam/mampu menahan asam, plat accu, pelindung kabel, pipa, cat meni, kristal, dan optik.



Timah Hitam Paduan Timah hitam paduan sering digunakan untuk pelindung kabel dengan syarat harus dikeraskan dengan paduan 5 sampai 25 % Antimon. Timah hitam bantalan, paduannya dengan kadmium seperti LgPbSn9Cd, cukup tinggi tuntutannya akan sifat licin dan sifat keausannya. Bahan ini dapat diperkuat sebagai bantalan, bila bahan ini disekutukan ("composit casting") dengan tembaga cor paduan atau baja cor. Timah hitam coran tekan berpaduan, misalnya digunakan untuk Bandul pemberat, dan 60



sebagainya.



TIMAH PUTIH (Sn) DAN PADUANNYA Berat jenis Titik cair Kekuatan tarik Kemulurannya



: 7,3 gram/cm3 : 232 °C : 40 - 50 N/mm2 : 40 %



Sifatnya Timah putih berwarna putih perak sampai abu-abu mengkilat. Tahan korosi terhadap air dan udara, tapi bereaksi dengan asam dan basa. Pada temperatur rendah, timah putih ini dapat dihancurkan menjadi tepung. Dan kalau dibengkokan, bahan timah putih ini akan bersuara karena terjadi gesekan antara kristalnya.



Kemampuan untuk dikerjakan Timah putih masih baik dicor daripada timah hitam dan memiliki kekuatan tariknya juga lebih daripada timah hitam. Karena timah putih memiliki pemuluran yang besar, kemampuan untuk dirol baik sekali hingga berbentuk lembaran tipis sekalipun (Folie) dengan mudah.



Penggunaannya Timah putih murni hampir hanya digunakan sebagai bahan pembuatan barang-barang pekerjaan tangan atau kerajinan tangan. Dalam dunia industri biasanya digunakan sebagai bahan pelapis pada plat baja, selain itu juga digunakan sebagai bahan patri dan sebagai bahan paduan.



Timah Putih Paduan Timah putih paduan yang terpenting adalah sebagai bahan tambahan untuk patri dan kandungannya bisa antara 12% sampai dengan 90% timah putih dan selain itu paduan lainnya adalah : -



Timah hitam,



-



Antimon,



-



Bismur dan atau



-



Cadmium.



Sebagai contoh L-Sn 60Pb. 61



Sifat-sifatnya Titik cair BJ 3 (gr/cm ) (C) Logam paduan yang titik cairnya tinggi Wolfram 19,3 3380 Warna: kelabu metalik, (titik sangat keras dan liat, cair tahan panas dan karat tertinggi terhadap asam. dari W logam). Molybdan 10,2 2600 Warna: Putih perak, mampu tariknya tinggi, Mo tahan karat. Tantal 16,6 3000 Warna: Kelabu metalik, keras dan rapuh, sangat tahan karat terhadap Ta asam. Chrom 7,2 1903 Warna: Kelabu metalik, keras dan rapuh, sangat Cr tahan karat. Mangan 7,4 1244 Warna: Putih keabuabuan. Keras dan Mn rapuh. Kobalt 8,9 1493 Warna: Putih kemerahan, biru metalik, sangat liat, Co sifatnya mirip nikel. Logam paduan yang titik cairnya rendah Cadmium 8,64 320,90 Warna: Putih keperakan, lunak dan liat, tahan karat, uapnya Cd beracun, mudah mencair. Wismut 9,8 271 Warna: Putih kemerahan, mengkilat, mudah mencair, dan Bi memuai setelah beku. Logam (Unsur)



Penggunaanya



Logam paduan untuk baja, logam keras, elektroda las, alat pemanas, lampu pijar, katalisator.



Logam paduan, untuk baja, penghantar panas, pelapisan keausan. Logam keras, teknik vakum tinggi, instrument kedokteran. Logam paduan untuk baja, verchrom keras untuk peralatan dan bentuk pres. Logam paduan untuk baja.



Logam paduan untuk baja logam keras, magnet tetap.



Logam bantalan, pelapisan besi, baja dan aluminium.



Sekering listrik, pendingin reaktor atom.



ANTIMON Berat jenis Titik cair



: 6,7 gr/cm3 : 630 °C



Antimon berwarna putih perak mengkilat, rapuh, dan hanya digunakan sebagai unsur paduan logam. Antimon ini untuk meningkatkan kekerasan daripada timah hitam keras dan logam bantalan dari timah hitam. 62



Logam Paduan untuk Logam Berat Dibagi dalam beberapa golongan menurut titik cairnya, yaitu wolfram, molibdenum, tantal adalah yang tertinggi titik cairnya. Kemudian chrom, mangan, vanadium, dan kobalt, titik cairnya cukup tinggi dan yang terendah adalah kadmium dan bismut (lihat tabel).



LOGAM MULIA Logam mulia pada umumnya tidak akan bereaksi dengan bahan kimia, terutama juga dengan banyak jenis asam. Tidak bereaksi dan tidak terjadi ikatan dengan oksigen di udara walaupun dalam keadaan dipanaskan. Karena logam mulia tahan terhadap zat-zat kimia, maka sebagian besar dipergunakan untuk perhiasan, uang logam, dan bahan pelapis.



Logam mulia yang terpenting, antara lain - Perak (Ag) - Emas (Au) - Platina (Pt)



Arti selanjutnya dimiliki oleh platin metal, yaitu : - Iridium (Ir) - Rhodium (Rh) - Ruthenium (Ru) - Paeladium (Pd) – Osmium (Os)



PERAK (Ag) Berat jenis : 10,5 gram/cm3 Titik eair : 961,5 °C Kemampuan tarik : 160 N/mm2 Kemuluran : 50 - 20 % Sifatnya Perak mempunyai sifat sebagai penghantar listrik dan panas yang tertinggi atau terbaik diantara seluruh logam, dan perak mempunyai daya pantulan yang tinggi terhadap 63



cahaya. Dan diantara logam mulia lainnya, bahwa perak mempunyai titik cair yang rendah. Perak dalam keadaan cair, nilai kekentalannya rendah (encer). Tapi perak juga baik dan mudah untuk dibentuk secara dingin.



Penggunaannya Perak biasanya dibuat kawat pembatas arus dan untuk penghubung listrik (saklar) atau stop kontak. Selain itu digunakan untuk perluasan dan alat-alat makan. Juga sebagai lapisan tertentu pada bagian peralatan listrik dengan bahan kuningan. Perak, logam yang mengkilatnya terbaik dibanding logam lainnya, oleh karena itu perak juga digunakan untuk peralatan optis, seperti halnya cermin pemantul sinar pada alat photo, mikroskop, dan sebagainya. Perak juga dapat sebagai bahan tambah untuk patri keras (“silvering”) pada penyambungana baja, tembaga, nikel paduan, besi tuang malleable, dan sebagainya.



EMAS (Au) Berat jenis Titik cairnya Kekuatan tariknya Kemulurannya



: 19,3 gram/cm3 : 1064°C : 140 N/mm2 : 50%



Sifatnya Emas adalah lunak, berwarna kuning kemerah-merahan. Emas juga mempunyai kemampuan mulur yang baik sehingga kemampuan untuk dibentuk secara dingin juga baik. Tingkat atau drajat kemurniannya yaitu dalam promil atau dalam karat, dimana 24 karat = 100% = 1000 permil. Sebagai contoh: Emas paduan dengan 585 permil yaitu bahwa emas tersebut adalah 14 karat, atau misalnya dengan 333% adalah 8 karat.



Penggunaan Karena emas sangat lunak, maka dari itu emas dipadu dengan perak tembaga atau nikel paduan dan digunakan untuk perhiasan atau uang logam, medali, dan sebagainya. Selain itu ada istilah double, yaitu emas dengan 12 sampai 14 karat dengan logam lain, umumnya kuningan dirol/gilas bersama-sama dan menyatu. Biasanya digunakan untuk peralatan laboratorium dan alat-alat listrik mahal atau khusus, misalnya bagian kontaktor, penghubung, dan lain sebagainya.



64



PLATINA (Pt) Berat jenis Titik cair Kemampuan tarik Kemuluran



: 21,5 gram/cm3 : 1769°C : 200 N/mm2 : 50%



Dalam keadaan pijar, tidak teroksidasi dan tetap mengkilat dengan asam maupun basa, platina juga tidak mengadakan reaksi, kecuali dengan air raja yaitu dengan campuran 3 bagian asam garam dan 1 bagian asam nitrat (H2NO3), Platina maupun emas dapat larut. Pengerjaannya Platina baik untuk dirol ataupun digilas, tarik, press hingga ketebalan sampai 0,0025 mm (Folie) dan dibuat kawat hingga diameter 0,015 mm



Penggunaannya Kebanyakan digunakan pada laboratorium kimia, peralatan listrik, thermoelemen, juga perhiasan.



LOGAM RINGAN BUKAN BESI Yang disebut sebagai logam dasar dari logam ringan antara lain : – Aluminium (Al) – Magnesium (Mg) – Titanium (Ti)



Selain itu logam-Iogam dasar tersebut juga mempunyai paduan-paduannya yang sesuai menurut kebutuhan dan sifat-sifat yang diinginkan.



ALUMINIUM Berat jenis Titik cair Kekuatan tarik



Pemuluran



: 2,7 gram/cm3 : 658 C : 85 – 115 N/mm2 untuk tuangan 65 N/mm2 untuk yang dilunakan 125 – 190 N/mm2 atau proses gilas dikeraskan : 35 – 3 %



untuk



pengerolan



65



Sifatnya Aluminium mempunyai warna putih keperakan. Selain itu pada udara membentuk lapisan tipis yang padat dan melekat kuat yang disebut dengan lapisan oxid, oleh karena itu sangat tahan akan korosi. Aluminium juga memiliki sifat mampu sebagai penghantar listrik yaitu kira-kira 60% dari kemampuannya tembaga dan juga sebagai penghantar panas yang baik. Aluminium juga memiliki kemampuan untuk dibentuk yaitu dengan proses tarik, tekan, roll atau gilas, punch, dituang, las, patri dan juga proses permesinan; seperti : bubut, frais, dan sebagainya. Selain itu, aluminium dapat dipadu dengan banyak macam dari logam berat maupun logam ringan juga sebaliknya dapat pula sebagai bahan paduan. Dengan menambah sedikit dari tembaga, mangan atau magnesium, kekerasan dan kekuatannya akan meningkat.



Standar aluminium dapat disingkat dengan huruf dan atau diikuti dengan angka-angka di belakangnya, dan pada umumnya dibedakan sebagai berikut : Bijih aluminium, disingkat dengan huruf (H) menurut standar (DIN) dimana dalam pertambangan kemudian dilebur untuk dijadikan bahan baku aluminium yang dibentuk menjadi butiran atau gries dan lontakan, seperti contoh : Al 99,99 H (3.0300), Al 99,8 H (3.0280), Al 99 H (3.0200), dan seterusnya. Untuk yang berhubungan dengan hal harga kekuatan, ditambahkan huruf F dan angka kekuatannya. Misalnya : - Al 98 F 18 (3.0185.30) yaitu aluminium dengan kadar 98% Al dan kekuatan tariknya minimal 180 N/mm2. - Al 99 zh (3.0205.20) yaitu aluminium dengan kadar 99% Al dan mempunyai sifat keras dan kuat untuk ditarik. - Al 99,7 w (3.0275.10) yaitu aluminium dengan kadar 99,7% Al lunak. Untuk Al yang termurni, dengan memberikan huruf R, misalnya Al 99,99 R (3.0400).



Penggunaannya Bijih aluminium biasanya digunakan bahan setengah jadi, misalnya dalam perdagangan banyak kita jumpai dalam bentuk batangan maupun kawat, plat, blok, profil, dan lain sebagainya. Dan aluminium termurni digunakan sebagai replektor, perlengkapan ("spare part") kendaraan, peralatan, dan saluran pipa bahan kimia dan industri packing makanan dan 66



masih banyak lagi kegunaan dari bahan aluminium.



Almunium Paduan Dengan diberikannya unsur paduan pada bahan aluminium, akan menambah sifat-sifat penting yang diinginkan, misalnya kekuatan, menahan korosi terhadap pengaruhpengaruh lainnya. Untuk paduan-paduan aluminium yang berpengaruh penting, kita uraikan sebagai berikut: Sifat Kekuatan



Mg ++



Cu ++



Si +



Zn ++



Mn +



Pb 0



Kemampuan menahan korosi



++



-



++



-



++



0



Kemampuran dicor



+



0



++



0



0



0



Kemampuan permesinan



+



0



+



-



-



++



++ Sangat berpengaruh -



Kurang berpengaruh



+ Berpengaruh 0 Tidak berpengaruh



AlMgSi paduan mampu untuk dikeraskan secara dingin maupun secara panas dan kemempuan menahan korosinya baik. Contoh A1MgSi 1 (DIN 3.3215). Mampu di las dan dipoles. Dengan paduan yang sama, kemudian ditambahkan dengan Pb, Sn, Cd, dan Bi (semuanya masing-masing 1 - 3 %), khususnya mampu dikerjakan pada bermacam-macam permesinan. Bahan ini dalam penggunaannya banyak di temui sebagai tempat/kontainer, peralatan pada kendaraan dan pada bangunan.



MAGNESIUM (Mg) Berat Jenis : 1,8 gram/cm3• Titik cair : 650°C. Kemampuan tarik : 100-130N/mm2(tuangan) : 195-245N/mm2 (proses tekan dan rol) Kemuluran : 10-5% No. Bahan (DIN) : 3.5



67



Sifatnya Magnesium berwarna putih keperakan. Logam ini sangat ringan dan tidak tahan terhadap korosi .. Bentuk kristalnya hexagonal, dengan demikian tidak baik untuk pengerjaan permesinan. Bahan bakunya sama seperti pada aluminium, dibentuk lontakan, butiran/gromeat atau grees, dalam bentuk tepung atau gromeat maupun cairan sangat mudah terbakar dan dalam keadaan terbakar sangat menyilaukan. Untuk memadamkan api dari magnesium tidak boleh menggunakan air, melainkan menggunakan pasir, karena apabila menggunakan air untuk memadamkan nyala api dari magnesium akan menghasilkan O2 dan menimbulkan percikan api yang besar. Pada peleburan harus diberikan gas O2 untuk menghindarkan belerang naik keatas. Standar Standarisasi untuk magnesium mengikuti aturan dan ukuran dari logam bukan besi.



Penggunaannya Magnesium murni, karena memiliki kekuatan yang rendah dan mudah sekali korosi, maka tidak akan digunakan sebagai bahan suatu barang-barang atau benda-benda konstruksi, karena sifatnya mudah terbakar dan mengeluarkan atau memancarkan yang terang menyilaukan, biasanya digunakan sebagai bahan amunisi tanda bahaya (Sen), kembang api dan obor. Selain itu dibuat batangan dan kotak-kotak kecil sebagai bahan tambahan dioksidasi pada pembuatan besi cor bergrafit bulat. Juga sebagai bahan baku dari magnesium paduan dan sebagai tambahan untuk bermacam-macam aluminium paduan dalam ikatan dengan tembaga akan menjadi perunggu khusus.



TITAN (Ti) Berat Jenis Titik Cair Kekuatan Tarik Kekerasan (HB) Regangan No. Bahan



: 4,5 gr./Cm3. : 1727 0C : 295 – 735 N/mm2. : 120 – 295 : 30 – 15 % : 3.70



Sifatnya Titan berwarna putih keperakan, dalam bentuk tepung berwarna kelabu, sangat keras, dan ringan. 68



Dalam udara terbuka, titan membentuk lapisan tipis ("oxid film") yang padat dan liat sekali. Titan tahan korosi dan lebih baik daripada baja tahan korosi terhadap bahan kimia. Titan mempunyai kekuatan yang sama dengan baja-baja konstruksi, hanya saja titan lebih ringan. Bila dipanaskan atau menerima beban panas hingga 500oC, titan masih padat dan sangat liat akan tetapi apabila dipanaskan dalam kurun waktu yang relatif lama, karena dengan pengambilan gas, maka titan mulai merubah sifat yaitu rapuh.



Standarisasi Titan



memiliki



tingkat



kemurnian



yang



terbagi



menjadi



6



grup.



Tanda



pengenal/singkatan standarnya seperti aluminium. Sebagai contoh Ti 99,2 (3.7064), Ti 99,4 (3.7034), Ti 99,5 (3.7024) semuanya dalam DIN standar.



Penggunaannya Karena sifat titan tersebut di atas, maka titan banyak digunakan pada pesawat, misalnya kipas turbin jet, body, radar antena, cerobong gas buangan yang panas, dan lain-lain. Juga digunakan untuk rangka/chassis kendaraan. Pada industri-industri kimia, titan digunakan sebagai peralatan yang mendapat tekanan panas yang tinggi. Selain itu misalnya Tong tahan panas dan pengaduknya, instalasi pipa, pompa, pipa pendingin, dan khususnya instrumen-instrumen yang berhubungan atau bersentuhan dengan chlor dan asam nitrat.



Dalam pengecoran logam, titan digunakan sebagai bahan paduan untuk penghilangan oksid dan pada besi tuang, begitu juga sebagai paduan dari bahan dasar, aluminium, vanadium, molibdenum, dan sebagainya.



Titan Paduan Titan murni yang dipadu dengan unsur-unsur tertentu mekaniknya akan berubah. Menurut tingkat kehalusan grup utama, yaitu : – Paduan alpa, – Paduan beta, dan – Paduan Alpa-beta



69



Paduan Alpa Paduan ini memiliki bentuk struktur paduan yang halus dalam pasa alpha, dimana dalam suhu ruangan didominasi dengan rangka kristalisasi hexagon yang sangat stabil. Hasil pemadatannya yaitu dengan unsur paduannya seperti AI, C, 02, N 2 a tau Sn, dengan demikian dengan meningkatkan suhu, perubahan Alpa-Beta dapat tercapai ciri-ciri paduan ini, yaitu mampu dilas, liat/ulet, tahan akan oksidasi, mampu tarik, dan tahan dalam temperatur 200°C sampai dengan 500°C. Contoh TiAI 5 Sn 2,5. Penggunaannya dibuat benda-benda tempa dan tuangan, kendaraan ruang angkasa atau pesawat terbang (lapisan body bagian luar).



Paduan Beta Kebalikan dari paduan alpa, bahwa pasa beta pada ± 885°C, menunjukan bentuk rangka kubis. Paduan beta ini terdiri dari chrom, nikel, mangan, molibdenum, besi, tembaga, tantal, dan vanadium. Unsur tambahan tersebut sebagai penyetabil, dimana bahwa phase beta pada temperatur rendah pun tetap stabil. Dengan demikian paduan tersebut memiliki kemampuan untuk dilas dengan baik, mampu dibentuk, mampu regang, dan kekuatannya luar biasa setelah mendapat perlakuan panas ("heat treatment"). Contoh : TiV 13 Cr 11 Al 3 dan TiV 8 Fe 5 All. Penggunaannya : Titan paduan beta digunakan untuk body pesawat, bentuk-bentuk benda tempaan.



Paduan Alpa-Beta Jenis paduan ini yang paling sering digunakan dan bentuk paduannya sama diantara keduanya seperti disebutkan sebelumnya, hingga suhu 430°C masih stabil dan umumnya, sulit untuk dilas tapi keras dan baik dibentuk dengan permesinan. Akan tetapi keuletannya rendah daripada paduan alpa umumnya, seperti contoh TiMn9.



Standarisasi Titan paduan seperti halnya logam non besi lainnya. Seperti contoh TiAI 6 V4 I (DIN 3.7164) yai tu bahan alpa-beta paduan yang terpenting sebagai bahan pesawat ruang angkasa.



70



Berat jenis Kekuatan tarik Kemuluran Komposisi dalam %



: 4,45 gr/cm3• : 880 - 1125 N/mm2. : 10 % : 5,5 - 7 AI, 3,5 - 4,5 V maksimum 0,25% dan sisanya Ti



Sifatnya: Kekuatannya tinggi, perbandingan batas elastisitasnya lebih besar dari 90%, tahan korosi, dapat dibentuk dengan cara panas pada suhu 500°C sampai 600°C, baik untuk dilas titik ( "spotwelding" ) . Penggunaannya: Karena sifatnya yang ringan dan kuat juga tahan bakar dan tahan korosi, maka bahan ini digunakan untuk kepala rotor helikopter.



71



DAFTAR PUSTAKA



1. Bandanadjaja, B., Siswanto, A., Ilmu dan Teknik Material, Polman Bandung, 2004. 2. Calister Jr., W. D, Fundamentals Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc., 2001. 3. Firmansyah, D., Siswanto, A., Hanaldi, K., Praktikum Material Teknik II, Polman Bandung, 2006. 4. Firmansyah, D., Material Teknik I, Polman Bandung, 2010. 5. Purwadi, W., Pengujian Tarik, Polman Bandung, 6. Susilolegoto, E., Pengetahuan Bahan, Polman Bandung, 1989. 7. Smith, W. F., Principles of Materials Science and Engineering 3rd ed., Mc Graw-Hill, Inc., 1996.



72