Paduan Non-Baja (Nonferrous Alloys)

Baja dan paduan besi lainnya digunakan dalam jumlah sangat besar karena memiliki berbagai sifat mekanik, dapat dibuat dengan relatif mudah, dan ekonomis untuk diproduksi. Namun, mereka memiliki beberapa batasan yang berbeda, terutama (1) massa jenis yang relatif tinggi, (2) konduktivitas listrik yang relatif rendah, dan (3) kerentanan yang melekat terhadap korosi di beberapa lingkungan umum. Jadi, bagi banyak orang aplikasi itu menguntungkan atau bahkan perlu menggunakan paduan lain yang memiliki lebih banyak kombinasi properti yang sesuai. Sistem paduan diklasifikasikan baik menurut logam dasar atau menurut beberapa karakteristik khusus yang dimiliki oleh sekelompok paduan.

Tembaga dan Paduannya

Tembaga dan paduan berbasis tembaga yang memiliki kombinasi sifat fisik yang diinginkan telah digunakan dalam berbagai aplikasi sejak jaman dahulu. Tembaga murni sangat lunak dan ulet sehingga sulit untuk dikerjakan; juga, ia memiliki kapasitas hampir tak terbatas pada pengerjaan dingin. Selain itu, tembaga sangat tahan terhadap korosi di beragam lingkungan termasuk atmosfer sekitar, air laut, dan beberapa bahan kimia industri. Sifat mekanik dan ketahanan korosi tembaga dapat ditingkatkan oleh paduan. Sebagian besar paduan tembaga tidak dapat dikeraskan atau diperkuat dengan perlakuan panas; akibatnya, pengerjaan dingin dan/atau paduan larutan padat harus digunakan untuk memperbaiki sifat mekanik ini.

Paduan tembaga yang paling umum adalah kuningan, di mana seng, sebagai pengotor pengganti, adalah elemen paduan yang dominan. Beberapa kuningan umum adalah kuningan, naval, dan kuningan kartrid; logam muntz; dan penyepuhan logam. Beberapa kegunaan umum untuk paduan kuningan adalah perhiasan, selongsong kartrid, radiator otomotif, alat musik, kemasan elektronik, dan koin.

Perunggu adalah paduan tembaga dan beberapa elemen lainnya, termasuk timah, aluminium, silikon, dan nikel. Paduan ini lebih kuat dari kuningan, namun mereka masih memiliki tingkat ketahanan korosi yang tinggi. Umumnya mereka digunakan ketika, selain ketahanan terhadap korosi, sifat tarik yang baik diperlukan. Paduan tembaga yang dapat diolah dengan panas yang paling umum adalah tembaga berilium. Mereka memiliki kombinasi sifat yang luar biasa: kekuatan tarik setinggi 1400 MPa (200.000 psi), sifat listrik dan korosi yang sangat baik, dan ketahanan aus ketika dilumasi dengan benar; mereka dapat dicor, dikerjakan panas, atau dikerjakan dingin. Tinggi kekuatan dicapai dengan perlakuan panas pengerasan presipitasi. Aplikasi penggunaan paduan ini adalah bantalan roda pendaratan pesawat jet dan busing, pegas, dan instrumen bedah dan gigi.

Aluminium dan Paduannya

Aluminium dan paduannya dicirikan oleh massa jenis yang relatif rendah (2,7 g/cm³ dibandingkan dengan 7,9 g/cm³ untuk baja), konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, dan ketahanan terhadap korosi di beberapa lingkungan umum, termasuk atmosfer sekitar. Banyak dari paduan ini mudah dibentuk berdasarkan keuletan yang tinggi; ini dibuktikan oleh lembaran aluminium foil tipis di mana bahan yang relatif murni dapat digulung. Karena aluminium memiliki struktur kristal FCC, keuletannya dipertahankan bahkan pada suhu yang sangat rendah. Keterbatasan utama aluminium adalah lelehnya yang rendah suhu [660 ° C (1220 ° F)], yang membatasi suhu maksimum di mana ia bisa digunakan.

Kekuatan mekanik aluminium dapat ditingkatkan dengan kerja dingin dan dengan paduan; namun, kedua proses tersebut cenderung menurunkan ketahanan terhadap korosi. Unsur paduan utama terdiri dari tembaga, magnesium, silikon, mangan, dan seng. Paduan tidak tahan panas terdiri dari fase tunggal, di mana peningkatan kekuatan tercapai oleh penguatan larutan padat. Lainnya diberikan perlakuan panas (mampu menjadi pengendapan mengeras) sebagai hasil dari paduan. Dalam beberapa paduan ini, presipitasi pengerasan dikarenakan pengendapan dua elemen selain aluminium untuk membentuk intermetalik senyawa seperti MgZn₂.

Magnesium dan Paduannya

Karakteristik magnesium yang paling menonjol adalah massa jenisnya, 1,7 g/cm³ , terendah dari semua logam struktural; oleh karena itu, paduannya digunakan di tempat yang ringan (misalnya, dalam komponen pesawat). Magnesium memiliki struktur kristal HCP, relatif lunak, dan memiliki modulus elastisitas rendah: 45 GPa (6,5 × 10⁶ psi). Pada suhu kamar, magnesium dan paduannya sulit berubah bentuk; sebenarnya, hanya derajat kecil pekerjaan dingin dapat dikenakan tanpa anil. Akibatnya, sebagian besar fabrikasi menggunakan pengecoran atau pengerjaan panas pada suhu antara 200 ° C dan 350 °C (400 °F dan 650 °F). Magnesium, seperti aluminium, memiliki suhu leleh yang cukup rendah [651°C (1204°F)]. Secara kimia, paduan magnesium relatif tidak stabil dan terutama rentan terhadap korosi di lingkungan laut. Namun, ketahanan korosi atau oksidasi cukup baik dalam suasana normal; diyakini bahwa perilaku ini dikarenakan pengotor dan menjadi karakteristik yang melekat pada paduan Mg. Magnesium bubuk halus mudah terbakar saat dipanaskan di udara; akibatnya, perawatan harus dilakukan dalam keadaan ini.

Paduan ini juga diklasifikasikan menjadi cor atau tempa, dan beberapa di antaranya dapat diolah dengan panas. Aluminium, seng, mangan, dan beberapa tanah langka adalah elemen paduan utama. Skema penunjukan komposisi-temper mirip dengan untuk aluminium paduan juga digunakan. Paduan ini digunakan dalam pesawat dan peluru kendali serta di bagasi. Selanjutnya, dalam beberapa tahun terakhir permintaan untuk magnesium paduan telah meningkat secara dramatis di sejumlah industri yang berbeda. Untuk banyak aplikasi, paduan magnesium telah menggantikan plastik rekayasa yang massa jenisnya sepadan karena bahan magnesium lebih kaku, lebih dapat didaur ulang, dan lebih murah. Misalnya, magnesium digunakan dalam berbagai perangkat genggam (misalnya, gergaji mesin, powertools, pemotong pagar), mobil (misalnya, roda kemudi dan kolom, kursi frame, kotak transmisi), dan audio, video, komputer, dan komunikasi peralatan (misalnya, komputer laptop, camcorder, perangkat TV, telepon seluler).

Titanium dan Paduannya

Titanium dan paduannya adalah bahan rekayasa yang relatif baru yang memiliki sifat kombinasi luar biasa. Logam murni memiliki kerapatan yang relatif rendah (4.5 g/cm 3 ), titik leleh yang tinggi [1668 ° C (3035 ° F)], dan modulus elastisitas 107 GPa (15,5 × 10 psi). Paduan titanium sangat kuat: Kekuatan tarik pada suhu kamar setinggi 1400 MPa (200.000 psi) dapat dicapai, menghasilkan spesifikasi kekuatan yang luar biasa. Selain itu, paduannya sangat ulet dan mudah ditempa dan dikerjakan.

Keterbatasan utama titanium adalah reaktivitas kimianya dengan bahan lain pada suhu yang meningkat. Sifat ini mengharuskan pengembangan nonkonvensional pengilangan, teknik peleburan, dan pengecoran; akibatnya, paduan titanium cukup mahal. Terlepas dari reaktivitas ini pada suhu tinggi, ketahanan korosi titanium paduan pada suhu normal sangat tinggi; mereka hampir kebal terhadap udara, laut, dan berbagai lingkungan industri. Ketika ditanamkan ke dalam tubuh manusia, titanium paduan sangat biokompatibel, mereka sangat tidak reaktif ketika terkena cairan tubuh dan jaringan dan tidak melepaskan zat beracun. Selain itu, bahan-bahan ini memiliki massa jenis rendah dan karakteristik mekanik yang diinginkan. Sehingga, mereka digunakan ekstensif untuk implan gigi dan ortopedi (pinggul dan lutut).

Logam Tahan Panas (Refractory)

Logam yang memiliki suhu leleh yang sangat tinggi diklasifikasikan sebagai logam tahan panas. Golongan ini terdiri dari niobium (Nb), molibdenum (Mo), tungsten (W), dan tantalum (Ta). Suhu leleh berkisar antara 2468 ° C (4474 ° F) untuk niobium dan 3410 ° C (6170 ° F), suhu leleh tertinggi dari logam apa pun, untuk tungsten.

Ikatan antar atom dalam logam-logam ini sangat kuat, yang menyebabkan pelelehan suhu, dan, di samping itu, modulus elastisitas yang besar dan kekuatan dan kekerasan yang tinggi, pada suhu lingkungan maupun suhu tinggi. Aplikasi dari logam ini bervariasi. Misalnya, tantalum dan molibdenum dicampur dengan stainless steel untuk meningkatkan ketahanan korosinya. Paduan molibdenum digunakan untuk cetakan ekstrusi dan struktur bagian dalam kendaraan luar angkasa; filamen lampu pijar, tabung sinar-x, dan elektroda las menggunakan paduan tungsten. Tantalum kebal terhadap serangan kimia oleh hampir semua lingkungan pada suhu di bawah 150 ° C dan sering digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan ketahanan korosi.

Superalloys (Paduan Super)

Superalloy memiliki kombinasi sifat superlatif. Sebagian besar digunakan di komponen turbin pesawat terbang, yang harus tahan terhadap paparan lingkungan yang sangat teroksidasi dan suhu tinggi untuk jangka waktu yang lama. Massa jenis merupakan pertimbangan penting karena tegangan sentrifugal berkurang dalam part yang berputar ketika massa jenis berkurang. Bahan ini diklasifikasikan menurut logam dominan dalam paduan, dari: yang ada tiga kelompok: besi-nikel, nikel, dan kobalt. Elemen paduan lainnya: termasuk logam tahan api (Nb, Mo, W, Ta), kromium, dan titanium. Lebih-lebih lagi, ini paduan juga dikategorikan sebagai tempa atau cor.

Logam Mulia

Logam mulia adalah kelompok delapan elemen yang memiliki beberapa fisik karakteristik yang sama. Mereka mahal (berharga) dan lebih unggul atau terkenal (mulia) dalam sifat-karakteristik lembut, ulet, dan tahan oksidasi. Logam mulia adalah perak, emas, platina, paladium, rodium, rutenium, iridium, dan osmium; tiga yang pertama adalah yang paling umum dan digunakan secara luas dalam perhiasan. Perak dan emas dapat diperkuat dengan paduan larutan padat dengan tembaga; perak murni adalah perak– paduan tembaga yang mengandung sekitar 7,5% berat Cu. Paduan perak dan emas adalah digunakan sebagai bahan restorasi gigi. Beberapa sirkuit kontak listrik terpadu adalah dari emas. Platina digunakan untuk peralatan laboratorium kimia, sebagai katalis (terutama dalam pembuatan bensin), dan termokopel untuk mengukur suhu tinggi.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Callister, William D. Jr, dan Rethwisch, David G. 2018. Materials Science and Engineering An Introduction (10^th ed). Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.

Author: admin