Bab 9 material teknik logam non-ferous

Sifat-sifat   serta  struktur  kelompok  logam non-besi  yang  berbeda akan
mempunyai  harga yang jauh berbeda.  Contohnya,  temperatur leleh,  bervariasi
dari  temperatur  ruang  untuk  logam galium hingga  lebih  dari  3000C untuk
wolfram.  Kekuatan bervariasi mulai dari 5 MN.m-2  hingga lebih dari 1.500 MN/m2 . Aluminium, magnesium dan beryllium (logam ringan) mempunyai kerapatan
yang sangat rendah, sedangkan timbal dan wolfram mempunyai kerapatan yang sangat tinggi.
Pada  banyak  aplikasi,  berat  merupakan  faktor  yang  kritis.  Untuk
menghubungkan  kekuatan  material  dengan   beratnya,  yang  dikenal  dengan
kekuatan spesifik atau rasio kekuatan terhadap berat, didefinisikan dengan:
Kekuatan spesifik = kekuatan
 kerapatan
Tabel  1  menampilkan  perbandingan  kekuatan  spesifik  dari  beberapa
paduan non-besi kekuatan tinggi.
Faktor lainnya dalam desain yang berkaitan dengan logam non-besi adalah
biaya, yang juga bisa berbeda dengan sangat berarti.
Tabel 1. Kekuatan spesifik paduan non-besi.

• PADUAN ALUMINIUM

Sifat  fisik yang menguntungkan dari  aluminium diantaranya konduktifitas
listrik dan termal,  sifat  nonmagnetik (para magnetik) dan ketahanan yang baik
terhadap oksidasi dan korosi. Aluminium akan beraksi dengan oksigen, bahkan
pada  temperatur  ruang,  membentuk  lapisan  sangat  tipis  aluminium oksida (Al2O3) yang akan melindungi lapisan dibawahnya dari lingkungan yang korosif.
Aluminium  tidak  menunjukkan   batas  fatigue  yang  tinggi,  sehingga
kerusakan bisa terjadi pada tegangan rendah. Karena temperatur lelehnya yang
rendah,  aluminium tidak  cocok  digunakan  pada  temperatur  tinggi.  Terakhir,
paduan  aluminium mempunyai  kekerasan  rendah,  sehingga  mengakibatkan
tahanan aus yang rendah.

Penandaan

Paduan aluminium bisa dibagi  atas dua kelompok utama:  paduan tempa
dan cor, tergantung kepada metode pabrikasinya. Paduan tempa, yang dibentuk
dengan deformasi plastis (pengerjaan panas atau dingin), mempunyai komposisi
dan struktur mikro yang berbeda sekali dengan paduan cor. Disetiap kelompok
utama, paduan dikelompokkan atas dua subkelompok: paduan yang bisa diberi
perlakuan panas (heat-treatable)  dan yang tidak bisa diberi  perlakuan panas
(nonheat-tretable).
Paduan aluminium diberi  tanda dengan sistem penomoran seperti  yang
ditunjukkan oleh tabel  3.  Nomor  pertama menunjukkan unsur  pemadu utama,
dan nomor  selanjutnya  mengacu  kepada  komposisi  spesifik  paduan.  Sistem
penomoran  IADS  ini  (International  Alloy  Designation  System)  telah  banyak
diadopsi oleh berbagai negara.
Tabel  3.  Sistem Penandaan  IADS (International  Alloy  Designation  System)
untuk paduan aluminium.
Paduan Tempa :





Derjat  penguatan diberikan oleh penandaan temper T atau H,  tergantung
apakah paduan di  beri  perlakuan panas atau pengerasan regangan (tabel  4).
Penandaan lainnya adalah apakah paduan dianil (O), perlakuan larutan (W) atau
digunakan  seperti  kondisi  pabrikasi  (F).  Angka  yang  mengikuti  T  atau  H
menunjukkan jumlah pengerasan regangan, jenis perlakuan panas, atau aspek
khusus  lainnya  pada  pemrosesan  paduan.  Paduan  yang  umum dan  sifatsifatnya
ditunjukkanoleh tabel 5.
Tabel 4. Penandaan temper paduan aluminium.FOHWT
Sebagaimana pabrikasi (pengerjaan panas, tempa, cor dsb.
Dianil (pada kondisi paling lunak yang mungkin) Pengerjaan dingin
H1x – hanya pengerjaan dingin. (x merupakan jumlah pengerjaan dingin dan penguatan
H12  –  pengerjaan  dingin  yang  memberikan  kekuatan  tarikditengah-tengah antara temper O dan H14.
H14  -  pengerjaan  dingin  yang  memberikan  kekuatan  tarikditengah-tengah antara temper O dan H18.
H16  -  pengerjaan  dingin  yang  memberikan  kekuatan  tarikditengah-tengah antara temper H14 dan H18.
H18 – pengerjaan dingin yang memberikan kira-kirea 75% reduksi.
H19 – pengerjaan dingin yang memberikan kekuatan tarik minimal  15 MN.m-2 lebih besar dari yang diperoleh oleh temper H18.
H2x – pengerjaan dingin dan sebagian dianil.
H3x – pengerjaan dingin dan distabilkan pada temperatur rendah untruk mencegah pengerasan penuaan (aging) pada struktur.Perlakuan larutan Pengerasan penuaan
T1 – didinginkan dari suhu pabrikasi dan diaging secara alami
T2  – didinginkan  dari  suhu  pabrikasi,  pengerjaan dingin  dan  diaging secara alami
T3 – perlakuan larutan, pengerjaan dingin, dan diaging secara alami
T4 - perlakuan larutan, dan diaging secara alami
T5 – didinginkan dari suhu pabrikasi dan diaging secra artifisial.
T6 - perlakuan larutan, dan diaging secara artifisial.
T7 - perlakuan larutan dan distabilkan dengan overaging.
T8 - perlakuan larutan, pengerjaan dingin, dan diaging secara artifisial.
T9 - perlakuan larutan, diaging secara artifisial, dan pengerjaan dingin.
T10 – diidinginkan dari suhu pabrikasi, pengerjaan dingin dan diaging secara artifisial.


Tabel 5. Sifat-sifat umum paduan aluminium
Paduan Tempa. Paduan tempa 1xxx, 3xxx, 5xxx dan sebagian besar 4xxx tidak
bisa diberi perlakuan panas. Paduan 1xxx dan 3xxx adalah paduan fasa tunggal,
kecuali  ada sejumlah kecil  inklusi  atau senyawa antar  logam (Gambar  13.2).
Sifat-sifat  paduan ini  dikontrol  oleh pengerasan regangan,  penguatan larutan
jenuh dan pengontrolan besar  butir.  Namun kelarutan elemen pemadu pada
aluminium rendah pada temperatur ruang, maka derjat penguatan larutan jenuh
terbatas.
Paduan Cor.  Banyak  paduan  cor  aluminium yang  ditunjukkan  oleh  tabel  5
mengandung  cukup  silikon  untuk  menyebabkan  reaksi  eutektik,  sehingga
membuat paduan mempunyai titik leleh rendah, fluiditas baik, dan kemampuan
cor yang baik. Fluiditas adalah kemampuan logam cair untuk mengalir melalui
cetakan tanpa pembekuan lebih awal, dan kemampuan cor adalah berhubungan
dengan kemudahan dimana benda cor yang baik bisa dibuat dari paduan.

Paduan Aluminium Lanjut. Sejumlah peningkatan terhadap paduan aluminium
konvensional  dan metode pabrikasi  telah meningkatkan kegunaan logam ini.
Paduan  yang  mengandung  lihium  telah  dibuat,  khususnya  untuk  industri
pesawat udara. Lihium mempunyai kerapatan 0,534 Mg/m3
, sehingga kerapatan
paduan  Al-Li  10% lebih kecil  dari  paduan  aluminium konvensional  (Gambar

• 13.5).  Modulus elastisitas meningkat,  dan kekuatan bisa sama atau melebihi

paduan konvensional (lihat paduan 2090 pada tabel 5). Kerapatan yang rendah
membuat  kekuatan  spesifik  sangat  bagus  sekali  dan  peningkatan  kekakuan
spesifik  lebih  besar  sehingga  membuat  paduan  ini  sangat  disukai  dalam
penggunaan struktur pesawat  udara.  Paduan ini  mempunyai  laju pertumbuhan
retak  fatigue  rendah,  sehingga  meningkatkan  ketahanan  fatigue,  dan
mempunyai  ketangguhan  yang  baik  pada  temperatur  kriogenik.  Al-Li  juga
digunakan pada lantai, kulit dan rangka pesawat militer dan komersial.
Kekuatan tinggi  paduan Al-Li  adalah akibat  pengersan penuaan (Gambar
13.6). Paduan yang mengandung sampai  2,5% Li  bisa diberi  perlakuan panas
dengan  metode  konvensional.  Penambahan  Li  (hingga  4%)  bisa  dilakukan
dengan proses pembekuan cepat,  yang akan menurunkan berat  paduan dan
menaikkan kekuatan.

• PADUAN MAGNESIUM

Magnesium  mempunyai  modulus  elastisitas  rendah  (45  GN/m)  dan
ketahan  fatigue,  creep  dan  aus  yang  rendah.  Magnesium juga  berbahaya
selama pekerjaan pengecoran atau pemesinan,  karena bisa bereaksi  dengan
mudah dengan oksigen dan terbakar. Respon magnesium terhadap mekanisme
kekuatan juga rendah.
Struktur  dan  Sifat.  Magnesium  murni  mempunyai  struktur  HCP  dan
keuletannya  lebih  rendah  dari  aluminium.  Namun  paduan  magnesium
mempunyai  keuletan karena unsur  pemadu meningkatkan jumlah bidang  slip
aktif.  Beberapa  deformasi  dan  pengerasan  regangan  bisa  dilakukan  pada
temperatur ruang, dan paduan bisa dideformasi pada suhu tinggi. Pengerasan
regangan  menghasilkan  pengaruh  yang  relatif  kecil  pada  magnesium murni
karena koefisien pengerasan regangan yang rendah.
Sebagaimana pada paduan aluminium, kelarutan elemen pemadu pada
magnesium pada  temperatur  ruang  terbatas,  menyebabkan  hanya  sejumlah
kecil derjat penguatan larutan jenuh. Namun kelarutan banyak elemen pemadu
meningkat terhadap temperatur, sebagaimana terlihat pada diagram fasa Mg-Al
(gambar  13.8).  Karenanya paduan bisa diperkuat  dengan penguatan dispersi
atau pengerasan penuaan. Beberapa paduan magnesium pengerasan penuaan,
seperti  paduan yang mengandung elemen Zr,  Th,  Ag,  atau  Ce,  mempunyai
ketahanan  yang  baik  terhadap  overageing pada  temperatur  sampai  300C.
Paduan yang mengandung hingga 9% Li mempunyai berat yang sangat ringan.
Sifat-sifat paduan magnesium ditabulasikan di tabel 6. Sistem penomoran dibuat
oleh “American Society for Testing Materials” (ASTM) dan telah diadopsi oleh
banyak negara. 20




Tabel 6. Sifat-sifat paduan magnesium pada umumnya.


Paduan magnesium lanjut termasuk diantaranya paduan dengan impuritas
rendah dan paduan yang mengandung sejumlah besar (>5%) cerium dan unsur
bumi  jarang lainnya.  Paduan ini  membentuk lapisan tipis pelindung MgO yang
meningkatkan  ketahanan  korosi.  Proses  pembekuan  yang  cepat  akan  bisa
membuat  penyerapan elemen pemadu lebih banyak ke magnesium, sehingga
akan  meningkatkan  tahanan  korosi.  Peningkatan  kekuatan,  terutama  pada
temperatur  tinggi,  bisa didapatkan dengan memasukkan partikel  keramik atau
serat seperti silikon karbida ke dalam logam.

• PADUAN TEMBAGA

berwarna merah,  penambahan seng akan menghasilkan waarna kuning,  dan
penambahan nikel  menghasilkan warna perak. Paduan tembaga bisa diperkuat
dengan semua mekanisme penguatan yang kita kenal.  Pengaruh mekanisme
penguatan terhadap sifat mekanik bisa dilihat pada tabel 7.
Tabel  7. Sifat-sifat paduan tembaga umum yang diperoleh dengan mekanisme
penguatan yang berbeda.


Tembaga yang mengandung impuritas kurang dari  1% digunakan untuk
aplikasi  dibidang  kelistrikan.  Sejumlah  kecil  cadmium,  peral  dan  Al2
meningkatkan  kekerasan  tanpa  mempengaruhi  konduktivitas  dengan  berarti.
Paduan tembaga fasa tunggal  diperkuat  dengan pengerjaan  dingin. Tembaga
FCC mempunyai keuletan yang sangat baik dan koefisien pengerasan regangan yang tinggi.
Paduan  Tembaga  Timbal.   Umumnya  paduan  tembaga  tempa  bisa
mengandung timbal  (Pb)  hingga 4,5%.  Timbal  membentuk reaksi  monotektik
dengan  tembaga  dan  menghasilkan  bola  timbal  kecil  karena  paling  akhir
membeku.  Timbal  akan  menaikkan  karakteristik  pemesinan.  Bahkan  jumlah
timbal  yang lebih besar  digunakan pada pengecoran tembaga,  dimana timbal
memberikan kemampuan pelumasan dan daya rekat, dengan cara partikel keras
lekat ke bola timbal lunak, dan karenanya mengurangi keausan.O3

presipitasi  γ’,  dimana Ni3 Al  atau Ni3Ti  berpresipitasi yang akan menggandakan kekuatan tariknya.
Beberapa  sifat  khusus  bisa  didapatkan  pada  paduan  nikel.  Nikel  bisa
digunakan  untuk  menghasilkan  magnet  permanen  karena  sifat
ferromagnetiknya.  Paduan  Ni-36%  Fe  (Invar)  menunjukkan  gejala  tanpa
ekspansi selama pemanasan;  efek ini  digunakan untuk menghasilkan material komposit bimetal.
Superalloy.  Superalloy  (paduan super)  adalah  nikel,  besi-nikel,  dan paduan
cobalt  yang mengandung sejumlah besar  elemen pemadu yang dimaksudkan
untuk menghasilkan kekuatan tinggi  pada temperatur tinggi,  tahan creep pada
temperatur mencapai 10000C, dan tahan korosi. Sifat yang baik pada temperatur
tinggi ini didapatkan walaupun temperatur lelehnya kira-kira sama dengan baja.
Aplikasi  umum adalah  sudu  untuk  turbin  dan  mesin  jet,  heat  exchanger,
komponen bejana untuk reaksi kimia, dan peralatan perlakuan panas.
Untuk mendapatkan kekuatan tinggi dan ketahanan creep, elemen pemadu
harus menghasilkan struktur mikro yang kuat dan stabil pada temperatur tinggi.
Penguatan  yang  umumnya  dilakukan  adalah  penguatan  larutan  padat,
penguatan dispersi dan pengerasan presipitasi.

• PADUAN TITANIUM

Titanium mempunyai  sifat yang baik pada temperatur tinggi, tahan korosi,
dan  kekuatan  spesifik  tinggi.  Kekuatannya  mencapai  1400  MN/m,  dan kerapatan 4,505 Mg/m3
.   Disamping itu,  lapisan pelindung TiO2 memberikan
kekuatan yang baik terhadap korosi dan kontaminasi dibawah suhu 535
Sifat  tahan  korosi  yang  baik  dimanfaatkan  untuk  aplikasi  di  peralatan
pemrosesan kimia,  komponen kapal,  dan implan biomedical.  Juga digunakan
untuk bahan pesawat  udara seperti  rangka pesawat  dan komponen mesin jet.
Jika  dikombinasikan  dengan  niobium,  dihasilkan  senyawa  superconductive
intermetallic. Titanium juga sering dikombinasikan dengan nikel atau aluminium. 02C.

Titanium Murni  Komersial.  Titanium  tanpa  paduan  digunakan  dalam  hal
ketahanan  korosinya.  Impuritas,  seperti  oksigen  meningkatkan  kekuatan
titanium tetapi menurunkan ketahanan korosinya. Penggunaannya meliputi: heat
exchanger, pipa, reaktor, pompa dan katup untuk industri kimia dan petrokimia.
Paduan Titanium Alpha. Paduan umum paduan alpha mengandung 5% Al dan
2,5%  Sn.  Paduan  alpha  yang  dianil  ke  temperatur  tinggi  di  daerah  β,
pendinginan  cepat  akan  menghasilkan  struktur  butir  α Widmanstatten  dan
menghasilkan ketahanan yang baik terhadap fatigue. Pendinginan di dapur akan
menghasilkan struktur  α seperti pelat yang memberikan ketahanan yang elbih
baik terhadap creep.


Paduan Titanium Beta. Walaupun penambahan sejumlah besar vanadium atau
molybdenum akan menghasilkan struktur β secara keseluruhan pada temperatur
ruang,  tidak  ada  paduan  beta  yang  memadu  pada  kondisi  ini.  Namun
sebenarnya paduan ini kaya akan stabilizer β, sehingga pendinginan cepat akan
menghasilkan  struktur  meta  stabil  yang  terdiri  semuanya  dari  β.  Penguatan
diperoleh dengan sejumlah besar elemen pemadu penguatan larutan jenuh dan
dengan proses penuaan (aging) sturuktur  β meta stabil yang akan membentuk
presipitasi alpha. Aplikasi logam ini antara lain:  fastener kekuatan tinggi,  beam,
dan fitting untuk penggunaan di pesawat antariksa.
Paduan Titanium Alpha-Beta. Dengan keseimbangan yang tepat dari stabilizer 
α dan β, campuran  α dan  β diperoleh pada temperatur ruang. Ti-6% Al-4% V
adalah contohnya. Karena paduan mengandung dua fasa, perlakuan panas bisa
digunakan untuk mengontrol struktur mikro dan sifat-sifatnya.
Proses  annil  akan memberikan keuletan tinggi,  sifat  yang seragam dan
kekuatan yang baik. Paduan dipanaskan sedikit  dibawah garis temperatur   β,
menghasilkan sejumlah kecil  α yang tak berubah dan mencegah pertumbuhan
butir (gambar 13.18). Pendinginan lambat akan menghasilkan butir α equiaxed;
dimana  struktur  equiaxed akan  memberikan  sifat  keuletan  yang  baik  dan
kemampu  bentukan  sehingga  sulit  bagi  retak  fatigue  untuk  terbentuk.
Pendinginan cepat akan menghasilkan fasa alpha berbentuk tenunan keranjang
(basketweave)  (gambar  13.18c).  Kondisi  ini  akan  menghasilkan  laju
pertumbuhan  retak  fatigue  yang  lambat,  ketangguhan  patah  yang  baik  dan
ketahanan yang baik terhadap creep.



bab 9, Silahkan klik download untuk mendapatkan format Pdf  / klik save as pada di atas judul posting!