UP02 Logam Dan Sistem Paduan Logam PDF [PDF]

Citation preview

Logam dan Sistem Paduan Logam 31 Oktober 2012



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Pemaduan Logam  Memperoleh sifat yang lebih baik dari logam asal.



 Merupakan campuran 2 unsur atau lebih.  Macam: – A + B → Paduan Biner; Ar+Cu, Cu+Zn (kuningan), Cu+Sn (perunggu) – A + B + C → Paduan Terner; Cu+Al+Zn – A + B + C + D → Paduan kuarterner; Al+Cu+Mg+Cd Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Jenis Unsur yang Dipadukan  Logam + Logam → Paduan Logam – Contoh: Cu+Al; Cu+Ni (uang logam)



 Logam + Bukan Logam → Paduan Logam – Contoh: • Fe+C → Baja (steel), C sedikit • Fe+C → Besi Cor (cast iron), C banyak



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Proses Pembuatan  Dipadukan dalam keadaan cair (liquid treatment): teknologi pengecoran



 Dipadukan dalam keadaan padat (solid treatment): metalurgi serbuk (powder metallurgy)



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Fasa Padat Paduan  Berdasarkan fasa padat, paduan dapat dikelompokkan menjadi: – Larutan padat (solid solution) – Senyawa (compound) – Kombinasi larutan padat & senyawa



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Posisi Atom Pemadu  Substusi



 Interstisi



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Syarat Kelarutan  Agar terjadi kelarutan sempurna pada paduan, aspek-aspek yang harus dipenuhi: – Aspek geometri: diameter atom & bentuk sel satuan. – Aspek valensi: elektron terluar dari atom – Stabilitas larutan (elektronegatifitas)



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Aspek Geometri  Bila perbedaan diameter atom < 15%: larutan padat substitusi.  Bila perbedaan diameter atom > 15%: larutan padat interstisi.



 Sel satuan sejenis → lebih mudah timbul larutan. Contoh: Cu + Al; Ni + Fe; Au + Ag → Substitusi Fe + C → Interstisi Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Diagram Fasa (Phase Diagram)  Digunakan untuk mempelajari hasil-hasil pemaduan.  Menghubungkan antara temperatur, komposisi (jumlah dan besarnya komponen yang dipadukan) dan fasa (produk yang dihasilkan) Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Diagram Fasa Fe-C



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Arti Penting Diagram Fasa  Sifat mekanik material antara lain ditentukan oleh struktur mikro.  Untuk mengetahui struktur mikro, perlu mengetahui diagram fasa.  Diagram fasa digunakan peleburan, pengecoran, kristalisasi dsb.  Komponen: logam murni dan/atau senyawa penyusun paduan – Kuningan: Cu sebagai unsur pelarut dan Zn sebagai unsur yang dilarutkan. Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Istilah  Batas kelarutan (solubility limit) merupakan konsentrasi atom maksimum yang dapat dilarutkan oleh pelarut.  Fasa adalah bagian homogen dari sistem yang mempunyai karakteristik fisik dan kimia yang seragam. Contoh fasa: material murni, larutan padat, larutan cair dan gas.



 Struktur mikro: jumlah fasa yang ada dan bagiannya dalam material. Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Diagram Fasa  Diagram fasa merupakan diagram yang menampilkan struktur mikro atau struktur fasa dari paduan tertentu.  Diagram fasa menampilkan hubungan antara temperatur dan komposisi serta jumlah fasafasa dalam keadaan setimbang.



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Batas Kelarutan (Solubility Limit)  Diagram fasa: sistem gula - air • Berapakah batas kelarutan gula dalam air pada temperatur 20oC? • Bagaimana menaikkan batas kelarutan?



Jawab: 65% gula



< 65% gula: sirup > 65% gula: sirup + gula Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Efek Temperatur (T) & Komposisi (Co)



 Perubahan temperatur: A – B  Perubahan komposis: B – D Pengaruh terhadap jumlah fasa?



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Diagram Fasa: Sistem Cu - Ni  Termasuk sistem binary.  L = larutan cair homogen yang mengandung Cu dan Ni



T(°C) 1600 1500



L (liquid)



 a = larutan padat



1400



subtitusi yang terdiri dari Cu dan Ni, yang mempunyai struktur FCC



1300



a (FCC solid solution)



1200



1100 1000 0



20



40



60



80



100



wt% Ni Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Jumlah & Jenis Fasa A(1100, 60): 1 fasa: a



B(1250, 35): 2 fasa: L + a



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Komposisi Fasa Contoh: komposisi (Co) 35% Ni Pada TA: • Hanya fasa cair (L) • CL = Co = 35% Ni Pada TD • Hanya fasa padat/solid (a) • Ca = Co = 35% Ni Pada TB • Fasa a dan L • Ca = Csolidus = 43% Ni • CL = Cliquidus = 32% Ni Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Fraksi Berat dari Fasa-fasa Contoh: komposisi (Co) 35% Ni Pada TA: • Hanya fasa cair (L) • WL = 100% berat; Wa = 0% Pada TD • Hanya fasa padat/solid (a) • WL = 0% berat; Wa = 100% Pada TB • Fasa a dan L WL 



S 43  35   73%  R S 43  32



R Wa   R S



= 27% Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Pendinginan pada Cu-Ni



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Pengintian vs Kesetimbangan Fasa • Ca akan berubah ketika terjadi pembekuan.



a pertama yg membeku, Ca = 46% Ni. a terakhir yg membeku, Ca = 35% Ni.



• Laju pendinginan tinggi: Cored structure



• Laju Pendinginan lambat Equilibrium structure



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB



Sifat Mekanik Cu-Ni --Tensile strength (TS)



Adapted from Fig. 9.5(a), Callister 6e.



--Peak as a function of Co



--Ductility (%EL,%AR)



Adapted from Fig. 9.5(b), Callister 6e.



--Min. as a function of Co



Program Studi Teknik Mesin FTMD - ITB